工程光学(1)_实验讲义

实验一光学实验主要仪器、光路调整与技巧

1.引言

不论光学系统如何复杂，精密，它们都是由一些通用性很强的光学元器件组成的，因此，掌握一些常用的光学元器件的结构，光学性能、特点和使用方法，对于安排实验光路系统时，正确的选择和使用光学元器件具有重要的作用。

2.实验目的

1)掌握光学专业基本元件的功能；

2)掌握基本光路调试技术，主要包括共轴调节和调平行光。

3.实验原理

3.1光学实验仪器概述:

光学实验仪器主要包括：光源，光学元件，接收器等。

3.1.1常用光源

光源是光学实验中不可缺少的组成部分，对于不同的观测目的，常需选用合适的光源，如在干涉测量技术中一般应使用单色光源，而在白光干涉时又需用能谱连续的光源（白炽灯）；在一些实验中，对光源尺寸大小还有点、线、面等方面的要求。光学实验中常用的光源可分为以下几类：

1）热辐射光源

热辐射光源是利用电能将钨丝加热，使它在真空或惰性气体中达到发光的光源。白炽灯属于热辐射光源，它的发光光谱是连续的，分布在红外光、可见光到紫外光范围内，其中红外成分居多，紫外成分很少，光谱成分和光强与钨丝温度有关。热辐射光源包括以下几种：普通灯泡，汽车灯泡，卤钨灯。

2）热电极弧光放电型光源

这类光源的电路基本上与普通荧光灯相同，必须通过镇流器接入220V点源，它是使电流通过气体而发光的光源。实验中最常用的单色光源主要包括以下两种：纳光灯（主要谱线：589.3nm、589.6nm），汞灯（主要谱线：623.4nm、579.0nm、577.0nm、546.1nm、491.6nm、435.8nm、407.9nm、404.7nm）3）激光光源

激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，缩写：LASER)，是指通过辐射的受激辐射而实现光放大，即受激辐射的光放大。激光

器作为一种新型光源，与普通光源有显著的差别。它是利用受激辐射的原理和激光腔的滤波效应，使所发光束具有一系列新的特点。①激光器发出的光束有极强的方向性，即光束的发散角很小；②激光的单色性好，或者说相干性好，其相干长度可以达十米甚至数百米；③激光器的输出功率密度大，即能量高度集中。所以激光光源是一种单色性和方向性都好的强光源，已应用于许多科技及生产领域中。目前常用的激光器主要有气体激光器（如：He-Ne激光器、Ar离子激光器）、液体激光器（如：染料激光器）、固体激光器（如：红宝石激光器、钕玻璃激光器）和半导体激光器（如GaAs、CaSb 激光器）。

.

图1-1 激光器示意图（He－Ne激光）

本实验，选择的光源是气体型He-Ne内腔式激光器如图1-1所示,波长为632.8nm的红光，功率2mW。

3.1.2 常用光学元件

光学实验中的基本部件是光学元件，如透镜、平面反射镜、分束镜、棱镜、偏振元件、光栅、滤光片，可变光阑包括可调的狭缝和圆孔光阑等。

1）透镜

透镜有成像作用，利用它可传递物和像的图像。准直镜、成像透镜、傅立叶变换透镜均可使用不同孔径和焦距的透镜来实现。为了提高光的透射率，透镜表面要镀增透膜。在选用透镜时，要选用没有缺陷和污脏的透镜（因为它们会使观察或记录图像产生噪声）。

2）分束镜

分束镜是光学实验系统的一个重要元件，它的作用是将入射光束分成具有一定光强比的两束光，在干涉仪系统组装的实验中可产生两束有一定夹角的相干波，在全息制作实验中可产生参考光和物光。分束镜一般是通过在玻璃板上镀干涉膜而制成，分光比可以连续变化或分段变化。

3）扩束器（扩束镜）

因激光束的发散角很小，需要用一个扩束镜以增大光束的发散角。通常可用20倍、40倍的显微物镜或焦距很短的单片正透镜或负透镜实现。本实验中，扩束镜采用的是40倍的显微物镜。

4）平面反射镜

平面反射镜一般用于折转光路，其直径大小应根据所折转的光束直径而定。用于转折宽光束的反射镜，除了有一定的孔径要求之外，还有表面平面度的要求。另外，当光入射到普通反射镜的玻璃基板上时，要先经过折射然后再反射，反射光的损失很大。同时玻璃片基的两面会因多次反射引入杂散光。为了消除附加反射光的影响，反射镜通常都是在前表面上镀制反射膜。所以光学实验需用表面平整度高和涂有多层反射膜的高反射率反射镜。

3.1.3常用机械部件

防震平台、光学镜架，读数平台、多自由度微调器、光纤调整架等。

1）防震平台

光学实验需要一个稳定的减震工作平台，特别是对于干涉和全息图制作实验，所记录的都是参考光波和物光波的干涉条纹，如果在曝光过程中因为振动导致两光波有变化，就要影响干涉条纹的调制度。通常要求该光波的振动变化小于十分之一波长。影响稳定性的因素有震动、空气流和热变化等。震动的主要影响来自地基的震动，如果记录系统部件的机构有松动就会把震动放大，所以必须对工作台采取减震措施。专用气浮工作台是最好的减震台。简单的减震方法可用砂箱、微塑料、气垫（用汽车、飞机轮子的内胎）和重1000～2000kg的铸铁或花岗岩，并应安装一个隔离罩。如果不用隔离罩，做实验时室内不要通风，工作人员不要大声讲话和距离工作台远一些。

2）光学镜架

光学镜架是一种典型的对装有光学元件（如反射镜、透镜）的镜框进行固定的机械装置。

3）读数平台

光学实验室备有各种规格和精密的读数机械平台，以便根据实验需要选用。

3.1.4 常用接收器

实验中常用的接收器主要包括：观察屏（白板）、光电池、光电接收器、CCD成像器件、CMOS成像器件等。

3.2 光路调试技术

在光学实验中，光学元件同轴等高的调节是实验中必不可少的一个重要

环节，它关系到成像质量的好坏、能否得到预期的光学现象和满意的测量结果。可以说调整好光路是进行光学研究和光学实验应具备的技能。下面介绍光路的基本调整方法。

3.2.1共轴调节

光学实验中经常要遇到用一个或多个透镜同时成像，为了获得较好的像，必须使各个透镜的主光轴重合（即共轴），并使物体位于透镜的主光轴附近。另外，为了最大限度的利用激光扩束后的面光源，所有透镜的主轴都需要大致通过光斑中心，才能获得清晰的像。

共轴调节使物、观察屏的中心处在透镜光轴上，并使各光学元件共轴，达到共轴能保证近轴光线的条件成立。共轴调节一般分为两步骤进行：1）第一步粗调，即用眼睛观察，使物、观察屏与透镜中心大致在一条直线上。粗调的方法如下：通过前后移动白屏的方法先使激光光束与台面平行，再将透明物、扩束镜、双凸透镜依次摆好，调节它们的取向和高低左右位置，凭眼睛观察，再让光斑、物、镜的几何中心处在一条直线上，这样便使透镜镜的主光轴与平台面平行且共轴，光斑也最大限度得到利用。

2）第二步细调，即移动透镜，当两次成像中心重合即达到共轴，若不重合，须视情况针对性地调节各光学元件，直至两次成像的中心重合。如果系统有两个以上的透镜，先加入一个透镜调节共轴，然后再依次加入透镜，使每次所加透镜都与原系统共轴。

反射镜共轴的调节方法类似。

3.2.2平行光束的获得与检测

在光学实验中，经常要用到准直性良好的平行光束。这可以在扩束镜和针孔滤波器之后加入准直透镜来获得。准直透镜的前焦点应于扩束镜的后焦点重合，并且二者的光轴也应一致。准直透镜通常使用口径较大、焦距较长的双胶合透镜，这样可以获得截面较大的光束，以便处理较大一些的图像。在要求不太高的实验中，也可使用单片的正透镜作为准直透镜。平行光束的调整步骤如下：1）调整扩束镜和准直镜共轴，如图1-2所示。

激光

图1-2 共轴调节示意图

2）粗调－自准直法。沿光束传播方向，前后轴向移动准直透镜，直到从自准直反射镜反射回来的自准直像落在针孔表面，并于针孔重合。或者在准直镜后放一观察屏，如图1－3所示，前后移动，观察准直后光斑的变化，若在一个较大范围内光斑直径几乎无变化，可视为准直成功，完成粗调。在调节中要注意光斑变化和准直镜移动方向的关系，从而很快达到粗调的效果。

