工程光学复习资料
考研工程光学知识点归纳
考研工程光学知识点归纳工程光学是光学工程领域的一个重要分支，它主要研究光学系统的设计、制造和应用。
以下是考研工程光学的一些关键知识点归纳：一、光的波动性质- 光波的基本概念：波长、频率、速度。
- 光的干涉现象：双缝干涉、薄膜干涉。
- 光的衍射现象：单缝衍射、圆孔衍射、衍射光栅。
- 光的偏振现象：偏振原理、偏振器、偏振的应用。
二、光学成像理论- 几何光学基本原理：光线、光路、成像。
- 光学系统的分类：透镜、反射镜、折射镜。
- 薄透镜公式：焦距、物距、像距的关系。
- 光学系统的像差：球差、色差、像散、场曲、畸变。
三、光学仪器设计- 光学系统设计原则：分辨率、景深、视场。
- 光学系统性能评价：MTF（调制传递函数）、PSF（点扩散函数）。
- 光学系统设计方法：光线追迹、光学设计软件应用。
四、光学材料与元件- 光学材料的特性：折射率、色散、透过率。
- 光学元件的制造：透镜磨制、反射镜镀膜。
- 光学元件的测试：干涉仪、光学测试仪器。
五、现代光学技术- 光纤光学：光纤的传输原理、光纤通信。
- 激光技术：激光的产生、特性、应用。
- 集成光学：光波导、光电子集成技术。
六、光学测量技术- 光学测量原理：干涉测量、衍射测量。
- 光学测量仪器：干涉仪、光谱仪、光学显微镜。
- 光学测量技术的应用：表面粗糙度测量、位移测量。
七、光学系统的应用- 光学成像系统在医疗、科研、工业等领域的应用。
- 光学传感技术在环境监测、智能制造中的应用。
- 光学信息处理技术在图像识别、数据存储中的应用。
结束语：考研工程光学不仅要求对基础理论有深入的理解，还需要掌握光学系统设计、元件制造和应用的实践技能。
通过对这些知识点的系统学习和掌握，可以为未来的科研或工程实践打下坚实的基础。
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第三节
一、符号规则（新笛卡尔符号规则）
光路计算与近轴光学系统
物方孔径角：入射光线与光轴的夹角 像方截距:顶点Ｏ到光线与光轴交点Ａ’ 的 距离 像方孔径角：出射光线与光轴的夹角 像方参量与对应的物方参量所用字母 相同，并以“ ’ ”区别 二、单个折射面的实际光线的光路计算 在这里分二种情况分别考虑：物在无限远及 物在有限远。以下的公式是根据简单的几何 三角关系得到的： 1、物在有限远：
SUM
工程光学基础复习资料测控 122 班委会整理
第一章 几何光学基本定律与成像概念
本章重点： 几何光学的基本术语及基本定律、光路计算及完善成像的条件。
第一节 几何光学基本定律
一、光波与光线 1、光波性质 性质：光是一种电磁波，是横波。 我们平常看到的光波属于可见光波，波长范 围 380nm—760nm 大于 760mm 为红外光， 小于 380mm 为紫外光。 光波分为两种：单色光波及复色光波
一、理想光学系统（又称为高斯系统） 1、定义：能够对任意宽空间内的任意点， 以任意宽光束成完善像的光学系统。 2、意义：它是作为一个标准而存在的，是 为了对所设计的实际系统加以比较、评判而 存在的。
共轭点：物空间中的每一点都对应于像空间中相 应的点，且只对应一点，这两点共轭； 共轭面：物空间中每一个平面对应于像空间中相 应的平面，且是唯一的，这两个平面共轭；共线 成像： 理想光学系统中点对应点、 直线对应直线、 平面对应平面的成像变换。
s nl
n c / v,l vt
s ct
其数学表示形式为：若光经过 m 层均匀 介质，则总的光程可写为
若光经过的是非均匀介质， 即 n 是一个变量， 这时光程可表示为：
光纤保证发生全反射的条件：
工程光学复习要点
工程光学复习要点第一章1．可见光波长范围：380-760nm.2.几何光学的基本定律：光的直线传播定律；光的独立传播定律；光的折射定律和反射定律.3.光的全反射现象；入射角大于临界角, sin I m = n’/n .4.费马原理：光线从一点传播到另一点，无论经过多少次折射和反射，其光程为极值（极大、极小、常量），也就是说光是沿着光程为极值的路径传播。
（又称极端光程定理）5.马吕斯定律：光线束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面的正交性，并且入射波面与出射对应点之间的光程均为定值。
6. 完善成像条件的表述：表述一：入射波面是球面波时，出射波面也是球面波。
表述二：入射是同心光束时，出射光也是同心光束。
表述三：物点及其像点之间任意两条光路的光程相等。
