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《工程光学》是湖北省高等教育自学考试的一门专业基础课程,主要涵盖了几何光学、物理光学以及现代光学的基础理论、基本方法和实例应用。课程旨在使学生深入理解光学的基本概念、原理和典型系统,为后续的专业课程如激光原理与技术、实用光电技术和信息光学等打下扎实的基础。 课程内容包括几何光学的基本定律,如光的直线传播定律、独立传播定律、反射定律、折射定律(含全反射)、光路的可逆性、费马原理和马吕斯定律。此外,还涉及成像条件、单个折射球面和反射镜的成像公式,如垂轴放大率、轴向放大率、角放大率和拉赫不变量。同时,学生需要掌握光波与光线的概念,理解费马原理和马吕斯定律,并能够运用共轴球面系统公式进行计算。 理想光学系统的学习要求学生理解无限远物点和像点的共轭性质,物方主平面与像方主平面的性质,以及光学系统的节点。学生需要掌握图解法和解析法求像,理解理想光学系统的放大率、两焦距之间的关系以及正切计算法。此外,对于多个光组组成的理想光学系统的成像公式也需要有所了解。 平面光学系统的学习则涉及平面镜的成像特点、旋转特性、光学杠杆原理,以及平行平板和反射棱镜的成像特性。这部分内容要求学生能够熟练运用近轴区内的轴向位移公式,并理解不同类型的反射棱镜的应用。 通过本课程的学习,学生不仅需要掌握理论知识,还要具备将这些知识应用于实际问题解决的能力。课程的考核知识点和目标分别列出了重点、次重点和一般识记的内容,强调了理论理解、公式应用和实际问题解决能力的培养。 《工程光学》这门课程是光机电一体化和光信息科学与技术专业的重要基石,它结合了数学和物理的基础,旨在培养学生在光学领域的专业知识和实践技能,为他们在未来的职业生涯中处理光学相关问题做好准备。
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第 1 页 共 17 页
编号:
时间:2021 年 x 月 x 日
书山有路勤为径,学海无涯苦作舟
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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
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时间:2021 年 x 月 x 日
书山有路勤为径,学海无涯苦作舟
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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
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时间:2021 年 x 月 x 日
书山有路勤为径,学海无涯苦作舟
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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。
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时间:2021 年 x 月 x 日
书山有路勤为径,学海无涯苦作舟
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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
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