湖北省高等教育自学考试大纲

1、湖北省高等教育自学考试大纲课程名称：工程光学 课程代码： 7082第一部分 课程性质与目标一、课程性质与特点本课程是一门专业基础课， 系统地介绍了几何光学的基本定律与成像理 论、理想光学系统、平面光学系统、光学系统中光束限制、光度学与色度学 基础、光线的光路计算与像差理论、典型光学系统、现代光学系统、光学系 统的像质评价与与像差公差、光的电磁性质光波的叠加与分析、光的干涉、 光的衍射与傅立叶光学、 光的偏振和晶体光学基础、 光的量子性与激光、 光 纤与波导光学以及近几年最新发展的半导体激光和光子学等。 课程特点在于 几何光学和物理光学、 现代光学方面的基础理论、 基本方法和典型光学系统 的实例

2、和应用。本课程适合于自学考试光机电一体化专业、 光信息科学与技术专业的专 业基础课程。二、课程目标与要求通过本课程的学习， 学生能对光学的基本概念、 基本原理和典型系统有 较为深刻的认识， 学生应掌握几何光学的基本定律与成像理论、 理想光学系 统、 平面光学系统、 光束限制、 像差理论等几何光学的基本内容以及光的电 磁性质、光波的叠加与分析、光的干涉、衍射、偏振等物理光学的基本内容 以及现代光学中的部分内容。 为学习光学设计、 光信息理论和从事光学研究 打下坚实的基础。三、与本专业其他课程的关系本专业前期课程“高等数学” 、“大学物理”等是工程光学课程的数 学基础和物理基础； 通过 工程光学

3、课程的学习为本专业的后期课程激光原理与技术、实用光电技术、信息光学等课程打下良好的基础。第二部分 考核内容与考核目标第 1 章 几何光学的基本定律和成像概念 一、学习的目的与要求通过本章的学习，应该掌握的知识层次和所要达到的能力要求： 掌握几何光学基本定律： 1）光的直线传播定律 2）光的独立传播定律 3） 反射定律和折射定律 （全反射及其应用） 4）光路的可逆性 5）费马原理 （最 短光程原理） 6）马吕斯定律。完善成像条件的概念和相关表述能够应用光学中的符号规则， 单个折射球面的光线光路计算公式 （近轴、 远轴）能够利用单个折射面的成像公式， 包括垂轴放大率 、轴向放大率 、角 放大率丫、

4、拉赫不变量等公式。记忆球面反射镜成像公式 了解共轴球面系统公式（包括过渡公式、成像放大率公式） 二、考核知识点与考核目标（一）重点识记：几何光学基本定律。理解： 完善成像条件的概念和相关表述。应用： 应用光学中的符号规则。（二）次重点识记： 单个折射面的成像公式，包括垂轴放大率 、轴向放大率 、角 放大率丫、拉赫不变量等公式。理解：单个折射球面的光线光路计算公式（近轴、远轴） 。 应用：球面反射镜成像公式。（三）、一般 识记：光波与光线理解：费马原理、马吕斯定律。 应用：共轴球面系统公式（包括过渡公式、成像放大率公式） 。第 2 章 理想光学系统一、学习的目的与要求通过本章的学习，应该掌握的知

5、识层次和所要达到的能力要求： 了解并掌握共轴理想光学系统的成像性质。 理解无限远的轴上（外）物点的共轭像点及光线、无限远的轴上（外）像点的对应物点及光线的性质，物（像）方焦距的计算公式。 应用并了解物方主平面与像方主平面的性质，光学系统的节点及性质。 掌握图解法求像的方法。掌握解析法求像方法（牛顿公式、高斯公式） 。 一般了解由多个光组组成的理想光学系统的成像公式。 掌握并能够应用理想光学系统的放大率概念及公式， 理想光学系统两焦 距之间的关系，理想光学系统的组合公式和正切计算法。 二、考核知识点与考核目标（一）重点 识记：共轴理想光学系统的成像性质 理解：理想光学系统的放大率概念及公式 应用

