湖北省高等教育自学考试大纲.docx

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湖北省高等教育自学考试大纲

 

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差不多定律与成像理论、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进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、差不多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,学生能对光学的差不多概念、差不多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差不多定律与成像理论、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差不多内容以及光的电磁性质、光波的叠加与分析、光的干涉、衍射、偏振等物理光学的差不多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、有用光电技术、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章几何光学的差不多定律和成像概念 

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:

掌握几何光学差不多定律:

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b、轴向放大率a、角放大率γ、拉赫不变量等公式。

 经历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:

几何光学差不多定律。

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b、轴向放大率a、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、差不多用途、成像方向判不、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、差不多用途、成像方向判不、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。

经历并一般理解渐晕、渐晕光阑、渐晕系数的定义及渐晕光阑和视场光阑的关系。

了解照相系统的差不多结构、成像关系和光束限制。

了解望远系统的差不多结构、成像关系和光束限制。

了解显微系统的差不多结构、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,景深公式和阻碍因素。

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:

照相系统的差不多结构、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:

望远系统的差不多结构、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:

景深公式和阻碍因素

应用:

显微系统的差不多结构、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差不多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:

光度学和色度学的差不多概念

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、种类和消像差的差不多原则。

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、阻碍因素、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、阻碍因素、性质和消像差方法

应用:

消像差的差不多原则

(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:

了解现代光学的差不多内涵,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曲线和其下面积推断光学系统的成像质量的方法和差不多原理。

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:

瑞利推断

理解:

光学系统像质评价方法

应用:

用MTF曲线推断光学系统的成像质量的方法和差不多原理

(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曲线的积分值推断光学系统的成像质量的方法和差不多原理

(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。

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