图1-3 平行光路粗调示意图

3）细调－剪切干涉法。如有条件，可以选用平晶进行细调。在准直镜后，倾斜放置一平行平晶，观察平晶两表面反射光束重叠部分产生的剪切干涉条纹，如图1-4所示，沿光轴前后微移动准直透镜，使条纹渐渐由密变疏，直到条纹最宽或成均匀光，如图1-5所示，这时准直镜处于最佳位置，出射光为平行光。剪切干涉法只能用于相干光束的调整，非相干照明时，可用自准直法调整。

3） 显微物镜

10）透镜/反射镜支架 （Φ40.0） 4） 物镜接圈

11）干板架 5） 开口透镜/反射镜支架

（Φ20.0）

12）毛玻璃 6） 一维调节滑块

13）平行平晶 7）K9平凸透镜（Φ40.0, 14）导轨，滑块，支杆，调节支座，激光观察观察

观察屏

（条纹变

化，使之越

来越少）

f150.0）磁力表座等

5.实验内容

1）参照图1-6，沿导轨装妥各器件（先不安装扩束显微物镜和准直平凸透镜部分），并调至共轴；

图1-6 激光平行光路调试装配示意图

2）首先，将分划板中心通孔高度定为光轴高度，然后将分划板移至贴近激光器的位置，调节激光器高度，使激光束通过分划板中心圆孔。再将分划板移至较远处，调节激光夹持器，使激光束再次通过分划板中心圆孔（近端调高低，远端调俯仰）。重复二三次高低和俯仰调节，使激光束在合适的高度保证基本水平；

3）在系统中加入扩束物镜和准直透镜，适当调节激光束和扩束镜，准直透镜共轴，且准直透镜在扩束镜的前焦面上。前后移动分划板，观测分划板上的圆斑大小是否变化。若变化，则前后移动准直透镜，直到前后移动分划板，板上的圆斑大小不发生变化，完成平行光粗调;

4）将分划板替换为平行平晶，将毛玻璃放在在平行平晶反射光路上，前后移动准直透镜，使得毛玻璃上可以观察到干涉条纹;

5）细微调节平移台丝杆，观察干涉条纹变化，使得条纹数逐渐减少到一条或半条条纹，完成细调。

6.思考题

1）调节平行光时，由近及远移动准直镜产生的光斑如何变化？为什么？

2）如何利用平晶检测平行光的质量？

实验二平行光管实验

1.引言

平行光管是一种长焦距、大口径，并具有良好像质的仪器，与前置镜或测量显微镜组合使用，既可用于观察、瞄准无穷远目标，又可作光学部件，光学系统的光学常数测定以及成像质量的评定和检测。

2.实验目的

1）了解平行光管的结构及工作原理；

2）掌握平行光管的调整方法；

3）学会用平行光管测量薄透镜的焦距。

3.实验原理

3.1 平行光管的结构及工作原理

根据几何光学原理,无限远处的物体经过透镜后将成像在焦平面上;反之,从透镜焦平面上发出的光线经透镜后将成为一束平行光。如果将一个物体放在透镜的前焦平面上,那么它将成像在无限远处。

图2-1 为平行光管的结构原理图。它由物镜及置于物镜焦平面上的分划板,光源以及为使分划板被均匀照亮而设置的毛玻璃组成。由于分划板置于物镜的前焦平面上,因此,当光源照亮分划板后,分划板上每一点发出的光经过透镜后,都成为一束平行光。又由于分划板上由根据实验需要而刻成的分划线或图案,这些刻线或图案将成像在无限远处。这样,对观察者来说,分划板又相当于一个无限远距离的目标。

图2-1 平行光管的结构原理图

根据平行光管要求的不同,分划板可刻有各种各样的图案。图2-2 是几种常见的分划板图案形式。图2-2（a）是刻有十字线的分划板,常用于仪器光轴的校正;图2-2 (b) 是带角度分划的分划板,常用在角度测量上;图2-2 (c) 是中心有一个小孔的分划板,又被称为星点板;图2-2 (d) 是鉴别率板,它用于检验光学系统的成像质量。鉴别率板的图样有许多种,这里只是其中的一种;图2-2 (e) 是带有几

组一定间隔线条的分划板,通常又称它为玻罗板,它用在测量透镜焦距的平行光管上。

图2-2 分划板的几种形式

3.2用平行光管测量凸透镜焦距的原理

用平行光管法测量凸透镜焦距的光路图，如图2-3所示,从图中可以看出:

图2-3 平行光管法测量凸透镜焦距光路图

o f y '=?tan x

f y ''-='1tan ? 由于平行光管射出的是平行光，且通过透镜光心的光线不改变方向，因此

11????'=='=

x

o f y f y ''-=' o

x f y y f ''-='

（6-1） 其中o f '为平行光管物镜焦距，y 为玻罗板上选择的线对的长度，y '为用显微目镜读出的玻罗板上线对像的距离。用这种方法测量凸透镜焦距比较简单，关键是要保证各光学元件要等高共轴，平行光管出射平行光。

4. 实验器材

透镜'

1） 平行光管；2）反射镜；3）二维调节透镜/反射镜支架；

4）待测透镜（Φ40.0, f150.0）；5）测微目镜（10X ，带分划板）；

6）开口式二维调节透镜/反射镜支架；

7）导轨，滑块，支杆，调节支座等。

5. 实验内容

1）把平行光管实验系统按照图2-4所示放好；

图2-4 平行光管实验装图

2）打开平行光管外盖，观察平行光管内部结构，了解基本原理；

3）调节放在平行光管前的反射镜（反射镜上有调节水平螺丝和垂直螺丝），使平行光管射出的光线重新返回平行光管。这时能通过显微目镜看到分划板上有一个反射回来的像。前后移动分划板，直到目镜里清楚地观察到十字叉丝的像。表明分划板已经调整在物镜的前焦平面上了；

4）平行光管调好后，拿下平面镜，将被测凸透镜组置于平行光管的前方，在凸透镜的前方放上测微目镜，调节平行光管、被测凸透镜和测微目镜，使它们在同一光轴上，尽量让测微目镜拉近到实验人员方便观察的位置；

5）前后移动凸透镜，使被测凸透镜在平行光管中的玻罗板成像于测微目镜的标尺和叉丝上，表明凸透镜的焦平面与测微目镜的焦平面重合；

6）用测微目镜测出玻罗板像中y =0.553毫米两刻线间距的测量值y '，重复测量五次，将各数据填入自拟表格中；

7）根据平行光管物镜焦距mm f o 400='，计算出被测凸透镜的像方焦距，并计算其平均值和均方根误差。

o

x f y y f ''-='

6. 思考题

1）不同波长的光源对所测透镜焦距有何影响？

实验三望远系统的搭建和参数测量

1.引言

望远镜主要是用来帮助人眼看清远处目标以便观察、瞄准与测量的一种助视仪器，其主要作用在于增大被观察物体对人眼的张角，起着视角放大的作用。

本实验旨在使学生更加了解望远镜原理，自己搭建望远镜，测量相关参数。

2.实验目的

1）学习了解望远镜的构造及其原理；

2）学习测定望远镜放大倍数的方法；

3）理解分辨本领的含义。

3.实验原理

望远镜可用来观测远处的物体。最简单的望远镜由两块凸透镜组成。望远镜的前面有一块直径大、焦距长的凸透镜，名叫物镜；后面的一块透镜直径小焦距短，叫目镜。物镜把来自远处景物的光线，在它的后面汇聚成倒立的缩小了的实像，相当于把远处景物一下子移近到成像的地方。而这景物的倒像又恰好落在目镜的前焦点处，这样对着目镜望去，就好象拿放大镜看东西一样，可以看到一个放大了许多倍的虚像。这样，很远很远的景物，在望远镜里看来就仿佛近在眼前一样。常见望远镜可简单分为伽利略望远镜和开普勒望远镜等。

伽利略发明的望远镜在人类认识自然的历史中占有重要地位。它是由正光焦度的物镜和负光焦度的目镜组成的，其视觉放大率大于1，形成正立的像，不需加转像系统，但无法安装分划板，应用较少，可应用于观剧，倒置伽利略望远镜可用于门镜。

开普勒望远镜是由两个正光焦度的物镜和目镜组成，因此成倒像。为使经系统形成的倒像转变成正立的像，需加入一个透镜或棱镜转像系统。因开普勒望远镜的物镜在其后焦平面上形成一个实像，故可在中间像的位置放置一分划板，用作瞄准或测量。由于开普勒望远镜各种性能优良，所以目前军用望远镜，小型天文望远镜等专业级的望远镜都采用此种结构。

图3-1 开普勒望远镜光路示意图

为能观察到远处的物体，开普勒望远镜的物镜用较长焦距的凸透镜，目镜用较短焦距的凸透镜。远处射来光线（视为平行光），经过物镜后，会聚在它的后焦点外离焦点很近的地方，成一倒立、缩小的实像。目镜的前焦点和物镜的后焦点是重合的。所以物镜的像作为目镜的物体，从目镜可看到远处物体的倒立虚像，由于增大了视角，故提高了分辨能力，见图3-1。

当观测无限远处的物体时，物镜的焦平面和目镜的焦平面重合，物体通过物镜成像在它的后焦面上，同时也处于目镜的前焦面上，因而通过目镜观察时成像于无限远，此时望远镜的视觉放大率为：

e o e o

f f f f =-=Γ'' （3-1）

由此可见，望远镜的视觉放大率Γ等于物镜和目镜焦距之比。若要提高望远镜的视觉放大率，可增大物镜的焦距或减小目镜的焦距。

当用望远镜观测近处物体时，其成像的光路图可用图3-2来表示。图中1l 、

1l '和2l 、2

l '分别为透镜o L 和e L 成像时的物距和像距，?是物镜和目镜焦点之间的距离，即光学间隔（在实用望远镜中是一个不为零的小数量）。由图3-2可得

22tan l y B O B A -=''''=ψ )

(tan 2111122111l l l l l y l l l y B O AB -'+-'=-'+-='=?

