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《应用光学》课程教学大纲.doc

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《应用光学》课程教学大纲

课程编号课程性质:专业方向课

先修课程:高等数学、大学物理

适合专业:电子科学与技术

开设学期:第五学期

考核方式:闭卷考试

总学时数:54

学分:3

课程性质和教学目标

《应用光学》在教学计划中列为专业必修课程,是电子科学与技术、电子信息工程和光电信息工程等光电类专业的技术基础课。本课程主要探讨几何光学和部分波动光学的基本知识,研究光的传播和成像规律,典型光学系统的工作原理、光学特性,像差理论等内容。

本课程的教学目标是教授学生学习几何光学、典型光学仪器原理、光度学等方面的基础理论和方法。通过本课程的教学,使学生掌握经典的几何光学的理论内容;了解部分像差理论的基本思想;掌握典型的光学系统的基本原理及设计方法;能够初步训练学生从复杂现象中抽象出本质物理图像或物理模型的能力。

(二)课程的目的与任务

本课程包括几何光学、像差理论和典型光学系统三大部分。

①几何光学部分以高斯光学理论为核心内容,包括了光线光学的基本概念与成像理论、球面和平面光学系统及其成像原理、理想光学系统原理、光能和光束限制等基础内容;

②像差理论详细叙述了光学系统的轴上点像差、轴外点像差和色差的形成原因、概念、现象、基本计算、典型结构的像差特征和校正像差的基本方法;

③典型光学系统部分包括了眼睛、显微镜与照明系统、望远镜与转像系统、摄影光学系统、投影光学系统、光纤光学系统、激光光学系统、红外光学系统和现代新型光电器件及其成像系统等的成像原理、光束限制、放大倍率及其外形尺寸计算。

通过以上三大部分内容的讲授,为学生学习光学系统设计打下坚实的基础。

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。三部分内容环环相扣,由几何光学理论知识应用到典型光学系统的设计,借助于像差理论优化光学系统设计,培养学生思维逻辑的严谨性、进一步提高学生的科学素养。

(三)理论教学的基本要求

1.应用光学既是一门理论学科又是一门应用学科,其中,几何光学仅仅是一种对真实情况的近似处理方法,尽管如此,此方法解决的有关光学系统的成像、计算、设计等方面的光学技术问题在大多数场合下与实际情况相符,故几何光学有很大的实用意义。近似处理的方法和条件是教学过程中必须明确的,因此应对基本概念、基本规律进行正确、严格的阐述,对难点内容作详细的分析和深入的讨论。同时,也要注意现代物理学的不断发展,某些概念可能有拓宽和演变,寻找与之相关的科研动态或其他自然科学的新发展,寻找合适的延伸点,介绍应用光学与工程、技术学科的密切相关的重要应用。

2.几何光学主要研究理想光学系统的成像问题,但实际上只有平面反射镜是唯一能构成完善像的光学元件,单个透镜或任意组合的光学系统只能对近轴物点以细光束成完善像,随着视场与孔径的增大,成像质量变差,产生各种成像缺陷,也即像差。通过对光学系统像差理论的讲授学习,能够正确认识像差,理解我们不可能获得对整个空间都能良好成像的光学系统,只能为适应用途而设计专门的光学系统,并且也不可能将各种像差完全校正和消除。但是由于接收器本身具有一定缺陷,只要将像差校正到某一限度内,观察时就觉察不出成像缺陷,从而使设计光学系统变的具有实际意义。

3.光学系统的优劣直接影响仪器的主要性能和质量。光学系统部分的基本要求是使学生获得光学系统的基本知识、基本原理,为光学设计奠定基础。此部分内容涉及典型光学系统(如望远镜系统、显微镜系统、照相系统等)、现代光学系统(如激光光学系统、扫描光学系统等)等,教学过程中,要适当介绍典型光学系统发展更迭历史,通过介绍光学系统标志性改进结果和有价值的背景资料,提高学生的科学素养,培养学生历史唯物主义和辩证唯物主义的基本观点。

4.在实际教学过程中,根据不同章节的不同内容,可适当引进现代化教学手段,因材施教,采用灵活有效的教学方法。既要使学生掌握应用光学的理论精髓,又要使学生体会和领略光学设计思想和光学器件更新换代对物理学科和实验物理的重要性和必要性,还要使学生学会采用必要的软件设计方法去分析和研究光学系统中的实际问题,培养学生的物理思维能力和解决实际光学问题的能力。

5.要布置相关的阅读材料和参考文献,使学生扩大应用光学理论的知识认识,不断培养并提高自学能力和科学研究能力。通过思考题、习题的习作,使学生加深对理论的认识,有意识地培养和提高严谨的分析能力,并使学生学会正确使用设计工具。此外,布置一些操作可行的光学小实验,对提高学生独立工作能力、物理思维能力和动手能力也将大有脾益。

(四)实践教学要求

(五)教学学时分配数

章次

各章名称

总学时

学时分配

讲课

实验

上机

课外

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北京教育部直属高校教师,具有十余年工作经验,长期从事教学、科研相关工作,熟悉高校教育教学规律,注重成果积累

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