7.球面光学系统垂轴放大率β、轴向放大率α和角放大率γ间的关系式为：βαγ=8.折射系统垂轴放大率与成像性质（P10）9.作业：8第二章1.理想光学系统（没有像差的光学系统是理想光学系统吗?）2.共轭概念（理想光学系统物方焦点和像方焦点不是共轭点？物方主平面和像方主平面之间的关系？）3.图解法求像InIn sin'sin'=4.解析法求像牛顿公式高斯公式5．理想光学系统两焦距之间的关系6.组合焦距7.作业：1，2 ,4第三章：1.平面镜成像特性：平面镜是唯一能够完善成像的最简单光学元件2. 一个右手坐标系经平面镜成像为一个左手坐标系. 3.当入射光方向不变，旋转平面镜α角，则出射光方向改变2α 。
4.双面镜：在双平面镜系统中，出射光线和入射光线的夹角与入射角无关，只取决于双面镜的夹角α。
公式: β＝2α只要双面镜夹角不变，双面镜转动时，连续一次像不动。
5. 反射棱镜奇次反射成镜像，偶次反射成一致像。
6. 棱镜系统的成像方向判断原则 P48''f f x x ⋅=⋅1,'=-=βl l7.作业7第四章1.孔径光阑的定义：限制轴上物点孔径角u 大小的光阑。
工程光学知识点整理
工程光学课件总结班级:姓名:学号:目录第一章几何光学基本原理 (1)第一节光学发展历史 (1)第二节光线和光波 (1)第三节几何光学基本定律 (3)第四节光学系统的物象概念 (6)第二章共轴球面光学系统 (7)第一节符号规则 (7)第二节物体经过单个折射球面的成像 (8)第三节近轴区域的物像放大率 (10)第四节共轴球面系统成像 (12)第二章理想光学系统 (14)第一节理想光学系统的共线理论 (14)第二节无限远轴上物点与其对应像点F’---像方焦点 (14)第三节理想光学系统的物像关系 1, 作图法求像 (17)第四节理想光学系统的多光组成像 (22)第五节实际光学系统的基点和基面 (25)第六节习题 (27)第四章平面系统 (27)第一节平面镜 (27)第二节反射棱镜 (28)第三节平行平面板 (29)第四节习题 (30)第五章光学系统的光束限制 (31)第一节概述 (31)第二节孔径光栅 (33)第三节视场光栅 (34)第四节景深 (35)第五节习题 (35)第八章典型光学系统 (36)第一节眼睛的光学成像特性 (36)第二节放大镜 (39)第三节显微镜系统 (41)第四节望远镜系统 (45)第五节目镜 (46)第六节摄影系统 (48)第七节投影系统 (49)第八节光学系统外形尺寸计算 (50)第九节光学测微原理 (53)第一章几何光学基本原理光和人类的生产活动和生活有着十分密切的关系, 光学是人类最古老的科学之一。
对光的每一种描述都只是光的真实情况的一种近似。
研究光的科学被称为“光学”（optics）, 可以分为三个分支:几何光学物理光学量子光学第一节光学发展历史1，公元前300年, 欧几里得论述了光的直线传播和反射定律。
2，公元前130年, 托勒密列出了几种介质的入射角和反射角。
3，1100年, 阿拉伯人发明了玻璃透镜。
4，13世纪, 眼镜开始流行。
5，1595年, 荷兰著名磨镜师姜森发明了第一个简陋的显微镜。
工程光学 知识点
郁道银主编工程光学第一章小结（几何光学基本定律与成像概念）1 ）光的直线传播定律：2 ）光的独立传播定律：3 ）反射定律和折射定律（全反射及其应用）：反射定律：即I’’=-I 。
折射定律： n’sinI’=nsinI 。
全反射：当满足 1 、光线从光密介质向光疏介质入射， 2 、入射角大于临界角时，入射到介质上的光会被全部反射回原来的介质中，而没有折射光产生。
sinI m=n’/n ，其中 I m 为临界角。
应用： 1 、用全反射棱镜代替平面反射镜以减少光能损失。
2 、光纤4 ）光路的可逆性5 ）费马原理光从一点传播到另一点，其间无论经历多少次折射和反射，其光程为极值。
6 ）马吕斯定律光线束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面的正交性，并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。
3 、完善成像条件（ 3 种表述 )1 ）、入射波面为球面波时，出射波面也为球面波；2 ）、入射光束为同心光束时，出射光束也为同心光束；3 ）、物点 A 1 及其像点A k ’ 之间任意二条光路的光程相等。
6 、单个折射面的成像公式（定义、公式、意义）垂轴放大率成像特性：β>0, 成正像，虚实相反；β<0, 成倒像，虚实相同|β|>1, 放大； |β|<1 ，缩小。
第二章小结1 、什么是理想光学系统？任意大的空间中一任意宽的光束都成完善像的理想模型。
2 、共轴理想光学系统的成像性质是什么？（3 大点）1 ）位于光轴上的物点对应的共轭像点也必然位于光轴上；位于过光轴的某一个截面内的物点对应的共轭像点必位于该平面的共轭像面内；同时，过光轴的任意截面成像性质都是相同的4 、无限远的轴上（外）像点的对应物点是什么？物方焦点。
5 、物（像）方焦距的计算公式为何？f’=h/tanU’， h 为平行光线的高度，U’ 为像方孔径角。