图3-2 观察近处物体时望远镜的光路图 故观察近处物体时望远镜的视觉放大率为 2

12111)(tan tan l l l l l l -'+-'==Γ?ψ （3-2） 在满足近轴光线和薄透镜条件前提下，利用透镜成像公式，可得

1

'

1

'1l f l f l o o +=' 2

'

'2

'2l f l f l e e '-= 为了把放大的虚像3y 与物体1y 直接比较，必须使3y 和1y 处于同一平面内，

即要求2112l l l l +'-='。同时引入望远镜镜筒长度21l l l -'=，并利用1l '和2

l 两个表达式，得

'''1'12121e

o o e f f f l f l l l l l l ???? ??+++-=''=Γ （3-3） 在测出o f 、e f 、l 和1l 后，由式（4-3）可算出望远镜的放大率。显然当物距o f l >>1时，因式(4-3)中括号内的量接近于1，式（4-3）变回式（4-1）。

望远镜的分辨本领用它的最小分辨角

来表示。由光的衍射理论，按瑞利判断可知：

D λ

?22.1=

式中，λ为照明光波的波长，D 为望远镜物镜的孔径，角度

的单位是弧度。即两个物体如果对望远镜的张角小于（理论）值。则望远镜将无法分辨它们是

两个物体（两个物体重叠成一个像）。

4. 实验器材 1） 标尺；2）干板架；3）磁力表座；4）物镜（Φ40.0，f 150.0；

A B B 'A ''B ''A 'ψ...o F '

e F 1l -1

l 2l -?O O 'o e L 1y 3y -2

y -e f -'o f

?

Φ40.0，f 200.0）；

5）一维调节滑块；6）一维调节滑块；7）目镜（Φ20.0，f 30.0；Φ20.0，f -40.0）；

8）导轨，滑块，支杆，调节支座等

5. 实验内容

1）按照图3-3组装成开普勒望远镜（物镜选择f150，目镜选择f30），调整光学元件同轴等高；

4567

123

图3-3 望远镜系统装配示意图

2）将标尺安放在距离望远镜物镜大于1米处，用一只眼睛直接观察标尺，同时用另外一只眼睛通过望远镜的目镜看标尺的像，并对准标尺上两个红色标记间的区间，长度为L 。经适应性练习，获得被望远镜放大的和直观的标尺的叠加像；

3）测出红色标记内标尺的长度L '，多次重复测量，则其视觉放大率为

L

L '-=Γ； 4）测量出望远镜的镜筒长度l 和物距1l ，按照公式（3-3）计算其放大率，并与实验观察出来的放大率进行比较；

5）替换物镜（f200）和目镜（f-40），搭建伽利略望远镜，重复（2）

（3）（4）步；

6）由波长和物镜孔径，理论计算望远镜的最小分辨角

。

6. 思考题

1）望远镜的放大率与哪些因素有关？

2）评价天文望远镜时常提起物镜口径有多大，而不提它有多大倍数，为什么？

实验四 显微镜搭建与光学系统分辨率检测

1. 引言

显微镜主要是用来帮助人眼观察近处的微小物体，显微镜与放大镜的区别是二级放大。通过本实验使学生更了解显微镜的原理，自己搭建显微镜，测量相关参数。

2. 实验目的

1）学习显微镜的原理及使用显微镜观察微小物体的方法；

2）学习测定显微镜放大倍数的方法；

3）测量显微镜的分辨本领。

3. 实验原理

最简单的显微镜是由物镜和目镜构成。其中，物镜的焦距很短，目镜的焦距较长。它的光路如图4-1所示。图中的L o 为物镜（焦点在o F 和o F '），其物方焦距为o f ；L e 为目镜，其物方焦距为e f 。将高度为y 1的被观测物体AB 放在L o 的物方焦点外且接近焦点F o 处，物体通过物镜成一放大倒立实像B A ''(其高度为y 2)，此

实像在目镜的焦点以内，经过目镜放大，结果在明视距离D 上得到一个放大的虚像B A ''''（其高度为y 3）。虚像B A ''''对于被观测物AB 来说是倒立的。由图4-1可

见，显微镜的视觉放大率为

图4-1 简单显微镜的光路图

D

l l o F A

e F B 2y

B A

3 y

1 2 1

1

223'21'23tan tan y y y y l y l y ?=--==Γ?ψ （4-1） 式中，e e

f D l l y y Γ=≈-'-='2223（因D l ='-2），为目镜的放大率； o o f l l y y β=?-≈'='

11

12（因1l '比o f 大得多），为物镜的放大率。

?为显微物镜焦点o F '到目镜焦点e F 之间的距离，称为物镜和目镜的光学间隔。因此式（5-1）可改写成

o e o e f f D βΓ=?-

=Γ'' 由式（4-2）可见，显微镜的放大率等于物镜放大率和目镜视觉放大率的乘

积。在o f 、e f 、?和D 为已知的情形下，可以利用式（4-2）计算出显微镜的视觉放大率。

4. 实验器材

1） 白光点光源

7） 显微目镜（10X ，带分划板） 2） 光源探头夹持器

8） 支杆底座（GCM-5305M ） 3） 干板架

9） 齿轮齿条移动台 4） 分辨率板

10） 一维调节滑块 5） 显微物镜（Φ20.0,

f50.0）

11） 一维调节滑块 6） 开口式二维调节透镜/

反射镜支架

12）导轨，滑块，支杆，调节支座等 5. 实验内容

1）参照图4-1和图4-2布置各器件，调整光学元件同轴等高； （

4-2）

1234567

8910

11 图4-2 组装显微镜光路图

2）将透镜L o 和L e 之间的距离定位195mm ；

3）观测分辨率板上线数对为10的区间,任意选取物的高度为y 1，从目镜分划板上读出此物的像的长度y 3，重复测量多次，根据下式直接计算其视觉放大率

1

3'y y =Γ； 4）按公式（4-2）计算显微镜的视觉放大率，并与进行比较；

5）观察分辨率板，记录能够清晰分辨的分辨率板区间。

6. 思考题

1）显微镜的放大率与哪些因素有关？

工程光学第一章知识点

第一章几何光学基本原理 光和人类的生产活动和生活有着十分密切的关系，光学是人类最古老的科学之一。 对光的每一种描述都只是光的真实情况的一种近似。 研究光的科学被称为“光学”（optics），可以分为三个分支： 几何光学物理光学量子光学 第一节光学发展历史 1，公元前300年，欧几里得论述了光的直线传播和反射定律。 2，公元前130年，托勒密列出了几种介质的入射角和反射角。 3，1100年，阿拉伯人发明了玻璃透镜。 4，13世纪，眼镜开始流行。 5，1595年，荷兰著名磨镜师姜森发明了第一个简陋的显微镜。 6，1608年，荷兰人李普赛发明了望远镜；第2年意大利天文学家伽利略做了放大倍数为30×的望远镜。7，1621年，荷兰科学家斯涅耳发现了折射定律；1637年法国科学家笛卡尔给出了折射定律的现代的表述。8，17世纪下半叶开始，英国物理学家牛顿和荷兰物理学家惠更斯等人开始研究光的本质。 9，19世纪初，由英国医生兼物理学家杨氏和法国土木工程师兼物理学家菲涅耳所发展的波动光学体系逐 渐被普遍接受。 10，1865年，英国物理学家麦克斯韦建立了光的电磁理论。 11，1900年，德国柏林大学教授普朗克建立了量子光学。 12， 1905年，德国物理学家爱因斯坦提出光量子（光子）理论。 13，1925年，德国理论物理学家玻恩提出了波粒二象性的几率解释，建立了波动性与微粒性之间的联系。14，1960年，美国物理学家梅曼研制成第一台红宝石激光器，给光学带来了一次革命，大大推动了光学以 及其他科学的发展。 15，激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明。激光一问世，就获得了 异乎寻常的飞快发展，激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且导致整个一门新兴 产业的出现。 ●光学作为一门学科包含的内容非常多，作为在工程上应用的一个分支——工程光学， 内容主要包括几何光学、典型光学系统、光度学等等。 ●随着机械产品的发展，出现越来越多的机、电、光结合的产品。 ●光学手段越来越多用于机电装备的检测、传感、测量。 ●掌握好光学知识，为今后进一步学习机电光结合技术打好基础，也将会有更广阔的 适应面。 第二节光线和光波 1，光的本质 ●光和人类的生产、生活密不可分； ●人类对光的研究分为两个方面：光的本性，以此来研究各种光学现象，称为物理光学；光的传播规律 和传播现象称为几何光学。 ●1666年牛顿提出的“微粒说” ●1678年惠更斯的“波动说” ●1871年麦克斯韦的电磁场提出后，光的电磁波 ●1905年爱因斯坦提出了“光子”说 ●现代物理学认为光具有波、粒二象性：既有波动性，又有粒子性。 ●一般除研究光与物质相互作用，须考虑光的粒子性外，其它情况均可以将光看成是电磁波。 ●可见光的波长范围：380-760nm

