《应用光学》教学大纲

《应用光学》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：06140711课程性质：专业必修课学分：4学分学时：64学时（理论56学时，实验8学时）先修课程：大学物理、物理光学、高等数学、线性代数等后续课程：光学系统CAD适用专业：光电信息科学与工程开课单位：电子信息工程学院一、课程说明《应用光学》是光电信息科学与工程专业本科学生的一门专业必修课。本课程注重论述光学基本原理的同时，结合工程实际，通过本课程的学习可较全面掌握光学基本理论和实际应用技术，使学生在学习过程中掌握工程光学的基本理论、计算，学会分析、设计光学系统；培养学生在掌握经典光学理论的基础上，对现代光学系统原理及成像特性有更进一步认识，为研究开发光学测试仪器打下基础。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：掌握经典的几何光学的理论内容；掌握典型的光学系统的基本原理及设计方法；了解部分像差理论的基本思想。课程目标2：培养学生掌握理想光学系统成像的理论、典型光学仪器成像的基本理论；培养学生综合运用应用光学的基本理论，为今后从事光学总体设计和光学系统镜头设计，打下良好的基础。课程目标3：要让学生科学地认识不断变化的自然界和社会，培养他们探索科学的兴趣和勇气；培养创新精神和团队合作精神，有社会责任感；有良好的心理素质，良好的品格和顽强的意志，以便从容地应对未来社会的挑战。三、课程目标与毕业要求《应用光学》课程教学目标对光电信息科学与工程专业毕业要求的支撑见表1。

表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度1.工程知识1.2能够将数理和工程科学技术基础知识用于对光电信息相关复杂工程问题建立数学模型并进行求解；课程目标1：掌握经典的几何光学的理论内容；掌握典型的光学系统的基本原理及设计方法；了解部分像差理论的基本思想。H2.问题分析2.2能够应用数学、自然科学基本原理，对光电信息领域复杂工程问题进行表述。课程目标2：培养学生掌握理想光学系统成像的理论、典型光学仪器成像的基本理论；培养学生综合运用应用光学的基本理论，为今后从事光学总体设计和光学系统镜头设计，打下良好的基础。M4.研究4.2能够基于科学原理并采用科学方法对光电信息类器件、电路、功能模块、控制系统制定实验方案并实施。课程目标3：要让学生科学地认识不断变化的自然界和社会，培养他们探索科学的兴趣和勇气；培养创新精神和团队合作精神，有社会责任感；有良好的心理素质，良好的品格和顽强的意志，以便从容地应对未来社会的挑战。H注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时实验学时对应的课程目标1.几何光学的基本定律和成像概念1.1几何光学的基本定律和原理1.2成像的基本概念与完善成像条件1.3光路计算与近轴光学系统1.4球面光学系统教学要求：掌握光学基本定律；理解完善成像条件的概念和相关表述；掌握几何光学的符号规则、实际光线与近轴光线的光路计算；掌握共轴球面系统的过渡公式以及成像放大率的计算。重点：光学基本定律。难点：实物、实像、虚物、虚像的概念及分辨。61、22.理想光学系统2.1理想光学系统与共线成像理论2.2理想光学系统的基点与基面2.3理想光学系统的物像关系2.4理想光学系统的放大率2.5理想光学系统的组合2.6透镜教学要求：掌握理想光学系统与共线成像理论的定义、性质以及基点、基面的概念；掌握运用作图法和解析法求理想光学系统的像（物）；理解理想光学系统放大率的定义及计算；掌握多光组的正切计算法、双光组系统简化公式的应用。重点：图解法求像的方法。难点：理想光学系统的放大率概念及公式。941、23.平面与平面系统3.1平面镜成像3.2平行平板3.3反射棱镜3.4折射棱镜与光楔3.5光学材料教学要求：掌握平面镜的成像原理、旋转特性以及双面镜的成像特性；掌握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、成像方向判别、等效作用与展开；了解折射棱镜和光楔的特点及应用；了解光学材料的基本特性。重点：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。难点：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。71、24.光学系统中的光阑与光束限制4.1光阑4.2照相系统中的光阑4.3望远镜系统中成像光束的选择4.4显微镜系统中的光束限制与分析4.5光学系统的景深4.6数码照相机镜头的景深教学要求：掌握孔径光阑、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；掌握渐晕、渐晕光阑、渐晕系数的定义及渐晕光阑和视场光阑的关系；了解望远、显微系统光束限制的一般原则，了解远心光路和场镜的意义；理解景深和焦深的概念。重点：孔径光阑、入瞳、出瞳、孔径角的定义及它们的关系。难点:景深、远景景深、近景景深的概念。71、25.光线的光路计算及像差理论5.1概述5.2光线光路计算5.3轴上点的球差5.4正弦差和彗差5.5场曲和像散5.6畸变5.7色差5.8像差特征曲线与分析5.9波像差教学要求：理解像差的定义、种类和消像差的基本原则；掌握每一种光线的光路计算的意义，能够进行第一类光线（子午面内的光线）的光路计算；掌握五种单色像差的概念、性质；掌握齐明点以及齐明透镜的结构和特性；了解等晕成像、不晕成像、等晕成像条件、正弦条件以及正弦差的概念特性；了解各种初级像差分布系数之间的关系，以此分析像差特性。重点：几何像差的定义、影响因素、性质和消像差方法。难点:像差的定义、种类和消像差的基本原则。1041、2、36.典型光学系统6.1眼睛及其光学系统6.2放大镜6.3显微镜系统6.4望远镜系统6.5目镜6.6摄影系统6.7投影系统6.8变焦距光学系统6.9光学系统的外形尺寸计算教学要求：了解人眼结构；掌握眼睛的调节及其校正；掌握放大镜、望远镜、显微镜视觉放大率和的分辨率的计算；了解摄影物镜、投影物镜的光学特性和结构型式；掌握望远镜系统的外形尺寸计算。重点：显微镜系统的工作原理及相关计算、望远系统的工作原理及相关计算。难点:放大镜的视觉放大率。81、27.