6 、物方主平面与像方主平面的关系为何？互为共轭。
光学系统的基点及性质？有何用途？一对主点和主平面，一对焦点和焦平面，称为光学系统的基点和基面。
工程光学基础课程复习
A’
光 学
2’ B’
系
3’ C’
统
p1
Malus定律的解释图
p2
(1)内容 垂直于入射波面的入射光束，经过任意次的反射
和折射后，出射光束仍然垂直于出射波面，并且在入射波面 和出射波面间所有光路的光程相等。
(2)数学表示
A'
nds
B'
nds
C'
nds c
A
B
C
第二节 成像的基本概念
与完善成像条件
称为近轴区），光线称为近轴光线。
此时，相应的 I、 I、' U等' 都比较小
sin x x ，( x为弧度值)
用弧度值替换正弦值：
u ~ sinU i ~ sin I l~L
u'~ sinU ' i ~ sin I l'~ L'
每面折射前后的Q 不变，称为阿贝不变量
n(1 1) n(1 1) Q r l r l
tgu' yn n 1 tgu y' n' n'
f ' n' fn
放大率之间的关系
§2.5 理想光学系统的组合
反向棱镜的等效作用与展开：
掌握方法
折射棱镜中光楔的偏向角公式 （课P53）及其测微应用
第四章 光学系统中的光阑和光束限制
光阑定义、作用、分类。
z或 t
2p ：在空间域上 km
在真空中传播时，波速相同，相速度和群速度相等。
在色散介质中传播时，不同频率的光波传播速度不同，合成
波形在传播过程中会不断地变化，相速度和群速度便不同了。
第十章 光的干涉
§10－1 光波的干涉条件 §10－2 杨氏干涉实验 §10－3 干涉条纹的可见度 §10－4 平板的双光束干涉 §10－5 典型的双光束干涉系统及其应用 §10－6 平行平板的多光束干涉及其应 用
工程光学复习参考
⼯程光学复习参考本习题供复习参考。
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⼀、选择题1、⼏何光学有三⼤基本定律，它们是是：（D）A、折射与反射定律，费马原理，马吕斯定律；B、直线传播定律，折射与反射定律，费马原理；C、独⽴传播定律，折射与反射定律，马吕斯定律；D、直线传播定律，独⽴传播定律，折射与反射定律。
2、对理想光学系统，下列表述正确的是：（C）A、位于光轴上的物点的共轭像点不在光轴上；B、物⽅焦点与像⽅焦点共轭；C、基点与基⾯为：焦点、主点、节点，焦平⾯、主平⾯、节平⾯；D、⽜顿物像位置关系，它是以主点为坐标原点。
3、关于光阑，下列表述正确的是：（B）A、孔径光阑经其前⾯的光学系统所成的像称为⼊窗；B、若孔径光阑在光学系统的最前⾯，则孔径光阑本⾝就是⼊瞳；C、孔径光阑、⼊窗、出窗三者是物像关系；D、视场光阑是限制轴上物点孔径⾓的⼤⼩，或者说限制轴上物点成像光束宽度、并有选择轴外物点成像光束位置作⽤的光阑。
4、关于⼈眼，下列描述正确的是：（A）A、眼睛⾃动改变焦距的过程称为眼睛的视度调节；B、近视眼是将其近点矫正到明视距离，可以⽤负透镜进⾏校正；C、眼睛可视为由⽔晶体、视⽹膜和视神经构成的照相系统。
；D、⼈眼分辨率与极限分辨⾓成正⽐关系。
5、关于典型光学系统，下列表述正确的是：（B）A、增⼤波长可以提⾼光学系统的分辨率；B、显微镜的有效放⼤率，放⼤率⾼于1000NA时，称作⽆效放⼤率，不能使被观察的物体细节更清晰；C、⽬视光学仪器，其放⼤作⽤可以由横向放⼤率来表⽰；D、减⼩孔径可以提⾼光学系统的分辨率。
6、关于光的电磁理论，下列表述正确的是：（D）A、两列光波相遇后⼜分开，每列光波不再保持原有的特性；D、两个振幅相同、振动⽅向相同、传播⽅向相同，但频率接近的单⾊光波叠加形成拍现象。
7、关于光的⼲涉，下列表述正确的是：（A）A、平⾏平板的多光束⼲涉中，随平板反射率的增加，透射光的⼲涉条纹变得越明锐；B、楔形平板形成的⼲涉为等倾⼲涉；C、等倾⼲涉条纹为同⼼圆环状条纹，中央条纹级次最低；D、迈克⽿逊⼲涉仪只能产⽣等厚⼲涉条纹。
工程光学重点整理
工程光学重点整理第一章第一节几何光学基本定律（直线传播定律，独立传播定律，反射折射定律，全反射，光的可逆原理）1.反射折射定律：入射光线、反射光线和分界面上入射点的法线三者在同一平面内。
入射角和反射角的绝对值相等而符号相反，即入射光线和反射光线位于法线的两侧，即sinI nI I sinI n2.全反射及其应用注意：光密介质、光疏介质、临界角光密介质：分界面两边折射率较高的介质。
光疏介质：分界面两边折射率较低的介质。
临界角：折射角等于90°时的入射角。
全反射条件：①光线从光密介质进入光疏介质；②入射角大于临界角。
费马原理：光是沿着光程为极植（极大、极小或常数）的路径传播的。
也可已表述为：光从一点传播到另一点，期间无论多少次折射或反射，其光程为极值。
利用费马原理可以证明：光的直线传播、折射及反射定律。