6、：图解法求像的方法（二）次重点识记：物方主平面与像方主平面的性质 理解：理想光学系统两焦距之间的关系 应用： 解析法求像方法（牛顿公式、高斯公式）（三）一般 识记：光学系统的节点及性质，一般了解透镜内容 理解：理想光学系统的组合公式和正切计算法 应用： 由多个光组组成的理想光学系统的成像公式第 3 章 平面与平面系统一、 学习的目的与要求通过本章的学习，应该掌握的知识层次和所要达到的能力要求： 了解平面光学元件的种类和作用。掌握并理解平面镜的成像特点和性质， 平面镜的旋转特性， 光学杠杆原 理和应用。能掌握并熟练应用平行平板的成像特性，近轴区内的轴向位移公式。了解反射棱镜的种类、基本用途、成像

7、方向判别、等效作用与展开。熟练掌握折射棱镜的作用， 其最小偏向角公式及应用， 光楔的偏向角公 式及其应用。了解棱镜色散、色散曲线、白光光谱的概念。一般了解常用的光学材料种类和特点。二、考核知识点与考核目标（一）重点识记：平面镜的成像特点和性质，平面光学元件的种类和作用理解：平行平板的成像特性，近轴区内的轴向位移公式应用： 最小偏向角公式及应用二）次重点识记： 平面镜的旋转特性， 反射棱镜的种类、 基本用途、 成像方向判别、 等效作用与展开理解：光学杠杆原理和应用 应用：光楔的偏向角公式及其应用三）一般 识记：棱镜色散、色散曲线、白光光谱的概念 理解：折射棱镜的作用应用：常用的光学材料种类和特点

8、第 4 章 光学系统中的光束限制、 学习的目的与要求通过本章的学习，应该掌握的知识层次和所要达到的能力要求：深刻理解孔径光阑、入瞳、出瞳、孔径角的定义及它们的关系。 掌握视场光阑、入窗、出窗、视场角的定义及它们的关系。记忆并一般理解渐晕、 渐晕光阑、 渐晕系数的定义及渐晕光阑和视场光 阑的关系。了解照相系统的基本结构、成像关系和光束限制。了解望远系统的基本结构、成像关系和光束限制。了解显微系统的基本结构、成像关系和光束限制。 一般了解景深、远景景深、近景景深的概念，景深公式和影响因素。、考核知识点与考核目标（一）重点识记：孔径光阑、入瞳、出瞳、孔径角的定义及它们的关系理解：景深应用：照相系统的

9、基本结构、成像关系和光束限制二）次重点识记：视场光阑、入窗、出窗、视场角的定义及它们的关系 理解：近景景深、远景景深 应用：望远系统的基本结构、成像关系和光束限制三）一般识记： 渐晕、 渐晕光阑、 渐晕系数的定义及渐晕光阑和视场光阑的关系 理解：景深公式和影响因素 应用：显微系统的基本结构、成像关系和光束限制第 5章 光度学和色度学基础、 学习的目的与要求通过本章的学习，应该掌握的知识层次和所要达到的能力要求： 了解光度学和色度学的基本概念及其辐射量和光学量的单位。 理解并熟练掌握光在传播过程中光学量的变化规律。 理解并能应用成像系统像面的光照度问题、 颜色的分类及颜色的表观特 征、颜色的匹配

10、。一般了解色度学的几个概念、 颜色混合方法、 颜色相加原理及光源色和 物体色的三刺激值、均匀颜色空间及色差公式。二、考核知识点与考核目标（一）重点 识记：光度学和色度学的基本概念 理解：成像系统像面的光照度 应用：光在传播过程中光学量的变化规律（二）次重点 识记：辐射量和光学量单位 理解：辐射量和光学量单位相互间的关系应用 应用：光通过光学系统时的能量损失（三）一般 识记：颜色的分类、颜色的表观特征、颜色的匹配 理解：颜色相加原理 应用：颜色混合方法第 6 章 光线的光路计算及像差理论、 学习的目的与要求 通过本章的学习，应该掌握的知识层次和所要达到的能力要求： 了解像差的定义、种类和消像差的

