光学工程基础

Overview

光学工程基础是光电类、仪器类专业非常重要的一门学科基础课，是相关专业本科生的“看家课”之一。光学工程基础课程分为应用光学和物理光学两大部分。应用光学主要包括：理想光学系统、光线追迹和成像质量、光学系统等三部分。物理光学主要包括：光的电磁理论基础、干涉光学系统、衍射光学系统、晶体光学基础和傅里叶光学等五部分。该课程为学生提供了扎实的基础和丰富的应用。
我们有信心：你能领悟光学世界的奇妙。

Syllabus

绪论——课程内容简介

1.1.1 课程背景和内容简介
1.1.2 光学工程的特点
1.1.3 本课程的学习方法

绪论——预备知识

1.2.1 微积分基础知识
1.2.2 光学工程中的常用函数
1.2.3 常用函数的运算与变换
扩展阅读

上篇：应用光学——光波、光线和成像

2.1.1 基本概念和光线传播基本定律
2.1.2 成像基本概念
2.1.3 费马原理
2.1.4 等光程成像
2.1.5 常用曲面形状
第一次作业

上篇：应用光学——近轴光学

2.2.1 近轴光学基本概念
2.2.2 近轴球面成像
2.2.3 近轴球面成像放大率
2.2.4 物像空间及光学不变量
2.2.5 矩阵光学简介
2.2.6 矩阵光学应用
第二次作业

上篇：应用光学——理想光学系统

2.3.1 理想光学系统基本概念
2.3.2 理想光学系统的基点与基面
2.3.3 图解法求像
2.3.4 解析法求像
2.3.5 理想光学系统的放大率
2.3.6 理想光学系统焦距关系
2.3.7 理想光学系统组合
2.3.8 透镜与薄透镜
2.3.9 远摄型光组和反远距型光组
第三次作业

上篇：应用光学——平面反射镜与棱镜

2.4.1 平面反射镜及双平面反射镜
2.4.2 反射棱镜及其展开和平行平板成像
2.4.3 反射棱镜成像方向
2.4.4 棱镜转动定理
2.4.5 角锥棱镜和折射棱镜
2.4.6 光学材料简介
第四次作业

上篇：应用光学——光学系统中的光束限制

2.5.1 光阑简介与孔径光阑
2.5.2 视场光阑与渐晕
2.5.3 远心光路
2.5.4 景深
第五次作业

补充材料：光度学与色度学基础（不占学时）

2.6.1 光度学与色度学基础
2.6.2 视见函数和光度学
2.6.3 光传播过程中光学量的变化规律
2.6.4 色度学基本概念
2.6.5 CIE标准色度学系统
第六次作业

上篇：应用光学——像差简介

2.7.1 球差
2.7.2 色差
2.7.3 子午像差和弧矢像差
2.7.4 彗差、像散、场曲、畸变
2.7.5 垂轴像差、波像差
2.7.6 光学传递函数
第七次作业（像差）

上篇：应用光学——人眼

2.8.1 人眼的光学模型
2.8.2 人眼的缺陷与校正
2.8.3 人眼的景深

上篇：应用光学——光学系统的分辨率

2.9.1 光学系统的分辨率
第八次作业（光学系统分辨率）
2.9.2 人眼的分辨率
第八次作业(人眼)

上篇：应用光学——放大镜

2.10.1 放大镜
第八次作业(放大镜)
2.10.2 放大镜的光束限制和视场及目镜

上篇：应用光学——望远系统

2.11.1 望远系统
2.11.2 望远镜的放大倍率
2.11.3 望远镜的视觉放大率
2.11.4 望远镜的分辨率
第九次作业（望远镜）

上篇：应用光学——显微系统

2.12.1 显微镜及其放大率
2.12.2 显微镜的视觉放大率
2.12.3 显微镜的孔径光阑
2.12.4 显微镜的机械筒长
2.12.5 显微镜的分辨率及有效放大率
2.12.6 显微镜的景深
2.12.7 显微镜的照明系统
第九次作业（显微镜）

下篇：物理光学——光的电磁性质

3.1.1 电磁场的波动性
3.1.2 平面电磁波及其性质
3.1.3 球面波与柱面波，光波辐射与辐射能

下篇：物理光学——在两电介质分界面上的折射和反射

3.2.1 电磁场的连续条件（边界条件）
3.2.2 光在两电介质分界面上的折射与反射
3.2.3 菲涅耳公式
3.2.4 全反射与倏逝波
3.2.5 金属表面的反射
3.2节课后习题