马吕斯定律：光线束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面的正交性，并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。
折、反射，费马原理及马吕斯定律可互推。
第二节a)光学系统与成像概念1、光学系统的作用：对物体成像，扩展人眼的功能。
2、完善像点与完善像：若一个物点对应的一束同心光束，经光学系统后仍为同心光束，该光束的中心即为该物点的完善像点。
完善像是完善像点的集合。
3、物空间、像空间：物所在的空间、像所在的空间。
4、共轴光学系统：专业文档!图1-13 共轴球面光学系统b)若光学系统中各个光学元件表面的曲率中心在一条直线上，则该光学系统是共轴光学系统。
5、各光学元件表面的曲率中心的连线，称光轴。
b)完善成像条件：入射光出射光均为同心光束。
n1A1E n1EE1 n2E1E2 n k E k E n k EA kn1A1O n1OO1 n2O1O2 n k O k O n k OA k C c)物像的虚实判断：实像真实存在且可以记录，虚像则不可以。
第三节a)一、基本概念1、光轴：通过球心C 的直线2、顶点：光轴与球面的交点3、子午面：通过物点和光轴的截面4、物方截距：顶点O 到光线与光轴交点A 的距离5、物方孔径角：入射光线与光轴的夹角6、像方截距：7、像方孔径角：b)基本概念和符号规则：1. 沿轴线段：光线的传播方向自左向右为正，原点为折射面顶点由顶点到光线与光轴交点的方向和光线的传播方向一致时为正。
工程光学期末复习要点概要
第二节 光线的光路计算 第三节 轴上点球差
知识要点：了解球差及其消除方法（P-114）
第四节 第五节 第六节 第七节 第九节
正弦差和慧差 像散和场曲 畸变 色差 波像差
第七章 典型光学系统 大纲要求（掌握）
第一节 眼睛及其光学系统
知识要点：眼睛调节以及矫正方法（P-134）
第二节 放大镜
第二节 照相系统中的光阑
知识要点：渐晕与渐晕系数（P-61）
第三节 望远镜系统中成像光束的选择
知识要点：望远镜系统的设计（P-63）
第四节 显微镜系统中的光束限制与分析
知识要点：远心光路的作用（P-66）
第五节 光学系统的景深
知识要点：了解景深的概念（P-68）
第六章 光线的光路计算以及像差理论 大纲要求（掌握）
第二节 理想光学系统基点与基面
知识要点：了解基点和基面的基本概念（P-20）
第三节 理论光学系统的物象关系
知识要点：牛顿公式与高斯公式计算（P-23）
第四节 理想光学系统的放大律
第五节 理想光学系统的组合
知识要点：两光组组合焦距公式（P-30） 望远镜垂轴、角、视觉放大率（P-34）
第六节 透镜
第三章 理想光学系统 大纲要求（基本掌握）
第五节 光波的叠加
知识要点：叠加原理（P-324） 频率相同，振动方向相同的单色波叠加（P-325）
第十二章 光的干涉和干涉系统 大纲要求（掌握）
第一节 光波干涉的条件
知识要点：相干条件（P-341）
第二节 杨氏干涉实验
知识要点：干涉条纹相关物理参量的计算（P-343）
第三节 干涉条纹的可见度
知识要点：了解可见度的基本概念（P-345）
工程光学期末复习题(含答案)
简答题、填空题：1、光线的含义是什么？波面的含义是什么？二者的关系是什么？光线：发光点发出光抽象为许许多多携带能量并带有方向的几何线。
波面：发光点发出的光波向四周传播时，某一时刻起振动位相相同的点所构成的等相位面。
二者关系：波面法线即为光线。
2、什么是实像？什么是虚像？如何获得虚像？实像：实际光线相交所会聚成的点的所组成的像。
虚像：光线的延长线相交所形成的点所组成的像。
如何获得虚像：光线延长线所形成的同心光束。
3、理想光学系统几对基点？分别是什么？2对。
像方焦点（F’），像方主点（H’），物方焦点（F），物方主点（H）。
4、什么是孔径光阑？什么是入瞳？什么是出瞳？孔径光阑与入瞳、出瞳之间有什么系？孔径光阑：限制进入光学系统的成像光束口径的光阑称为孔径光阑。
入瞳：孔径光阑在透镜后，经前面光学系统所成的像，称为入瞳。
出瞳：孔径光阑在透镜前，经后面光学系统所成的像，称为出瞳。
关系：入瞳、出瞳和孔径光阑对整个系统是共轭的，经过入瞳的光线必经过孔径光阑、也经过出瞳。
5、光学系统的景深是什么含义？能够在像面上获得清晰像的物空间深度，就是系统的景深。
6、发生干涉的条件是什么？发生干涉的最佳光源是什么类型的光源？两列光波的频率相同，相位差恒定，振动方向一致的相干光源。
7、近场衍射和远场衍射的区别是什么？近场衍射：光源和衍射场或二者之一到衍射屏的距离比较小时的衍射。
远场衍射：光源和衍射场都在衍射屏无限远处的衍射。
8、什么是光学系统的分辨率？人眼的极限分辨率是多少？极限分辨角为60``(=1`)9、完善像和理想光学系统的含义分别是什么？完善像：每一个物点对应唯一的一个像点。