工程光学(1)_实验讲义

实验一光学实验主要仪器、光路调整与技巧 1.引言 不论光学系统如何复杂，精密，它们都是由一些通用性很强的光学元器件组成的，因此，掌握一些常用的光学元器件的结构，光学性能、特点和使用方法，对于安排实验光路系统时，正确的选择和使用光学元器件具有重要的作用。 2.实验目的 1)掌握光学专业基本元件的功能； 2)掌握基本光路调试技术，主要包括共轴调节和调平行光。 3.实验原理 3.1光学实验仪器概述: 光学实验仪器主要包括：光源，光学元件，接收器等。 3.1.1常用光源 光源是光学实验中不可缺少的组成部分，对于不同的观测目的，常需选用合适的光源，如在干涉测量技术中一般应使用单色光源，而在白光干涉时又需用能谱连续的光源（白炽灯）；在一些实验中，对光源尺寸大小还有点、线、面等方面的要求。光学实验中常用的光源可分为以下几类： 1）热辐射光源 热辐射光源是利用电能将钨丝加热，使它在真空或惰性气体中达到发光的光源。白炽灯属于热辐射光源，它的发光光谱是连续的，分布在红外光、可见光到紫外光范围内，其中红外成分居多，紫外成分很少，光谱成分和光强与钨丝温度有关。热辐射光源包括以下几种：普通灯泡，汽车灯泡，卤钨灯。 2）热电极弧光放电型光源 这类光源的电路基本上与普通荧光灯相同，必须通过镇流器接入220V点源，它是使电流通过气体而发光的光源。实验中最常用的单色光源主要包括以下两种：纳光灯（主要谱线：589.3nm、589.6nm），汞灯（主要谱线：623.4nm、579.0nm、577.0nm、546.1nm、491.6nm、435.8nm、407.9nm、404.7nm） 3）激光光源 激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，缩写：LASER)，是指通过辐射的受激辐射而实现光放大，即受激辐射的光放大。激光器作为一种新型光源，与普通光源有显著的差别。它是利用受激辐射的原理和激光腔的滤波效应，使所发光束具有一系列新的特点。①激光器发出的光束有极强的方向性，即光束的发散角很小；②激光的单色性好，或者说相干性好，其相干长度可以达十米甚至数百米；③激光器的输出功率密度大，即能量高度集中。所以激光光源是一种单色性和方向性都好的强光源，已应用于许多科技及生产领域

天津大学2020硕士研究生初试考试自命题科目大纲807工程光学与光电子学基础

一、考试模块划分方式： 考试内容分为A、B 两个模块，考生可任选其中一个模块。A 模块为工程光学，B 模块为光电子学基础。 二、各模块初试大纲： A模块：工程光学 （一）考试的总体要求 本门课程的考试旨在考核学生有关应用光学和物理光学方面的基本概念、基本理论和实际解决光学问题的能力。 考生应独立完成考试内容，在回答试卷问题时，要求概念准确，逻辑清楚，必要的解题步骤不能省略，光路图应清晰正确。 （二）考试的内容及比例 考试内容包括应用光学和物理光学两部分。 “应用光学”应掌握的重点知识包括：几何光学的基本理论和成像概念、理想光学系统理论、光学系统中的光束限制、平面和平面系统对成像的影响、像差的基本概念和典型光学系统的性质、成像关系及光束限制等。具体知识点如下： 1、掌握几何光学基本定律与成像基本概念，包括：四大基本定律及全反射的内容与现象解释；完善成像条件的概念和相关表述；几何光学符号规则以及单个折射球面、反射球面的成像公式、放大率公式等。 2、掌握理想光学系统的基本理论和典型应用，包括：基点、基面的主要类型及其特点；图解法求像的方法；解析法求像方法（牛顿公式、高斯公式）；理想光学系统三个放大率的定义、计算公式及物理意义；理想光学系统两焦距之间的关系；正切计算法以及几种典型组合光组的结构特点、成像关系等。 3、掌握平面系统的主要种类及应用，包括：平面镜的成像特点及光学杠杆原理和应用；反射棱镜的种类、基本用途及成像方向判别；光楔的偏向角公式及其应用等。 4、掌握典型光学系统的光束限制分析，包括：孔径光阑、入瞳、出瞳、孔径角的定义及它们的关系；视场光阑、入窗、出窗、视场角的定义及它们的关系；渐晕、渐晕光阑、渐晕系数的定义；物方远心光路的工作原理；光瞳衔接原则及其作用；场镜的定义、作用和成像关系等。 5、了解像差基本概念，包括：像差的定义、种类和消像差的基本原则；7 种几何像差的定义、影响因素、性质和消像差方法等。 6、掌握几种典型光学系统的基本原理和特点，包括：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；视觉放大率的概念、表达式及其意义；显微镜系统的结构特点、成像特点、光束限制特点及主要参数的计算公式；临界照明和坷拉照明系统的组成、优缺点；望远系统的结构特点、成像特点、光束限制特点及主要参数的计算公式；摄影系统的结构特点、成像特点、光束限制特点及主要参数的计算公式；投影系统的概念、计算公式以及其照明系统的衔接条件等。 “物理光学”应掌握的重点知识包括：光的电磁理论基础、光的干涉和干涉系统、光的衍射、光的偏振和晶体光学基础等。具体知识点如下：

2019河北工业大学考研大纲-822 工程光学基础

河北工业大学2019年硕士研究生招生考试 自命题科目考试大纲 科目代码：822 科目名称：工程光学基础 适用专业：仪器科学与技术、仪器仪表工程（专业学位） 一、考试要求 工程光学基础适用于河北工业大学机械工程学院仪器科学与技术专业、仪器仪表工程（专业学位）专业硕士研究生招生专业课考试。主要考察对于工程光学基础的基本概念、方法及运用所学知识分析问题和解决问题的能力。 二、考试形式 试卷采用客观题型和主观题型相结合的形式，主要包括选择题、填空题、判断题、简答题、计算题、分析论述题、设计题等。考试时间为3小时，总分为150分。 三、考试内容 （一）几何光学基本定律与成像概念 1、几何光学的基本定律：折射定律、反射定律、全反射定律、马吕斯定律、费马原理等。 2、几何光学的基本概念：光波、折射率等。 （二）光线光路计算及近轴区成像 1、单个折射球面光线计算 能够利用公式进行实际光路中的光线轨迹运算。 2、近轴区单个折射球面及球面系统的成像物象位置关系计算 能够利用光线追迹计算结果初步判断光学系统的像差；能够利用近轴区的各种公式计算像的位置，像的大小并判断像的虚实。 （三）理想光学系统

1、理想光学系统的基本理论 能够利用共线成像理论求解基点和基面，并完成图解法求像。 2、理想光学系统的解析法求像 能够利用工作理想光学系统的各种计算公式计算理想光学系统的物象位置关系、计算像的大小、位置并判断像的虚实；能够利用节点的性质进行实际问题的分析。 3、光学系统的组合 利用两个理想光学组合等效系统的基点和基面的几何求解方法求解任何所需要的透镜。利用正切法将三个及以上系统的组合等效系统求解。 4、透镜 能够利用透镜的相关公式求解透镜的焦距和基点位置。 （四）平面与平面元件 1、平面元件简介 能够利用平面镜的成像特性解释各种有关平面镜的光学现象及成像特点。能够利用平面镜的旋转性、平移性、双面镜的成像特性进行系统设计。 2、平行平板 能够平行平板成像公式及成像特性解释有关光学现象并应用到实际之中。 3、反射棱镜及像方坐标系求解 能够利用反射棱镜像方坐标系及透镜在不同情况下的像方坐标系的求解方法求解系统的像方坐标系；能够利用棱镜的光学系统的成像方法进行光学系统分析。 4、折射棱镜及光楔 利用折射棱镜最小偏向角的原理解决实际光学问题；学生能够利用光楔的作用分析其在光学系统中的作用。