11、基本原则。理解并掌握单个折射球面的不晕点 （齐明点） 的概念和性质， 求解方法。 深刻理解 7 种几何像差的定义、影响因素、性质和消像差方法。 一般了解波像差的定义及其与几何像差的关系。、考核知识点与考核目标一）重点识记：像差的定义、种类理解： 7 种几何像差的定义、影响因素、性质和消像差方法 应用：消像差的基本原则二）次重点 识记：单个折射球面的不晕点（齐明点）的概念和性质，求解方法 理解：波像差的定义及其与几何像差的关系 应用：子午面内的光线光路计算三）一般识记：畸变理解：色差、像散、场曲的定义应用：沿轴外点主光线束细光线束的光路计算第 7章 典型光学系统一、 学习的目的与要求 通过本章的

12、学习，应该掌握的知识层次和所要达到的能力要求： 了解并掌握正常眼、 近视眼和远视眼的定义和特征， 校正非正常眼的方 法，眼睛调节能力的计算。掌握视觉放大率的概念、 表达式及其意义， 与光学系统角放大率的异同 点。理解放大镜的视觉放大率。 能够熟练应用显微镜系统的概念和计算公式，包括：1）组成、成像关系、光束限制 2）视觉放大率公式 3）线视场公式 4）数值孔径和出瞳 D' 5） 物镜的分辨率 6）显微镜的有效放大率 7）物镜的景深 8）视度调节。了解望远系统的概念和计算公式，包括：1）组成、成像关系、光束限制 2 ）视觉放大率公式 3）分辨率与视觉放大率的关系4 ）有效分辨率和工作分辨

13、率。二、考核知识点与考核目标（一）重点识记： 视觉放大率的概念、 表达式及其意义， 与光学系统角放大率的异 同点理解：显微镜和望远镜系统组成、成像关系、光束限制；线视场公式 应用：正常眼、近视眼和远视眼的定义和特征，校正非正常眼的方法， 眼睛调节能力的计算。（二）次重点 识记：显微镜系统的概念和计算公式 理解：视觉放大率公式，数值孔径和出瞳D'， 物镜的分辨率应用：视度调节、物镜的景深，显微镜的有效放大率（三）一般 识记：放大镜的视觉放大率，了解目镜、摄影系统、投影系统，光学系 统的外形尺寸计算内容理解：望远系统的概念和计算公式，分辨率与视觉放大率的关系 应用：有效分辨率和工作分辨率第

14、 8 章 现代光学系统 一、 学习的目的与要求 通过本章的学习，应该掌握的知识层次和所要达到的能力要求： 了解现代光学的基本内涵， 包括： 激光光学系统、 傅立叶变换光学系统、 扫描光学系统、光纤光学系统、光电光学系统。理解上述现代光学系统中光的光的传输特性和成像机理。 二、考核知识点与考核目标（一）重点 识记：高斯光束的特性、光导纤维传输光信号的原理 理解： 高斯光束的传播、 阶跃型光纤光学系统、 梯度折射率光纤光学系 统应用：高斯光束的透镜变换、自聚焦透镜特性及应用、数值孔径（二）次重点识记：扫描光学系统的组成、光电光学系统的组成 理解：扫描物镜、光电检测系统 应用：阶跃光纤传光、传像特性

15、，红外夜视光学系统（三）一般 识记：傅立叶变换光学系统结构 理解：傅立叶变换光学物镜的设计要求 应用：光学透镜的傅立叶变换特性应用第 9 章 光学系统的像质评价和像差公差一、 学习的目的与要求 通过本章的学习，应该掌握的知识层次和所要达到的能力要求： 了解光学系统像质评价方法和各自的优缺点。 能够应用 MTF 曲线和其下面积判断光学系统的成像质量的方法和基本 原理。一般了解望远物镜、 显微物镜、 望远目镜、 显微目镜和照相物镜的像值 评价要求和校像差要求。二、考核知识点与考核目标（一）重点 识记：瑞利判断 理解：光学系统像质评价方法 应用：用 MTF 曲线判断光学系统的成像质量的方法和基本原理