下篇：物理光学——光的吸收、色散和散射

3.3.1 光的吸收、色散和散射

下篇：物理光学——光波的叠加

3.4.1 光波的叠加

下篇：物理光学——干涉原理及相干条件

3.5.1 干涉原理及相干条件
3.5节课后习题

下篇：物理光学——杨氏干涉实验

3.6.1 干涉图样计算
3.6.2 分波阵面干涉装置的特点
3.6节课后习题

下篇：物理光学——干涉条纹的对比度及其影响因素

3.7.1 时间相干性
3.7.2 空间相干性
3.7节课后习题

下篇：物理光学——平板的双光束干涉

3.8.1 干涉条纹的定域
3.8.2 平行平板产生的等倾干涉
3.8.3 楔形平板产生的等厚干涉
3.8节课后习题

下篇：物理光学——典型的双光束干涉系统及其应用

3.9.1 斐索干涉仪
3.9.2 迈克尔逊干涉仪
3.9节课后习题

下篇：物理光学—— 平行平板的多光束干涉及其应用

3.10.1 平行平板的多光束干涉
3.10.2 F-P 干涉仪
3.10.3 光学薄膜基础
3.10.4 单层膜与多层膜
3.10课后习题

下篇：物理光学—— 光波的标量衍射理论

3.11.1 惠更斯—菲涅耳原理
3.11.2 菲涅耳—基尔霍夫衍射公式及衍射分类
3.11节习题

下篇：物理光学—— 典型孔径的夫朗和费衍射

3.12.1 夫朗和费衍射公式的意义
3.12.2 矩孔衍射和单缝衍射
3.12.3 圆孔衍射
3.12节习题

下篇：物理光学—— 光学成像系统的衍射和分辨本领

3.13.1 成像系统的分辨本领
3.13节习题

下篇：物理光学—— 多缝的夫朗和费衍射

3.14.1 双缝与多缝的夫朗和费衍射
3.14.2 光栅的分光性能
3.14.3 几种典型光栅
3.14节习题

下篇：物理光学—— 菲涅耳衍射

3.15.1 圆孔和圆屏（盘）的菲涅耳衍射
3.15.2 菲涅耳透镜
3.15节习题（菲涅耳衍射）

下篇：物理光学—— 傅立叶光学

3.16.1 平面波的复振幅分布和空间频率、复杂复振幅及其分解
3.16.2 光波衍射的傅里叶分析方法
3.16.3 透镜的傅立叶变换性质
3.16.4 相干成像系统分析及相干传递函数
3.16节习题

下篇：物理光学—— 光学信息处理

3.17.1 非相干成像系统分析及光学传递函数
3.17.2 阿贝成像理论、波特实验与光学信息处理
3.17.3 全息术
3.17节习题

下篇：物理光学——光在晶体中传播

3.18.1 偏振光概述
3.18.2 光在晶体中的传播
3.18.3 单色平面波在晶体中的传播
3.18.4 单轴晶体中光的传播
3.18节习题

下篇：物理光学——光在晶体表面的折射和反射

3.19.1 光波在晶体表面的折射和反射

下篇：物理光学—— 晶体偏振器件

3.20.1 偏振棱镜和相位延迟器(一)
3.20.1 偏振棱镜和相位延迟器(二)
3.20.2 偏振光和偏振态的琼斯矩阵表示
3.20节课后作业

下篇：物理光学——偏振光的变换和测定

3.21.1 偏振光的变换
3.21.2 偏振光的测定
3.21节课后习题

下篇：物理光学——偏振光的干涉

3.22.1 平面偏振光的干涉
3.22.2 会聚偏振光的干涉
3.22节课后习题

下篇：物理光学——磁光、电光和声光效应

3.23.1 旋光现象和磁致旋光效应（一）
3.23.1 旋光现象和磁致旋光效应（二）
3.23.2 电光效应（一）
3.23.2 电光效应（二）
3.23.3 声光效应
3.23节课后习题

期末考试

期末考试

期末考试

Taught by

Liqun Sun, Qiaofeng Tan, Jun Zhu, and Liangcai Cao

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