工程光学Ι复习要点--基本概念汇总

工程光学Ι复习要点 基本概念汇总 一、四大定律；光路可逆；全反射； 二、光轴；符号规则；如射角；孔径角；视场角；物距；像距；物高；像高； 近轴光线；近轴区域；共轭关系；垂轴放大率；轴向方法率；角放大率；拉赫不变量； 三、基点基面（焦点、主点、节点、焦面、主面）；焦距；光焦度；牛顿公 式；高斯公式；焦物距；焦像距；等效光组（组合光组）；

四、平面镜；双面镜；反射棱镜；折射棱镜；光楔；主截面；屋脊棱镜；等 效空气层；偏向角；色散； 五、孔径光阑；入瞳；出瞳；视场光阑；入窗；出窗；孔径角；孔径高度； 视场角；视场高度（物高、像高）；渐晕；渐晕系数（线渐晕）；渐晕光阑； 场镜；景深；焦深；理想像；清晰像； 六、像差；球差；彗差；像散场曲；畸变；位置色差；倍率色差；二级光谱； 色球差；像差曲线；子午面；弧矢面；

七、近视；远视；近点；远点；屈光度；分辨力；视放大率；有效放大率； 数值孔径；相对孔径；光圈数（F数）；出瞳距； 系统工作原理汇总 远摄系统；反远距系统；望远系统；焦距测量系统；物方远心光路；像方远心光路；景深产生的原理；焦深产生的原理；人眼成像系统（正常、近视、远视）；近视眼校正系统；远视眼校正系统；放大镜工作原理；显微镜工作原理；望远镜工作原理；目镜视度调节原理；临界照明；克拉照明；照相系统的调焦原理

方法汇总 全反射；单球面成像；共轴球面成像；反射球面成像（反射镜成像）；理想光组成像；薄透镜成像；组合光组、厚透镜成像及焦距主面计算；透镜组成像；平行平板成像；光楔的偏向角计算；孔径光阑的判断；入瞳、出瞳的计算；入窗、出窗的计算；视场大小的判断和计算；渐晕光阑的计算；棱镜大小的计算；景深、焦深的计算；视放大率的计算（放大镜、显微镜、望远镜）；有效放大率的计算；出瞳距的计算；通光口径的计算（物镜、目镜、分划板、棱镜、场镜） 作图汇总 作图求像；棱镜展开；棱镜坐标的判断；各种系统工作原理的光路图；

工程光学作业

作业1（时间9月24日—10月26日）每个人独立完成 1. 证明单色平面波的波函数)cos(t kz A E ω-= 是波动微分方程0v 12 2222=??-??t E z E 的解。 2. 一个平面电磁波可以表示为0=x E ,]2)(102cos[214ππ+ -?=t c z E y ，0=z E ，求： (1) 该电磁波的频率、波长、振幅和原点的初位相？ (2) 波的传播和电矢量的振动取那个方向？ (3) 与电场相联系的磁场B 的表达式。 3. 一平面波的复振幅表达式为[])432(exp ),,(z y x i A z y x u +-=，试求其波长，沿x 、y 、z 方向的空间频率。 4. 试分析离轴球面波的傍轴条件和远场条件（如图2） 5. 空气中有一薄膜(n =1.46)，两表面严格平行。今有一平面偏振光波以30°入射，其振动面与入射面夹角为45°， 如图1所示。问由表面反射的光和经内部反射后的反射光的光强各为多少？它们在空间的取向如何？它们之间的相位差是多少？ 图1 6. 一束右旋圆偏振光（迎着光的传播方向看）从玻璃表面垂直反射出来，若迎着反射光的方向观察，是什么光？为什么？ 7. 画出反射光和折射光的偏振态。（i 为入射角，0i 为布儒斯特角）

8. 在真空中沿z方向传播的两个振动方向相同的单色光波可以表示为 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? - =t z a Eν λ π2 cos 1 ，? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? - ? + =t z a E) - ( 2 cos 2 ν ν λ λ π 若100 = a V/m，14 10 6? = νHz，8 10 = ?νHz，试求：(1)两波叠加后合成波在z=0，z=1m 和z=1.5m各处的强度随时间的变化关系；(2)合成波振幅周期变化和强度周期变化的空间周期。 9. 试确定其正交分量由下两式表示的光波的偏振态 ) ( cos ), ( t c z A x t z E x - =ω，? ? ? ?? ? + - = 4 5 ) ( cos ), ( π ωt c z A y t z E y 10. 什么叫色散？什么叫正常色散？试分析在正常色散和反常色散区，群速度与相速度的关系。 11. 图3所示的菲涅耳棱体的折射率为1.5，入射线偏振光电矢量与图面成45°，问：(1)要使从棱体出射圆偏振光，棱体的顶角?应为多大? (2) 若棱体折射率为1.49，能否产生圆偏振光？ 12. 图4中的M1、M2是两块平行放置的玻璃片(n=1.5)，背面涂黑。一束自然光以 B θ角入射到M1上的A点，反射至M2上的B点，再出射。试确定M2以AB为轴旋转一周时，出射光强的变化规律。 图3

《工程光学基础》考试大纲

《工程光学基础》考试大纲 主要参考书目 1．工程光学基础教程，郁道银，谈恒英，机械工业出版社，2008 2．工程光学（第4版），郁道银，谈恒英，机械工业出版社，2016 考试内容和考试要求 一、几何光学基本定律与成像概念 考试内容： 1、几何光学基本定律 2、成像基本概念与完善成像 3、近轴光学系统 考试要求： 1、掌握光学基本定律及几何光学基本概念 2、掌握成像概念与完善成像条件 3、掌握近轴光线及成像特点、掌握光轴光线成像计算 二、理想光学系统 考试内容 1、理想光学系统的基点与基面 2、理想光学系统的物像关系 3、理想光绪系统的放大率 4、理想光学系统的组合 考试要求： 1、掌握理想光学系统的基点与基面概念 2、掌握理想光学系统的求物像关系（作图法与计算法） 3、掌握理想光绪系统的放大率概念与相关计算 4、理解理想光学系统的组合方法及计算 三、平面系统 考试内容 1、平面镜成像

2、平行平板 3、反射棱镜 4、折射棱镜与光楔 考试要求： 1、掌握平面镜成像规律 2、掌握平行平板成像规律 3、掌握反射棱镜成像与成像方向判断 4、了解折射棱镜与光楔传光特性 四、光学系统中的光阑和光束限制 考试内容 1、光阑 2、照相系统中的光阑 3、望远镜系统中成像光束的选择 4、显微镜系统中的光束限制与分析 考试要求： 1、掌握光阑的分类及作用 2、掌握照相系统中光束限制分析 3、掌握望远镜系统中成像光束分析方法 4、掌握显微镜系统中的光束限制与分析 五、光度学 考试内容 1、辐射量与光学量及其单位 2、光传播过程中光学量的变化规律 3、成像系统像面的光照度 考试要求： 1、掌握光学量及其单位 2、理解光传播过程中光学量的变化规律 3、理解成像系统像面的光照度的计算 六、典型光学系统 考试内容 1、眼睛及其光学系统