或者，物点发出的同心光束经过光学系统后仍为同心光束。
或者，入射波面为球面波时，出射波面也为球面波。
理想光学系统：任何一个物点发出的光线在系统的作用下所有的出射光线仍然相交于一点的系统。
10、近轴光线的条件是什么？近轴光线所成像是什么像？条件：当孔径角U很小时，I、I’和U’很小。
工程光学复习大纲
一、题型1.选择；2.填空；3.作图题4.计算题；二、复习大纲上篇几何光学第一章几何光学的基本原理1.几何光学的四大基本定律光的直线传播定律、独立传播定律、光的折反射定律、光的全反射定律2.两大推论：费马原理、马吕斯定律3.物像的基本概念和完善成像条件4.虚像与实像5.光路计算基本概念与符号规则子午面、截距、倾斜角6.近轴光路（高斯光学）计算公式阿贝不变量、光焦度7.单个折射球面的物像特点、横向放大率、轴向放大率和角度放大率8.单个反射球面的物像特点、横向放大率、轴向放大率和角度放大率第二章理想光学系统1.共线成像理论2.基点与基面焦点与焦面；主点与主面；节点与节面的定义与特点如何利用主点的性质确定出射光线3.理想光学系统的物像关系利用作图法求像点；（单折射面、单反射面、单薄透镜，已知二光组基点，求组合光组的基点）利用解析法求像点（高斯公式与牛顿公式）第三章平面与平面光学系统1.平面镜---成像特点2.双平面镜---二次反射像的特点、出射光线夹角3.平行平板---成像特点、像的位移、成非完善像、等效空气层4.反射棱镜---坐标的确定（包括屋脊棱镜、怎样展开成平行平板）5.折射棱镜---最小偏角、光楔、双光楔6.光的色散和材料---平均折射率、阿贝常数、部分色散和相对色散第四章光学系统中的光阑与光束限制1.光阑光阑的分类孔径光阑----怎样确定一个系统中的孔径光阑的位置（作图或计算），孔径光阑的作用，孔径光阑与入瞳、出瞳的关系主光线的定义视场光阑----作用，孔径光阑与入窗、出窗的关系，视场角、线视场渐晕光阑----作用照相系统、显微系统、望远系统中的光阑，由渐晕系数要求计算视场远心光路2.光学系统的景深对准平面、弥散斑、景深与焦距、光圈的关系第七章典型光学系统1. 眼睛远点、近点、调节能力，屈光度人眼的屈光度误差及其校正（近视、远视）2. 放大镜视放大率、光束限制3.显微系统成像原理、视放大率、分辨力、物镜数值孔径、有效放大率光束限制3.望远系统成像原理、视放大率、有效放大率、光束限制第八章现代光学系统1.高斯光束复振幅表达式2.高斯光束的传播高斯光束的截面半径、波面曲率半径和位相因子的特点束腰半径、瑞利长度、远场发散角、高斯光束传播的复参数表示3.高斯光束的透镜变换高斯光束的透镜变换公式、高斯光束的聚焦、准直方法第十一章光的电磁理论基础1.光波的波动性波长、速度、频率的计算2. 平面电磁波波动表达式（判断振动方向、频率、波长等）光程的概念3.光在电介质分界面上的反射和折射S光波、P光波的定义，在电介质界面的反射和折射特点垂直入射时的菲涅耳公式布鲁斯特角反射比和透射比4倏逝波的概念和特点5.光波的叠加波的叠加原理两个频率相同、振动方向相同的单色光波叠加驻波（频率同、振动方向同、传播方向相反）两个频率相同、振动方向垂直的单色光波叠加光学拍（小频率差、振动方向同、传播方向同、振幅同）相速度和群速度第十二章光的干涉和干涉系统1.干涉现象和干涉条件双光束干涉条纹强度光程差D的计算干涉条纹的间隔：2、干涉条纹的可见度可见度定义振幅比与可见度的关系光源宽度与可见度的关系（空间相干性）光源单色性与可见度的关系（时间相干性）。
工程光学上篇
3.掌握四种不同条件下光波叠加后形成的物理现象、合 成波表达式及其性质（见表）
第十二章 光的干涉和干涉系统
1.干涉及干涉条件
1）什么是干涉？
2）干涉条件（3条）
2.杨氏双缝干涉
1）干涉性质：分波前的干涉 2）实验装置
22
第十二章 光的干涉和干涉系统
3）干涉公式及条纹性质
I I 1 I 2 2 I 1 I 2 cos 设I 1 I 2 I 0 则：I 4 I 0 cos2
2
第一章 几何光学的基本定律与成像概念
图1-10 光线经过单个折射面的折射 3. 应用光学中的符号规则（6条） 4. 单个折射球面的光线光路计算公式（近轴、远轴）
lr i u r i n i n u u i i i l r ( 1 ) u
12
第三章 平面和平面系统
4.反射棱镜的种类（4种）、基本用途、成像 方向判别。
5.折射棱镜的作用?其最小偏向角公式及应用
m sin n sin 2 2
6.光楔的偏向角公式及其应用（测小角度和 微位移） (n 1)
13
第三章 平面和平面系统
7.棱镜色散、色散曲线、白光光谱的概念。
1）定义及公式
K (IM Im ) (IM Im )
I ( I1 I 2 )(1 K cos )