16、（二）次重点 识记：中心点亮度 理解：光学系统像质评价各自的优缺点应用：用 MTF 曲线的积分值判断光学系统的成像质量的方法和基本原 理（三）一般识记：像差公差理解：点阵图 应用：一般了解望远物镜、显微物镜、望远目镜、显微目镜和照相物镜 的像值评价要求和校像差要求。第 1 1 章 光的电磁理论基础一、学习的目的与要求 通过本章的学习，应该掌握的知识层次和所要达到的能力要求： 理解麦克斯韦方程组、物质方程、波动方程。 掌握电磁波的平面波解，包括：平面波、简谐波解的形式和意义，物理 量的关系，电磁波的性质等。记忆球面波和柱面波的定义、方程表达式。 掌握并能分析光在电介质分界面的反射和折射。能够熟练

17、掌握波的叠加原理及 4 种情况下两列波的叠加结果、性质分 析。一般了解相速度和群速度概念。二、考核知识点与考核目标（一）重点 识记：麦克斯韦方程组、物质方程、波动方程 理解：平面波、简谐波解的形式和意义，物理量的关系，电磁波的性质 等应用：电磁波的平面波解（二）次重点 识记：菲涅尔公式，反射比，透射比 理解：波的叠加原理及 4 种情况下两列波的叠加结果、性质分析 应用：光在电介质分界面的反射和折射（三）一般 识记：球面波和柱面波的定义、方程表达式 理解：相速度和群速度概念，光波的傅立叶分析 应用：光波的辐射和辐射能第 1 2 章 光的干涉和干涉系统、 学习的目的与要求 通过本章的学习，应该掌握

18、的知识层次和所要达到的能力要求： 了解干涉现象和形成干涉的条件。掌握杨氏双缝干涉性质、装置、公式、条纹特点及其现象的应用。 掌握条纹可见度的定义、 影响因素及其相关概念 （包括临界宽度和允许 宽度、空间相干性和时间相干性、相干长度和相干时间等） 。掌握平行平板的双光束干涉定域面、 干涉装置、 干涉条纹的性质和计算 公式。了解并能掌握楔形平板的双光束干涉定域面、 干涉装置、 干涉条纹的性 质和计算公式。了解典型双光束干涉系统及其应用。 二、考核知识点与考核目标（一）重点 识记：干涉现象和形成干涉的条件 理解：杨氏双缝干涉性质、装置、公式、条纹特点 应用：杨氏双缝干涉现象的应用（二）次重点 识记：

19、条纹可见度的定义、影响因素及其相关概念 理解： 平行平板的双光束干涉定域面、 干涉装置、 干涉条纹的性质和计 算公式应用：典型双光束干涉系统及其应用、相干长度和相干时间（三）一般 识记：空间相干性和时间相干性 理解： 楔形平板的双光束干涉定域面、 干涉装置、 干涉条纹的性质和计 算公式。应用：干涉条纹的临界宽度和允许宽度第 1 3 章 光的衍射一、 学习的目的与要求 通过本章的学习，应该掌握的知识层次和所要达到的能力要求： 了解衍射现象、衍射系统和分类。 掌握惠更斯原理和夫琅和费衍射公式。 熟练应用矩孔、单缝夫琅和费衍射的光强分布公式和衍射条纹性质分析。 掌握圆孔夫琅和费衍射的光强分布公式和衍

20、射条纹性质分析， 成像系统 的分辨本领。了解多缝夫琅和费衍射的光强分布公式和衍射条纹性质分析。 掌握衍射光栅的方程、特性和种类。二、考核知识点与考核目标（一）重点 识记：衍射现象、衍射系统和分类理解：惠更斯原理和夫琅和费衍射公式应用： 矩孔、单缝夫琅和费衍射的光强分布公式和衍射条纹性质分析（二）次重点 识记：衍射光栅的方程、特性和种类 理解： 圆孔夫琅和费衍射的光强分布公式和衍射条纹性质分析， 成像系 统的分辨本领 应用：多缝夫琅和费衍射的光强分布公式和衍射条纹性质分析（三）一般识记：菲涅尔衍射 理解：菲涅尔波带法及圆孔、圆屏菲涅尔衍射 应用：菲涅尔透镜第 1 5 章 光的偏振和晶体光学基础一