天津大学2018年《807工程光学》考研大纲

天津大学2018年《807工程光学》考研大纲 一、考试的总体要求 本门课程的考试旨在考核学生有关应用光学和物理光学方面的基本概念、基本理论和实际解决光学问题的能力。 考生应独立完成考试内容，在回答试卷问题时，要求概念准确，逻辑清楚，必要的解题步骤不能省略，光路图应清晰正确。 二、考试的内容及比例： 考试内容包括应用光学和物理光学两部分。 “应用光学”应掌握的重点知识包括：几何光学的基本理论和成像概念、理想光学系统理论、光学系统中的光束限制、平面和平面系统对成像的影响、像差的基本概念和典型光学系统的性质、成像关系及光束限制等。具体知识点如下： 1、掌握几何光学基本定律与成像基本概念，包括：四大基本定律及全反射的内容与现象解释；完善成像条件的概念和相关表述；几何光学符号规则以及单个折射球面、反射球面的成像公式、放大率公式等。 2、掌握理想光学系统的基本理论和典型应用，包括：基点、基面的主要类型及其特点；图解法求像的方法；解析法求像方法（牛顿公式、高斯公式）；理想光学系统三个放大率的定义、计算公式及物理意义；理想光学系统两焦距之间的关系；正切计算法以及几种典型组合光组的结构特点、成像关系等。 3、掌握平面系统的主要种类及应用，包括：平面镜的成像特点及光学杠杆原理和应用；反射棱镜的种类、基本用途及成像方向判别；光楔的偏向角公式及其应用等。 4、掌握典型光学系统的光束限制分析，包括：孔径光阑、入瞳、出瞳、孔径角的定义及它们的关系；视场光阑、入窗、出窗、视场角的定义及它们的关系；渐晕、渐晕光阑、渐晕系数的定义；物方远心光路的工作原理；光瞳衔接原则及其作用；场镜的定义、作用和成像关系等。 5、了解像差基本概念，包括：像差的定义、种类和消像差的基本原则；7种几何像差的定义、影响因素、性质和消像差方法等。 6、掌握几种典型光学系统的基本原理和特点，包括：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；视觉放大率的概念、表达式及其意义；显微镜系统的结构特点、成像特点、光束限制特点及主要参数的计算公式；临界照明和坷拉照明系统的组成、优缺点；望远系统的结构特点、成像特点、光束限制特点及主要参数的计算公式；摄影系统的结构特点、成像特点、光束限制特点及主要参数的计算公式；投影系统的概念、计算公式以及其照明系统的衔接条件等。 “物理光学”应掌握的重点知识包括：光的电磁理论基础、光的干涉和干涉系统、光的衍射、光的偏振和晶体光学基础等。其中傅立叶光学一章可作为部分专业（如：光科等）的选作内容。具体知识点如下： 1、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；掌握波的叠加原理、计算方法和4种情况下两列波的叠加结果、性质分析。 2、掌握干涉现象的定义和形成干涉的条件；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；了解条纹可见度的定义、影响因素及其相关概念（包括临界宽度和允许宽度、空

(完整word版)郁道银主编_工程光学(知识点)

1 、波面：点光源发出的光波向四周传播时，某一时刻其振动位相相同的点所构成的等相位面称为波阵面，简称波面。 2 、几何光学的四大基本定律 1 ）光的直线传播定律：在各向同性的均匀介质中，光是沿着直线传播的。 2 ）光的独立传播定律：不同光源发出的光在空间某点相遇时，彼此互不影响，各光束独立传播。 3 ）反射定律和折射定律（全反射）： 全反射：当光线从光密介质向光疏介质入射，入射角大于临界角时，入射到介质上的光会被全部反射回原来的介质中，而没有折射光产生。sinI m =n ’/n ，其中I m 为临界角。 3 、费马原理 光从一点传播到另一点，其间无论经历多少次折射和反射，其光程为极值。 4 、马吕斯定律 光线束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面正交，并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。 5 、完善成像条件（3种表述) 1）、入射波面为球面波时，出射波面也为球面波； 2）、入射光束为同心光束时，出射光束也为同心光束； 3）、物点A 1及其像点A k ’之间任意二条光路的光程相等。 6 、单个折射面的成像公式（定义、公式、意义） r n n l n l n -= -''' r l l 21'1=+ ( 反射球面，n n -=' ) 7 、垂轴放大率成像特性： β>0,成正像，虚实相反；β<0,成倒像，虚实相同。|β|>1,放大；|β|<1，缩小。 注：前一个系统形成的实像，若实际光线不可到达，则为下一系统的虚物。 若实际光线可到达，则为下一系统的实物。 8 、理想光学系统两焦距之间的关系 n n f f ''-= 9 、解析法求像方法为何？（牛顿公式、高斯公式） 1）牛顿公式： 2）高斯公式： ' 11'1f l l =-

天津大学《工程光学》课程教学大纲

天津大学《工程光学》课程教学大纲 课程代码：2020015/2020016 课程名称：工程光学 学时：64 学分： 4 学时分配：授课：52 实验：12（内容及要求见实验教学大纲）授课学院：精仪学院更新时间：2011-6-14 适用专业：测控技术与仪器、电子科学与技术、信息工程（光电信息工程方向）、光电子技术科学、生物医学工程 先修课程：高等数学、大学物理 一．课程性质、教学目的与任务 本课程是一门专业基础课，主要讲授几何光学和物理光学方面的基本理论、基本方法和典型光学系统实例及应用。通过本课程的学习，学生应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，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。 二．教学基本要求 任课教师应以本课程大纲为依据，合理安排教学内容，认真备课；课堂教学中应尽可能充分利用多媒体课件、课程网站等现有教学资源，根据实际条件开展不同程度的双语教学实践；课堂教学后，要留一定数量的作业题，并坚持批改，以利掌握学生的学习情况；习题讲解和分析均不占课内学时；要及时与实验指导人员取得联系，安排相应课程实验，课程主讲教师必须全程参加实验指导1个班次。 学生应按要求参加全部的课堂教学活动，按要求完成作业；参加期中、期末考试，获得该课程学分。 通过本课程的学习，学生应掌握或了解以下基本内容： 1．系统掌握几何光学的基础理论，包括基本定律、球面和共轴球面系统理论、理想光学系统理论，平面镜与棱镜系统理论和光学系统中光阑的概 念。 2．掌握光学系统像差的基本概念、产生原因、危害和校正方法，了解像差的计算。 3．掌握三种典型的光学系统，即：显微系统、望远系统和摄影系统，并了解一些特殊的光学系统知识。 4．掌握光的电磁理论及光波叠加的相关知识。

工程光学技术交底大全报告

课程设计说明书 课程设计名称：工程光学课程设计 课程设计题目：三片式数码物镜的优化设计学院名称：理学院 专业班级：光电信息科学与工程激光一班学生学号：1409090119 学生姓名：夏志高 学生成绩： 指导教师：梁春雷 课程设计时间：2016/06/27 至2016/07/03

课程设计任务书 一、课程设计的任务和基本要求 1．查阅相关资料，光学设计的基本概念、光学玻璃的相关知识和软件的使用。 2．学习各种像差的基本概念、描述及评价法，掌握近轴光线追迹公式。 '，3．本课题要求设计出一个三片式数码照相物镜，要求的光学特性为：mm = f6ω；像质主要以调制传递函数MTF衡量，具体要对于低频(17lp/mm)，D, 4 ='f 1 50 2= 视场中心的MTF≥0.9，视场边缘的MTF≥0.80；对于高频(51lp/mm)，视场中心的MTF≥0.3，视场边缘的MTF≥0.20，另外，最大相对畸变dist≤4%。该物镜对d光校正单色像差，对F、C光为校正色差。 4．学习使用ZEMAX进行数据录入和报表输出，分析各种初级像差并设置优化函数；设计三片式数码照相物镜并优化，对像差做简单的分析之后，撰写课程设计论文。 5．课题设计(论文)难度适中，工作努力，遵守纪律，工作作风谨务实，按期圆满完成规定的任务。 6．综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论谨合理；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规，图表完备、整洁、正确；论文(设计)结果有一定的参考价值。 二、进度安排 1．6月27日：了解光学设计的基本概念、光学玻璃的相关知识和软件的使用。以单透镜的设计为例学习数据的录入，基本概念和设计思想在软件中的实现，初步掌握ZEMAX的分析工具和数据含义及输出。 2．6月28日至6月29日：学习各种像差的基本概念、描述及评价法，掌握近轴光线追迹公式。 3．6月30日：学习查找文献资料，选择合适的数码物镜初始结构，用缩放法进行缩放，缓慢调整有关参数并优化，并最终得到比较好的设计参数。学习光学玻璃材料知识，通过选择合适的玻璃，校正像差。 4．7月1日：整理思路，撰写课程设计论文，论文中要体现像差概念和评价、体现zemax评价函数的构造及优化过程像差的变化；检查格式，符合课程设计论文格式要求。 5．7月2日至7月3日：课程设计答辩并上交论文；

工程光学习题解答 第十二章 光的衍射

第十二章 光的衍射 1． 波长为500nm 的平行光垂直照射在宽度为0.025mm 的单缝上，以焦距为50cm 的会 聚透镜将衍射光聚焦于焦面上进行观察，求（1）衍射图样中央亮纹的半宽度；（2）第一亮纹和第二亮纹到中央亮纹的距离；（3）第一亮纹和第二亮纹的强度。 解：（1）零强度点有sin (1,2, 3....................)a n n θλ==±±± ∴中央亮纹的角半宽度为0a λ θ?= ∴亮纹半宽度29 0035010500100.010.02510 r f f m a λ θ---???=??===? （2）第一亮纹，有1sin 4.493a π αθλ = ?= 9 13 4.493 4.493500100.02863.140.02510rad a λθπ--??∴= ==?? 2 1150100.02860.014314.3r f m mm θ-∴=?=??== 同理224.6r mm = （3）衍射光强2 0sin I I αα?? = ??? ，其中sin a παθλ= 当sin a n θλ=时为暗纹，tg αα=为亮纹 ∴对应 级数 α 0 I I 0 0 1 1 4.493 0.04718 2 7.725 0.01694 . . . . . . . . . 2． 平行光斜入射到单缝上，证明：（1）单缝夫琅和费衍射强度公式为 2 0sin[(sin sin )](sin sin )a i I I a i πθλπθλ?? -??=????-?? 式中，0I 是中央亮纹中心强度；a 是缝宽；θ是衍射角，i 是入射角（见图12-50） （2）中央亮纹的角半宽度为cos a i λ θ?=

