_工程光学考试大纲

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》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γ、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γ、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：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第4章光学系统中的光束限制一、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：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。二、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。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：了解像差的定义、种类和消像差的基本原则。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。二、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，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（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11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12章光的干涉和干涉系统一、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