光学系统中的像质评价7.1瑞利判断与波前图7.2中心点亮度与能量包容图7.3分辨率与点扩散函数7.4星点检测法与点列图7.5光学传递函数评价成像质量7.6其他像质评价方法7.7光学系统的像差公差教学要求：掌握光学系统像质评价方法和各自的优缺点；了解用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；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质评价要求和校正像差要求。重点：光学系统像质评价方法和各自的优缺点。难点: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。91、2、3合计568642.实验部分实验部分的教学内容、基本要求与学时分配见表3。表3实验项目、实验内容与学时实验项目实验内容和要求实验学时对应的课程目标1.平行光管的调整及使用方法实验实验内容：掌握平行光管的调整和使用方法。实验要求：了解平行光管的结构及工作原理、结构特点、应用场合，掌握平行光管的调整方法。21、22.焦距仪测量薄透镜焦距实验实验内容：学会用平行光管测量薄透镜的焦距。实验要求：了解平行光管的结构及工作原理。掌握平行光管的调整方法。了解透镜基本结构和焦距位置，分析透镜焦距测量的合理性。学会用平行光管测量薄透镜的焦距。22、33.光学系统像差理论的计算机模拟实验实验内容：观察各种像差现象的计算机模拟效果图。实验要求：掌握各种几何像差产生的条件及其基本规律。观察各种像差现象的计算机模拟效果图，理解各种单色像差的概念及对光学系统的影响。21、24.星点法观测单色像差实验实验内容：掌握星点法测量成像系统单色像差的原理及方法。实验要求：了解平行光管的结构及工作原理。了解单色像差的产生原理。掌握星点法测量成像系统单色像差的原理及方法。22、3合计8五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，结合讨论、案例、视频资源共享、实验等教学手段完成课程教学任务和相关能力的培养。学生比较全面地几何光学的基础理论，光学系统像差的基本概念、产生原因、危害和校正方法，了解像差的计算，并了解一些特殊的光学系统知识。理解应用光学的基本方法与设计原理，具有进行光学设计的初步能力。在实验教学环节中，通过启发式教学、讨论式教学培养学生应用光学的基本理论、基本知识和基本技能。培养学生自主学习能力、实际动手能力，激发学生的创新思维。六、课程资源1.推荐教材：郁道银等.工程光学（第四版）[M].北京:机械工业出版社,2019.3.2.参考书：（1）蔡圣善,朱耘,徐建军.电动力学（第二版）[M].北京:高等教育出版社,2002.（2）迟泽英,陈文建.应用光学与光学设计基础（第一版）[M],南京:东南大学出版社,2008.（3）李林,林家明,王平.工程光学（第一版）[M].北京:北京理工出版社,2003.3.期刊：（1）光学学报（ActaOpticaSinica）.中科院上海光机所,中国光学学会.（2）中国激光（ChineseJournalofLasers）.中科院上海光机所,中国光学学会.（3）光电子·激光.天津理工大学,中国光学学会,国家自然科学基金委员会信息科学部.（4）光电工程.中国科学院光电技术研究所,中国光学学会.（5）应用光学（JournalofAppliedOptics）.中国兵器工业第二〇五研究所,中国兵工学会.（6）OpticsLetters.美国光学学会.（7）OpticsExpress.美国光学学会.4.网络资源：（1）应用光学,/course/BIT-1001606003.（2）应用光学,/course/ZJU-1206578811.七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4。表4课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂表现12（1）根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考核，满分100分。（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√552实验12（1）根据每个实验的实验操作完成情况和实验报告质量单独评分，满分100分；（2）每次实验单独评分，取各次实验成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以实验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√12作业16（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√664期末考核60（1）卷面成绩100分，以卷面成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。（2）主要考核几何光学的基础理论，光学系统像差的基本概念、产生原因、危害和校正方法，了解像差的计算。掌握七种典型的光学系统，即眼睛、放大镜、显微系统、望远系统、目镜、摄影系统和投影系统，并了解一些特殊的光学系统知识。掌握光学系统像质评价方法和各自的优缺点。（3）考试题型为：选择题、填空题、判断题、简答题和分析计算题等。√√√252510合计：100分364816八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、实验、作业、期末考试等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末试卷成绩和过程性考核成绩组成。其中：期末试卷成绩为100分（权重60%），试题类型为填空题、选择题、判断题、简答题和分析计算题等类型，试卷中基本知识、基本理论、基本技能的试题分值不超过50%，综合应用题、分析题不低于50%；课堂表现、实验、作业等过程性考核成绩为100分（权重40%）；过程性考核和考试试题分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表5。表5过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60课堂表现30笔记完整，积极参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于90%。笔记完整，认真参与教学活动，回答问题准确率大于80%。笔记不完整，偶尔参与教学活动，回答问题准确率大于70%。上课不认真，上课不记笔记，偶尔参与教学活动。上课不认真，上课不记笔记，不参与教学活动。作业40作业完整，思路清晰，准确率大于90%，字迹工整。作业完整，准确率大于80%，字迹工整。不交作业2次以内，准确率大