《工程光学基础》科目代码841考研大纲

《工程光学基础》（科目代码841）考研大纲 注意：本考试大纲仅适用2015年浙江大学研究生入学考试 1、考研建议参考书目 郁道银、谈恒英主编《工程光学》第1～7，10～16章，机械工业出版社。 2、基本要求： 1)熟练掌握几何光学的基本定律，了解费马原理，掌握完善成像条件； 2)熟练掌握共轴球面系统、平面系统和理想光学系统成像的基本特征，掌 握基点、焦距、放大率、物像关系、拉赫不变量等概念及相关计算并能 熟练作图，掌握光组组合的计算与作图方法；掌握光的色散原理和光学 材料的描述参数； 3)熟练掌握光学系统的孔径光阑及入瞳出瞳、视场光阑、渐晕光阑的概念、 判断、作用和计算方法，光学系统景深及远心光学系统的基本特征； 4)熟练掌握光度学各物理量的意义和国际标准量纲体系，掌握光学系统传 输光能的特征； 5)熟练掌握各种几何像差的概念和基本特征； 6)熟练掌握各种典型光学系统的成像原理、光束限制、放大倍率、分辨本 领，掌握显微镜、投影系统及其照明系统、望远镜和转像系统的关系， 能够解决典型光学系统的外形尺寸计算问题。 7)熟练掌握光的电磁波表达形式和电磁场的复振幅描述；掌握光在介质分 界面上的反射和折射，尤其是正入射的情况；掌握光波的叠加原理与方 法。 8)熟练掌握光程差概念以及对条纹的影响及基本的等厚等倾干涉系统。掌 握条纹定域和非定域的概念及条纹可见度概念；典型的多光束干涉系统 以及单层增透、减反膜的计算结论和实际应用。 9)熟练掌握典型的夫朗和费衍射系统概念和计算；掌握闪耀光栅的原理和 计算；衍射极限的概念及在典型光学系统设计中的运用；夫朗和费衍射 与傅立叶变换的关系；菲涅耳波带片的概念和使用。 10)熟练掌握电磁场叠加以及空间频率的概念；掌握4F系统光学系统用于光 学信息处理的概念和过程；相干光学系统和非相干光学系统对成像影响 的结论和运用；空间滤波的概念及简单计算。 11)熟练掌握平面电磁波在晶体中的传播过程及寻常光线、非寻常光线各电 磁分量之间的关系；掌握惠更斯作图法及应用；典型晶体器件的琼斯矩 阵表示及其应用；典型类型偏振光的判断。 12)熟悉平板波导基本原理及特性；掌握激光器基本原理、组成及特性；熟 悉激光器的谐振腔理论及速率方程理论；了解半导体激光器基本原理， 并熟悉双异质结半导体激光器的基本结构及特点；了解电光调制基本原 理。

郁道银主编-工程光学(知识点)要点汇编

第一章小结（几何光学基本定律与成像概念） 1、光线、波面、光束概念。 光线：在几何光学中，我们通常将发光点发出的光抽象为许许多多携带能量并带有方向的几何线。 波面：发光点发出的光波向四周传播时，某一时刻其振动位相相同的点所构成的等相位面称为波阵面，简称波面。 光束：与波面对应所有光线的集合称为光束。 2、几何光学的基本定律（内容、表达式、现象解释） 1）光的直线传播定律：在各向同性的均匀介质中，光是沿着直线传播的。 2）光的独立传播定律：不同光源发出的光在空间某点相遇时，彼此互不影响，各光束独立传播。 3）反射定律和折射定律（全反射及其应用）： 反射定律：1、位于由入射光线和法线所决定的平面内；2、反射光线和入射光线位于法线的两侧，且反射角和入射角绝对值相等，符号相反，即1'-1。 全反射：当满足1、光线从光密介质向光疏介质入射，2、入射角大于临界角时，入射到介质上的光会被全部反射回原来的介质中，而没有折射光产生。sinl m=n7n，其中Im为临界角。 应用：1、用全反射棱镜代替平面反射镜以减少光能损失。（镀膜平面反射镜只能反射90%左右的入射光能）2、光纤 折射定律：1、折射光线位于由入射光线和法线所决定的平面内；2、折射角的正弦和入射角的正弦之比与入射角大小无关，仅由两种介质的性质决定。n'inI 'nsinl 应用：光纤

4）光路的可逆性 光从A点以AB方向沿一路径S传递，最后在D点以CD方向出射，若光从D点以CD 方向入射，必原路径S传递，在A点以AB方向出射，即光线传播是可逆的。 5）费马原理 光从一点传播到另一点，其间无论经历多少次折射和反射，其光程为极值。（光是沿着光程为极值（极大、极小或常量）的路径传播的），也叫“光程极端定律”。 6）马吕斯定律 光线束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面的正交性，并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。 折/反射定律、费马原理和马吕斯定律三者中的任意一个均可以视为几何光学的一个基本定律，而把另外两个作为该基本定律的推论。 3、完善成像条件（3种表述） 1）、入射波面为球面波时，出射波面也为球面波； 2）、入射光束为同心光束时，出射光束也为同心光束； 3）、物点A1及其像点Ak '之间任意二条光路的光程相等。 4、应用光学中的符号规则（6条） 1）沿轴线段（L、L'、门：规定光线的传播方向自左至右为正方向，以折射面顶点0为原点。 2）垂轴线段（h）:以光轴为基准，在光轴以上为正，以下为负。 3）光线与光轴的夹角（U、U、:光轴以锐角方向转向光线，顺时针为正，逆时针为负。 4）光线与法线的夹角（I、丨、:光线以锐角方向转向法线，顺时针为正，逆时针为负。

浙大841《工程光学基础》2018考研大纲

浙江大学《工程光学基础》（科目代码841）考研大纲 注意：本考试大纲仅适用2018年浙江大学研究生入学考试 1、考研建议参考书目 郁道银、谈恒英主编《工程光学》第1～7，10～16章，机械工业出版社。 2、基本要求： 1)熟练掌握几何光学的基本定律，了解费马原理，掌握完善成像条件； 2)熟练掌握共轴球面系统、平面系统和理想光学系统成像的基本特征，掌握基点、焦距、放大率、物像关系、拉赫不变量等概念及相关计算并能熟练作图，掌握光组组合的计算与作图方法；掌握光的色散原理和光学材料的描述参数； 3)熟练掌握光学系统的孔径光阑及入瞳出瞳、视场光阑、渐晕光阑的概念、判断、作用和计算方法，光学系统景深及远心光学系统的基本特征； 4)熟练掌握光度学各物理量的意义和国际标准量纲体系，掌握光学系统传输光能的特征； 5)熟练掌握各种几何像差的概念和基本特征； 6)熟练掌握各种典型光学系统的成像原理、光束限制、放大倍率、分辨本领，掌握显微镜、投影系统及其照明系统、望远镜和转像系统的关系，能够解决典型光学系统的外形尺寸计算问题。 7)熟练掌握光的电磁波表达形式和电磁场的复振幅描述；掌握光在介质分界面上的反射和折射，尤其是正入射的情况；掌握光波的叠加原理与方法。 8)熟练掌握光程差概念以及对条纹的影响及基本的等厚等倾干涉系统。掌握条纹定域和非定域的概念及条纹可见度概念；典型的多光束干涉系统以及单层增透、

减反膜的计算结论和实际应用。 9)熟练掌握典型的夫朗和费衍射系统概念和计算；掌握闪耀光栅的原理和计算；衍射极限的概念及在典型光学系统设计中的运用；夫朗和费衍射与傅立叶变换的关系；菲涅耳波带片的概念和使用。 10)熟练掌握电磁场叠加以及空间频率的概念；掌握4F系统光学系统用于光学信息处理的概念和过程；相干光学系统和非相干光学系统对成像影响的结论和运用；空间滤波的概念及简单计算。 11)熟练掌握平面电磁波在晶体中的传播过程及寻常光线、非寻常光线各电磁分量之间的关系；掌握惠更斯作图法及应用；典型晶体器件的琼斯矩阵表示及其应用；典型类型偏振光的判断。 12)熟悉平板波导基本原理及特性；掌握激光器基本原理、组成及特性；熟悉激光器的谐振腔理论及速率方程理论；了解半导体激光器基本原理，并熟悉双异质结半导体激光器的基本结构及特点；了解电光调制基本原理。