2）条纹可见度的影响因素：（两相干光束的振 幅比、光源大小、光源单色性）
24
第十二章 光的干涉和干涉系统
4. 平行平板的双光束干涉
1）定域面位置
2）干涉装置（图11-14）
25
7
第二章 理想光学系统
3. 无限远的轴上（外）像点的对应物点是什 么？（主点，主平面） 4. 物（像）方焦距的计算公式为何？
工程光学复习
例题3-5：确定系统的节点 Q
H F J
Q′ H′ J′
D
F′
P
P′
19
例题3-6：求系统焦点
P′ Q Q′
A
F′
A′ H H′ J′ J
F
P
20
四、解析法求像
B y -U A x l F (2) f Q
1
(1)
Q
Q' (1)'
U' F'
U1 U2
②、无焦系统
tan U 2 1 tan U1
1
1
2 1
32
③、侧向位移DG
cos I1 T d sin I1 1 n cos I 1
L A1 A2 ④、轴向位移
cos I1 L d 1 n cos I 1
13
K个折（反）射面，系统参数为
r1, r2 , rk ; n1, n2 , nk 1; d1 , d2 dk 1
物点参数为
(l1 , u1 , y1 ) , y1 ) （1）对第一面做单个球面成像计算求得 (l1, u1
第一章
几何光学基本定律 与成像概念
一、几何光学基本定律
1.光的直线传播定律：
2. 光的独立传播定律： 3. 光的反射、折射定律： 4、光的可逆性
1
5、全反射现象
n2 I c arcsin n1
6、费马原理
①、光程:在均匀介质中,光程 s 为光在介质中通过
的几何路程 l 与该介质的折射率 n 的乘积： s = nl
工程光学知识点总结
工程光学知识点总结一、光学基础知识1. 光的特性光是一种电磁波，具有波粒二象性。
光的波长和频率决定了它的颜色和能量。
光在介质中传播时会发生折射和反射现象，这些现象是光学设计和应用的基础。
2. 光的干涉和衍射干涉和衍射是光学中重要的现象，它们是光波相互作用的结果。
干涉是两个或多个光波叠加产生的明暗条纹，衍射是光波在通过孔隙或障碍物时发生弯曲和扩散。
这些现象在光学测量和成像中有重要应用。
3. 光的偏振偏振是光振动方向的限定，通常的光是未偏振的。
偏振光在一些光学应用中有特殊用途，比如偏振片、液晶显示器等。
4. 光的传播光的传播受其波长和介质的影响，光在不同介质中传播时会有折射和反射。
此外，介质散射、吸收等也会对光的传播产生影响。
5. 光学材料光学材料是指在光学器件中用于传播、调制或控制光的材料，包括透明材料、半透明材料、非线性光学材料等。
光学材料的性能对光学器件的设计和性能有重要影响。
二、光学元件的设计和应用1. 透镜透镜是用于聚焦和成像的光学元件。
透镜分为凸透镜和凹透镜，它们分别用于成像、矫正等不同的应用。
常见的透镜设计包括单透镜、复合透镜、非球面透镜等。
2. 棱镜棱镜是由两个或多个平面或曲面构成的光学元件，用于折射和分离光线。
棱镜广泛应用于光谱分析、成像和激光技术中。
3. 波片波片是一种具有特定光学性能的光学元件，用于调节光的偏振和相位。
波片广泛应用于激光器、光学通信、显微镜等领域。
4. 光栅光栅是一种具有周期性结构的光学元件，用于光的衍射和色散。
光栅可以用于光谱分析、光学测量、激光调制等应用。
5. 光纤光纤是一种用于传输光信号的光学元件，具有良好的光学性能和传输性能。
光纤广泛应用于通信、传感、医疗等领域。
6. 光学薄膜光学薄膜是一种具有特定光学性能的薄膜材料，用于增强、减弱或调节光的透射、反射、吸收等特性。
光学薄膜广泛应用于激光器、光学镜头、太阳能电池等领域。
三、光学成像1. 光学成像原理光学成像是利用透镜、镜片等光学元件将物体投射成像到感光介质上的技术。
工程光学复习资料
一、n²sin I＇=nsinI。
sinI m=n＇/n。
发生全反射的条件：①光线从光密介质向光疏介质入射，②入射角大于临界角。
光程s=n l=ct（l是介质中传播的几何路程）完善成像条件：入射光为同心光束，出射光也为同心光束。
通过物点和光轴的截面称为子午面。
i=(l-r)*u/r i＇=n*i/n＇u＇=u+i-i＇l＇=r(1+i＇/u＇)n＇/l＇—n/l=（n＇—n）/r ，β=y＇/y=n l＇/n＇l，α=（n＇/n）*β2，γ=（n/n＇）/β，α*γ=βnuy=n＇u＇y＇，1/l+1/l＇=2/r ，l i+1=l i＇—d i二、每个物点对应于唯一的一个像点，称作“共轭”。
物方主平面和像方主平面是一对共轭面。
牛顿公式（以焦点为坐标原点）：xx＇=ff′，β=—f/x=—x＇/f＇高斯公式（以主点为坐标原点）：f＇/l＇+f/l=1 ，β=—f l＇/f＇l物像空间介质相同时，f＇=—f ，有1/l＇—1/l=1/f＇，β=l＇/l多光组系统：l i=l i-1＇—d i-1，x i=x i-1—△i-1，△i=d i—f i＇+f i+1理想光学系统两焦距之间关系f＇/f=—n＇/n理想光学系统的放大率α=—x＇/x=（—f＇/f）*β2=（n＇/n）*β 2 ，γ=（n＇/n）/β理想光学系统的组合焦距f＇=—（f1＇f2＇）/△，f=（f1f2）/△。
