应用光学-北京理工大学

《应用光学》

课程编号：******

课程名称：应用光学

学分：4 学时:64 (其中实验学时：8)

先修课程：大学物理

一、目的与任务

应用光学是电子科学与技术（光电子方向）、光信息科学与技术和测控技术与仪器等专业的技术基础课。它主要是要让学生学习几何光学、典型光学仪器原理、光度学等的基础理论和方法。

本课程的主要任务是学习几何光学的基本理论及其应用，学习近轴光学、光度学、平面镜棱镜系统的理论与计算方法，学习典型光学仪器的基本原理，培养学生设计光电仪器的初步设计能力。

二、教学内容及学时分配

理论教学部分（56学时）

第一章:几何光学基本原理(4学时)

1.光波和光线

2.几何光学基本定律

3.折射率和光速

4.光路可逆和全反射

5.光学系统类别和成像的概念

6.理想像和理想光学系统

第二章:共轴球面系统的物像关系(14学时)

1.共轴球面系统中的光路计算公式

2.符号规则

3.球面近轴范围内的成像性质和近轴光路计算公式

4.近轴光学的基本公式和它的实际意义

5.共轴理想光学系统的基点——主平面和焦点

6.单个折射球面的主平面和焦点

7.共轴球面系统主平面和焦点位置的计算

8.用作图法求光学系统的理想像

9.理想光学系统的物像关系式

10.光学系统的放大率

11.物像空间不变式

12.物方焦距和像方焦距的关系

13.节平面和节点

14.无限物体理想像高的计算公式

15.理想光学系统的组合

16.理想光学系统中的光路计算公式

17.单透镜的主面和焦点位置的计算公式

第三章:眼睛的目视光学系统(7学时)

1.人眼的光学特性

2.放大镜和显微镜的工作原理

3.望远镜的工作原理

4.眼睛的缺陷和目视光学仪器的视度调节

5.空间深度感觉和双眼立体视觉

6.双眼观察仪器

第四章:平面镜棱镜系统(9学时)

1.平面镜棱镜系统在光学仪器中的应用

2.平面镜的成像性质

3.平面镜的旋转及其应用

4.棱镜和棱镜的展开

5.屋脊面和屋脊棱镜

6.平行玻璃板的成像性质和棱镜的外形尺寸计算

7.确定平面镜棱镜系统成像方向的方法

8.共轴球面系统和平面镜棱镜系统的组合

第五章:光学系统中成像光束的选择(5学时)

1.光阑及其作用

2.望远系统中成像光束的选择

3.显微镜中的光束限制和远心光路

4.场镜的特性及其应用

5.空间物体成像的清晰深度——景深

第六章:辐射度学和光度学基础(10学时)

1.立体角的意义和它在光度学中的应用

2.辐射度学中的基本量

3.人眼的视见函数

4.光度学中的基本量

5.光照度公式和发光强度的余弦定律

6.全扩散表面的光亮度

7.光学系统中光束的光亮度

8.像平面的光照度

9.照相物镜像平面的光照度和光圈数

10.人眼的主观光亮度

11.通过望远镜观察时的主观光亮度

12.光学系统中光能损失的计算

13.投影仪的作用及其类别

15.投影系统中的光能计算

第七章:光学系统成像质量评价(7学时)

1.介质的色散和光学系统的色差

2.轴上像点的单色像差——球差

3.轴外像点的单色像差

4.几何像点的曲线表示

5.用波像差评价光学系统的成像质量

6.理想光学系统的分辨率

7.各类光学系统分辨率的表示方法

8.光学传递函数

9.用光学传递函数评价系统的像质

实验教学部分 (8学时)

（1）光线成像实验（2学时）

（2）目视光学仪器原理实验（2学时）

（3）光具座演示几何像差实验（2学时）

（4）计算机演示波像差和光学传递函数实验（2学时）

三、考核与成绩评定

考核：本课程为中英文双语教学，采用全英文命题，统一阅卷，教研组集体复查,严把质量关。成绩评定：考试占90%，平时作业、实验及日常考核质疑等占10%，按百分制给出最终成绩。

四、大纲说明

1.本大纲是根据教育部电子信息与电气学科教学指导委员会和仪器科学与技术教学指导委员会审定的《应用光学》课程教学基本要求，并适当考虑我校教学改革要求而制定的。

2.在保证基本教学要求的前提下，教师可以根据实际情况，对内容进行适当的调整和删节。

3.本大纲适合电子科学与技术（光电子方向）、光信息科学与技术和测控技术与仪器各专业。

4.本课程为中英文双语教学。

五、教材、参考书

选用教材：李林,安连生,李全臣,黄一帆. 应用光学[M]. 北京：北京理工大学出版社,2010 李林,黄一帆,王涌天. 应用光学(英文版)[M]. 北京：北京理工大学出版社,2005

参考书：

［1］李林,黄一帆.应用光学概念题解与自测［M］.北京:北京理工大学出版社，2006.

［2］母国光,战元龄.光学[M]. 北京：人民教育出版社，1998.

［3］胡玉禧,安连生.应用光学[M]. 安徽：中国科技大学出版社，1996.

编写教师：李林

责任教授签字：

教学院长签字：

英文课程介绍

《Applied Optics》

Course Code: ******

Course Name: Applied Optics

Class Hour:64

Credit:4

Course Description

Applied Optics is a fundamental technical course for the specialties of optical engineering, optical measurement, control instruments and electronic science and technology. The course mainly includes basic theories and methods of how to solve the problems of geometrical optics, typical optical instruments, optical measurement, color measurement, optical fiber systems, laser systems and infrared optics. The knowledge above mentioned is a must for the opto-electronic students’ learning.

The course starts with the basic theory of geometrical optics, where the imaging properties of the ideal system, the relationship between the object and image for the symmetrical spherical system, the instruments for the human eyes, the mirror and prism systems and selection of image rays in optical systems are described. Then the course discusses the radiometry and photometry, where the calculations of radiometry and photometry for various optical systems are introduced. The last part of the course incorporates the image quality of an optical system, where geometrical aberrations, wavefront aberrations and optical transfer function are described. And, the theories of telescope, microscope and camera systems are also included.