21、、学习的目的与要求 通过本章的学习，应该掌握的知识层次和所要达到的能力要求： 理解自然光、 偏振光和部分偏振光的定义、 特点，偏振度的定义和计算， 能够产生偏振光的方法。掌握菲涅尔公式、布儒斯特定律和马吕斯定律。 了解晶体光学的基本概念（光轴、主平面、主截面、单轴多轴晶体、正 负晶体）。掌握各种起偏器、分束器和波片的结构、作用和工作原理。 了解偏振光的矩阵表示。掌握偏振光的变换和测定。 熟练应用偏振光的干涉原理、装置、公式、光强分布特性。二、考核知识点与考核目标（一）重点 识记：自然光、偏振光和部分偏振光的定义、特点，产生偏振光的方法 理解：偏振度的计算 应用：菲涅尔公式、布儒斯特定律和马吕斯

22、定律（二）次重点 识记：偏振度的定义 理解：各种起偏器、分束器和波片的结构、作用和工作原理 应用： 偏振光的干涉原理、装置、公式、光强分布特性（三）一般 识记：晶体光学的基本概念（光轴、主平面、主截面、单轴多轴晶体、 正负晶体）理解：偏振光的矩阵表示应用：偏振光的变换和测定第 16 章 导波光学基础 （本章所有内容仅作一般了解） 一、 学习的目的与要求 通过本章的学习，应该掌握的知识层次和所要达到的能力要求： 了解导波光学研究的范畴和理论基础、导波光学的应用。 掌握光在光导纤维中传播时的特性，包括：光纤的传播损耗与色散、射 线理论、模式理论。掌握光在平板光波导中的传播特性，包括：平板光波导的射

23、线理论、平 板波导中的场分布、耦合模理。一般了解光纤的结构与类型、光纤的结构参数。 二、考核知识点与考核目标（一）重点 识记：导波光学研究的范畴和理论基础 理解：光纤的传播损耗与色散、射线理论、模式理论 应用：光在光纤中传播的理论分析（二）次重点 识记：导波光学的应用 理解：平板光波导的射线理论、平板波导中的场分布、耦合模理 应用：光在平板光波导中的传播的理论分析（三）一般 识记：光纤的结构与类型、光纤的结构参数 理解：光纤通信、光纤传感 应用：导波光学的应用*注：教材的第 10、 14、 17 章不作为自学考试内容工程光学 实验大纲课程代码： 7082 课程名称：工程光学 实验总学时数：18

24、 适用专业：光机电一体化专业、光信息科学与技术专业一、实验教学的目的和要求工程光学是本专业一门重要的专业基础课，通过下述实验使学生能够很好掌握课堂教学内容， 将理论和实际结合起来， 同时提高动手能力。二、实验项目名称和学时分配序号实验项目名称学时 数必/选开1几何光学成像实验6必2光的干涉和衍射6必3光的偏振6必三、单项实验的内容和要求实验一：在光具座上完成几何光学成像实验，使学生对像的正倒、虚实、放大、缩小等成像概念有更深的了解。每组4人。实验二：利用干涉仪和衍射仪观察光的干涉和衍射现象及规律，使 学生对如何运用光的干涉和衍射实现精密测量有更深的 了解。每组4人。实验三：利用偏振仪观察光的偏