△为第一个系统的像方焦点到第二个系统物方焦点的距离。
通常用Φ表示像方焦距的倒数，Φ=1/f＇，称为光焦度。
三、平面镜的旋转特性：平面镜转动α，反射光线转动θ，θ=2α。
y=f＇tan2θ≈2f＇θ，tanθ≈θ=x/a→y=（2f＇/a）*x=K*x双平面镜成像：出射光线和入射光线夹角β=2α，α为双平面镜夹角。
平行平板近轴区内的轴向位移为△l＇=d（1-1/l）.平行平板不改变光线方向，平行平板不会使物体放大或缩小，对光束既不发散也不会聚，表明它是一个无焦元件，在光学系统中对光焦度无贡献，物体经平板成正立像，物像始终位于平板的同侧，且虚实相反。
工程光学 复习提纲
工程光学复习提纲（复习时结合课本、课件及相应习题。
）第一章1、光学三大定律，折射定律公式2、什么是马吕斯定律和费马定理？光程公式3、什么是光路可逆4、什么是全反射及临界角求法5、发生全反射条件6、什么叫共轭第二章1、了解光线的孔径角和截距2、熟悉符号规则3、近轴区物像位置关系式及物像大小关系式4、基面和基点：主面的放大率，物方焦点和像方焦点是一对共轭点吗？p335、焦面的性质；焦距、光焦度、光焦度单位6、作图法（物求像、像求物、轴上物点求像点）：见课件及图2.15，图2.16，p54 T66、正焦距系统虚物一定成实像吗？负焦距系统实物都成虚像吗？7、牛顿公式及高斯公式的运用8、无限远物（像）求像（物）公式p419、三种放大率的关系9、球面镜焦距p4610、双光组求主面和焦点公式第三章1、平行平板各种放大率，轴向位移公式：（3.4）式2、光楔偏向角公式3、平面反射镜成像性质4、奇数个反射镜（奇数次反射）成镜像p655、掌握右（左）手定则使用6、两面角镜成像特性：公式，推论p667、二次反射棱镜特点（相当于两面镜，两反射面夹角）和画法p687、二次反射棱镜和两面角镜一样，绕垂直主截面轴转动，不影响出射光线方向7、五角棱镜使光路转90度，半五角棱镜使光路转45度。
8、屋脊棱镜屋脊面作用。
凡是有屋脊面，反射次数要加1.9、棱镜展开长度10、成像方向判断；图3.27及课后第8题11、无限远物经正透镜成像，坐标系不变，但会绕光轴转180度。
因为成倒像。
12、p79：T8, 9第四章1、什么是孔径光阑？2、孔径光阑、入瞳、出瞳的关系3、什么是主光线4、什么是物（像）方远心光路5、什么是场镜，场镜的作用，场镜的垂轴放大率多少？16、场镜会改变系统的成像特性吗？7、场镜焦距的求法：主光线在场镜前后与光轴交点是一对共轭点8、什么是视场光阑9、视场光阑、入窗、出窗关系10、什么是渐晕p8811、不出现渐晕现象的条件第六章1、人眼视角分辩率（弧度值和角秒值分别是多少？60角秒或0.0003rad）2、视放大率定义3、物在焦点处的放大镜视放大率（式6.2）3、放大镜视场与放大镜口径及人眼距放大镜的距离有何关系(式6.2)？4、显微镜成像原理图5、显微镜的视放大率、分辨率（式6.7，6.8，6.9）、有效放大率（6.11）6、望远镜的原理图（图6.12）7、望远镜的视放大率、分辨率。
[工学]工程光学总复习与题解
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（6）R’F ’
（8）Q’A’//R’F ’（物方焦平面一点发出的光线过光 24 组后平行射出）
例2、负光组，虚物成像
虚物，右侧，一倍焦距以外，二倍焦距以内
B A’ F’ A
2F ’
H
H’
F
2F
B’
利用两条典型光线
像：放大，倒立，虚像，两侧
25
三、主点位置的确定
等效光组的焦点位置确定后，利用焦距公式可确 定相应主点位置
3
如图所示，设从 S 点发出的一条光线经两种介质分 界面M上某一点C折射到达P点。过S、P两点做M面的 垂面 N ， A 、 B 分别为 S 、 P 两点在交线上的垂足， CD⊥AB。 令 SA=h1, BP=h2，AB=d， AD=x，CD=y， 光线SCP 的光程为：
L n1 SC n2 CP n1 h x y n2 h (d x) y
28
四、光学系统平面镜成像计算
有两种方法: 方法一 逐次成像法
将平面镜看作一个成像光学元件，采用逐次成像法计算。
方法二 光路展开法 思路：将平面镜的像空间镜像到它的物空间。 方法： (1) 将平面镜以后的光路作平面镜的镜像得到等 效光学系统; (2) 在等效光学系统中求解像; (3) 对平面镜求解镜像得到实际光学的像。
Q Q1 Q1' Q2 Q2' Q' H1 H’1 f 1' N1 -f1 R1 - lF
1
F H f u -xF
F1
F1'
F2
H2 -f2
N1' R1’ E1' E2 N2 N2
2
2
H’2
F2' -u'
工程光学复习(完整)
轴外光束的渐晕——轴上点与轴外物点成像光束大小不 同的现象。 轴外物点＜轴上点
§5.3 渐晕光阑及场镜的应用
一、渐晕光阑：
一个系统可以有0~2个渐晕光阑
线渐晕系数KD，指轴外物点通过系统的光束直径Dω与轴上 物点通过系统的光束直径D0之比，即KD =Dω/ D0
视场光阑
△h’=4.6 h12=4.6 △h
二、场镜的应用
在物镜一次实像面处加一正透
镜——场镜。
场镜能够改变成像光束的位置，
对系统特性、方向无影响。
长光路连续成像系统中，场镜
的作用：光瞳衔接，降低主光 线在其后面系统的投射高度， 减小光学零件的口径。
二、场镜的应用
在物镜一次实像面处加一透镜，以降低主光线在其后面系 统的投射高度，减小光学零件的口径 ；
4
场镜
组合多章出题，如： 摄影系统、望远系统
§5 光学系统中的光束限制
一、基本概念
孔径光阑、入瞳和出瞳的判定方法 视场光阑、入窗和出窗的判定方法
孔径光阑、视场光阑的设置原则
孔径光阑和视场光阑的区别
二、渐晕及其计算
入窗和物平面不重合产生的渐晕
• 消除渐晕的方法是采用物平面与入窗平面重合。
1 2 L k 12 L k 1 2 L k
A
B P22例2.2
§3 理想光学系统
§3.1 ~§3.2
§3.3 理想光学系统的物像关系 一、图解法求像 二、解析法求像 1、物像位置计算：牛顿公式、高斯公式 2、理想光学系统的放大率 3、理想光学系统两焦距之间的关系
D 1477 f' F#
0.61 1.22 NA D f
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工程光学复习资料
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1.关于开普勒望远镜和伽利略望远镜的说法正确的是D
A 伽利略望远镜镜筒的全长等于物镜焦距 B.开普勒望远镜目镜的物方焦平面在镜筒以外 C.它
们的焦点在有限远处 D.开普勒望远镜形成的是倒立的像
2.像面的光照度正比于 A A. 光源亮度与2sin U B.2sin U 与2β C.光源亮度与2
β
D.光源亮度、2sin U 与2β
3.在以下的哪个平面，轴外物点的像是垂直于子午面的短线 A A.子午像面 B.弧矢
像面 C.高斯像面 D.以上都不是 4.拍摄人像艺术照，为突出主要人物，应选用 C A.对准距离小、焦距与 F 数大
B.对准距离与 F 数大，焦距小
C.对准距离与焦距大，F 数小
D. 焦距大，F 数与对准距离小
5.在球差、彗差、像散、像面弯曲、畸变、位置色差、倍率色差中，对轴上点成像产生圆形弥散斑
的有 B A. 1种 B. 2种 C. 3种 D.以上都不对
6.一个照相物镜能分辨的最靠近的两直线在感光底片上的距离为2m μ，则该照相物镜的分辨率
为： B A.2m μ B.0.5线/m μ C.50线/mm D.500线/mm
7.以下关于光学系统成像的像差，正确的描述是 B
A.轴上物点成像可能存在的像差有球差和正弦差;
B.目视光学系统一般对F 光（486.1nm ）和C 光(656.3nm)消色差
C.畸变不仅使像的形状失真，而且影响成像的清晰
D.对单正透镜通过改变其设计参数可以完全校正球差
8.棱镜产生最小偏向角的条件：光线的光路对称于折射棱镜时，折射棱镜的偏向角取得最小值。
9.费马原理：光从空间一点传输到另外一点，总是沿光程为极值的路径传播。
10.欲构成物方远心光学系统，应使孔阑位于 像方焦面上 。
11.在通常所说的七种像差中，沿轴方向度量的有 球差 、 像散 、 场曲 和位置色差 。
12.渐晕 : 视场边缘的成像光束的小于轴上成像光束的现像，称为渐晕
13.已知双平面镜的夹角为10°，一平行细光束以30°角入射，经两个平面镜反射后，出射光线与
入射光线的夹角为 10° 。
14光学系统的景深？什么应用场合需要大景深？答：<1>在景象平面上所获得的成清晰像的物空间
深度称为成像空间的景深，简称景深。
<2>要画面中从近到远的景物都是清晰的，就要用大景深.???
16.采用光学传递函数的优点有哪些？光学传递函数能全面反映光学系统的成像性质.
17.用作图法求组合系统的基点位置求物点A经过二光组后像A`的位置。
18.画出原始物经棱镜成像后在1、2、3位置的像的方向。
19.
已知一台显微镜的物镜和目镜相距100mm
，物镜焦距为8.0mm，目镜焦距为15.0mm，若物镜和目镜都可看成是薄透镜，试计算：（1）显微镜的视觉放大率是多少？（2）如果物镜把被观察物体成像于目镜前焦点附近，那么被观察物体到物镜的距离是多少？物镜的垂轴放大率β是多少？。