25、振现象及规律，使学生对偏振光的概念有更深的了解。每组 4人。四、课程特色本课程实验的设计注重将光学规律和现象与精密测试结合起来，加深了学生对理论知识及应用的理解。五、使用教材及参考书教材：工程光学（第二版）主编：郁道银 谈恒英 出版社：机械 工业出版社 2004年参考书：1、物理光学与应用光学主编：石顺祥出版社：西安电子科技大学出版社2、傅里叶光学主编：卞松玲出版业：兵器工业出版社3、近代光学基础主编：谢建平出版社：中国科技大学出版社第三部分 有关说明与实施要求一、考核的能力层次表述本大纲在考核目标中，按照“识记” 、“理解”、“应用”三个能力层次规 定其应达到的能力层次要求， 各能力层次为递

26、进等级关系， 后者必须建立在 前者的基础上，其含义是：识记：能知道有关名词、概念、知识的含义，并能正确认识和表达， 是低层次的要求。理解： 在识记的基础上， 能全面把握基本概念、基本原理、基本方法， 能掌握有关概念、原理、方法的区别与联系，是较高层次的要求。应用： 在理解的基础上， 能运用基本概念、基本原理、基本方法联系 学过的多个知识点分析和解决有关的理论问题和实际问题，是最高层次的 要求。二 、教材1 、指定教材工程光学（第二版）机械工业出版社，郁道银，谈恒英主编， 20042、参考教材工程光学科学出版社，李湘宁， 2005工程光学天津大学出版社，张凤林、孙学珠主编， 1988应用光学机械

27、工业出版社，张以谟， 1988工程光学北京理工大学出版社，李林，林家明， 2003工程光学设计电子工业出版社，萧泽新， 2003现代几何光学湖南大学出版社， Richard Ditteon 著，詹涵菁 译， 2004三、自学指导方法1、在开始阅读指定教材某一章之前，先翻阅大纲中有关这一章的考核 知识点及对知识点的能力层次要求和考核目标， 以便在阅读教材时做到心中 有数，有的放矢。2、阅读教材时，要逐段细读，逐句推敲，集中精力，吃透每一个知识 点，对基本概念必须彻底弄清，对基本方法必须牢固掌握。3、在自学过程中，既要思考问题，也要做好阅读笔记，把教材中的基 本概念、 原理、方法等加以整理， 这可

28、从中加深对问题的认识、 理解和记忆， 以利于突出重点，并涵盖整个内容，可以不断提高自学能力。4、完成书后作业和适当的辅导练习是了理解、消化和巩固所学知识,培养分析问题、解决问题及提高能力的重要环节，在做练习之前，应认真阅读教材，按考核目标所要求的不同层次，掌握教材内容，在练习过程中对所学知识进行合理的回顾与发挥，注重理论联系实际和具体问题具体分析，解题时应注意培养逻辑性， 针对问题围绕相关知识点进行层次（步骤）分明的论述或推导，明确各层次（步骤）间的逻辑关系。四、对社会助学的要求1、应熟知考试大纲对课程提出的总要求和各章的知识点。2、应掌握各知识点要求达到的能力层次，并深刻理解各知识点的考核

29、目标。3、辅导时，应以考试大纲为依据，指定的教材为基础，不要随意增删 内容，以免与大纲脱节。4、辅导时，应对学习方法进行指导，宜提倡“认真阅读教材，刻苦钻 研教材，主动争取帮助，依靠自己学通”的方法。5、辅导时，要注意突出重点，对考生提出的问题，不要有问即答，要积极启发引导。6、注意对应考者能力的培养，特别是自学能力的培养，要引导学生逐 步学会独立学习，在自学过程中善于提出问题，分析问题，做出判断，解决 问题。7、要使考生了解试题的难易与能力层次的高低两者不完全是一回事， 在各个能力层次中会存在着不同难度的试题。8、助学学时：本课程共 6学分，建议总课时108学时，其中助学课时分配如下：章次内容学时第1章几何光学的基本定律和成像概念8第2章理想光学系统8第3章平面和平面系统8第4章光学系统的光束限制8第5章光度学和色度学基础4第6章光线的光路计算及像差理论6第7章典型光学系统6第8章现代光学系统4第9章光学系统的像质评价和像差公差6第11章光的电磁理论基础6第12章光的干涉和干涉系统8第13章光的衍射