深圳大学2017年硕士工程光学一入学考试大纲

深圳大学2017年硕士工程光学一入学考试大纲命题学院：光电工程学院考试科目代码及名称：902工程光学 一、考试基本要求 本门课程的考试旨在考核学生有关应用光学和物理光学方面的基本概念、基本理论和实际解决光学问题的能力。 考生应独立完成考试内容，在回答试卷问题时，要求概念准确，逻辑清楚，必要的解题步骤不能省略，光路图应清晰正确。 二、考试内容和考试要求 考试内容以郁道银主编《工程光学》（机械工业出版社）为主，包括应用光学和物理光学两部分，试题内容比例各占50%。 “应用光学”应掌握的重点知识包括：几何光学的基本理论和成像概念、理想光学系统理论、系统中的光束限制、平面和平面系统对成像的影响、像差的基本概念和典型光学系统的性质、成像关系及光束限制等。具体内容如下： 第一章几何光学基本定律与成像概念 1．掌握几何光学基本定律的内容、表达式和现象解释： 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 6）马吕斯定律。 2．了解完善成像条件的概念和相关表述。 3．掌握应用光学中的符号规则，了解单个折射球面的光线光路计算公式（近轴、远轴）。 4．、角放大率γ、拉赫不变量等公式，理解垂轴放大率、轴向放大率和角放大率的定义和物理意义。 、轴向放大率掌握单个折射球面、反射球面的成像公式，包括垂轴放大率 5．掌握共轴球面系统公式（包括过渡公式、成像放大率公式）。 第二章理想光学系统 1．掌握共轴理想光学系统的基点、基面及某些特殊点的性质、共轭关系和经过光线的性质，其中包括：1）无限远的轴上（外）物点、其共轭像点及光线； 2）无限远的轴上（外）像点的对应物点及光线的性质； 3）物方主平面与像方主平面的性质； 4）光学系统的节点及性质。 2．掌握图解法求像的方法，会作图求像。 3．掌握解析法求像方法（牛顿公式、高斯公式）。 4．和角放大率γ的定义、计算公式、物理意义及其与单个折射球面公式的异同，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。、轴向放大率掌握理想光学系统垂轴放大率第三章平面与平面系统 1．了解平面光学元件的种类和作用。 2．掌握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. 3．掌握平行平板的成像特性，近轴区内的轴向位移公式. 4．掌握反射棱镜的种类、基本用途、成像方向判别、等效作用与展开。 5．了解折射棱镜的作用，掌握其最小偏向角公式及应用，光楔的偏向角公式及其应用。

工程光学第三章知识点

理想光学系统 第三章 理想光学系统 第一节 理想光学系统的共线理论 ● 理想光学系统：在任意大的空间内、以任意宽的光束都能成完善像的光学系统 ● 理想光学系统理论又称“高斯光学”，理想光学系统所成的完善像又称“高斯像” ● 描述理想光学系统必须满足的物像关系的理论称为“共线理论” 共线理论 （1）物空间的每一点对应像空间的相应一点，且只对应一点（点对应点） （2）物空间的每一条直线对应像空间的相应直线，且只对应一条直线（直线对应直线） （3）物空间的每一平面对应像空间的相应平面，且只对应一个平面（平面对应平面） ● 这种对应关系称为“共轭”，相应的点构成一对共轭点，直线构成一对共轭直线，平面构成一对共轭平面 ● 推论：物空间某点位于一条直线上，则像空间中该点的共轭点必定也位于这条直线的共轭直线上（点在线上对应点在线上） ● 共轴球面系统用结构参数（r 、d 、n ）描述系统 ● 理想光学系统用“基点”和“基面”来描述系统 ● 基点基面就是理想光学系统的特征参数 第二节 无限远轴上物点与其对应像点F ’---像方焦点 ● 设有一理想光学系统 ● 有一条平行于光轴的光线A1E1入射到这个系统 ● 在像空间必有一条直线与之共轭，即PkF’，交光轴于F’点 ● 在物空间中平行于光轴入射的光线都将汇聚在F’点上，F’点称为“像方焦点” 共轴球面系统 焦点、焦平面、主平面示意图

焦点、焦平面、主平面示意图 ● 过F’点作垂直于光轴的平面，称为“像方焦平面” ● 像方焦平面与物方无限远处垂直于光轴的物平面共轭 ● 物方的任何平行光线若不与光轴平行，表示无限远处的轴外点，将汇聚在像方焦平面上的一点 2，无限远的轴上像点和它所对应的物方共轭点F ——物方焦点 ● 像方平行于光轴的光线，表示像方光轴上的无限远点 ● 在物方光轴上必定有一点F 与之共轭，F 点称为物方焦点，过F 点的垂轴平面称为物方焦平面 ● 物方焦点F 与像方焦点F’不是一对共轭点 3，垂轴放大率β=+1的一对共轭面——主平面 ● 在光学系统中存在着垂轴放大率β=+1的一对共轭平面，这一对共轭面称为“主平面”即物方主平面和像方主平面 ● 共轭垂轴平面QH 和Q’H’满足β=+1（因为高度h 相等） ● QH 为物方主平面，Q’ H’为像方主平面 ● H 为物方主点，H’为像方主点 ● 物方主平面QH 与像方主平面Q’H’共轭 ● 物方主点H 与像方主点H’共轭 ● 对于理想光学系统，不论其实际结构如何，只要知道了主点和焦点的位置，其特性就完全被决定了 4，光学系统焦距 ● 像方焦距：像方主点H ’到像方焦点F ’的距离f ’ ● 物方焦距：物方主点H 到物方焦点F 的距离f ● 焦距均以各自的主点为原点，与光线传播方向一致为正，相反为负 光学系统的焦距 计算式 tan tan h f U h f U '= '= 焦距包含了光学系统主点和焦点的相对位置，是描述光学系统性质的重要参数 像方焦距f ’>0的光组称为正光组，f ’<0的光组称为负光组 无限远轴外物点的共轭像点 焦点、焦平面、主平面示意图

《光学》考试大纲.doc

陕西科技大学硕士研究生入学考试 《光学》考试大纲 《光学》考试大纲主要考查学生对有关应用光学和物理光学尤其是物理光学方面的基础理论、基本概念和基本知识的掌握情况，以及运用基本光学理论解决基本实际光学问题的能力。 考试内容与基本要求：考查范围包括应用光学和物理光学两部分。 应用光学部分 一、几何光学基础 1．掌握几何光学基本概念、基本定律，包括光的直线传播定律、反射、全反射、折射定律和费马原理等的内容和应用。 2．了解完善成像条件的概念。掌握应用光学中的符号规则，了解单个折射球面的光线光路计算公式。 3．理解单折射面成像和球面反射镜成像的垂轴放大率、轴向放大率、角放大率和拉赫不变量的定义和物理意义。 4．理解共轴球面系统的过渡公式、成像放大率公式。 二、理想光学系统 1．理解共轴理想光学系统的基点、基面及某些特殊点的性质、共轭关系和经过光线的性质。 2．掌握图解法求像的方法，会作图求像。 3．掌握解析法求像的方法及成像分析、牛顿公式、高斯公式。理解多光组理想光学系统成像以及理想光学系统两焦距之间的关系。 4．理解和掌握理想光学系统的垂轴放大率、轴向放大率、角放大率、节点的计算公式和意义。 5．理解和掌握理想光学系统的组合公式和正切计算法。 三、平面与平面系统 1．掌握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。 2．掌握平行平板的成像特性，等效光学系统。 3．掌握反射棱镜的种类、基本用途、成像方向判别、等效作用与展开。 4．掌握折射棱镜的最小偏向角公式及应用，光楔的偏向角公式及其应用。

四、光学系统中的光束限制 1．理解和掌握孔径光阑、入瞳、出瞳、孔径角的概念和它们的确定。 2．理解和掌握视场光阑、入窗、出窗、视场角的概念和它们的确定。 3．了解渐晕、渐晕光阑、渐晕系数的概念及其对成像的影响。 4．理解物方远心光路的工作原理。 五、光线的光路计算及像差理论 1．掌握各种像差的概念、分类、对成像质量的影响、基本像差分析和消像差方法。了解像差的定义、种类和消像差的基本原则。 六、典型光学系统 1．了解眼睛的结构、成像的调节能力和分辨率，眼睛的缺陷和纠正。 2．掌握放大镜、显微镜和望远镜的结构、成像特点以及视角放大率和分辨率等的计算。 3．了解摄影系统、投影系统的概念、结构、成像特点和计算。 物理光学两部分 七、光的电磁理论基础 1．掌握电磁波的平面波、球面波和柱面波解及其性质、数学表示等。 2．掌握光在电介质分界面的反射和折射定律、菲涅尔公式，反射率和透射率，反射和折射的相位、偏振特性，全反射特性。 3．理解光在金属表面的反射和透射特性。 4．掌握波的叠加原理和计算方法、了解相速度和群速度概念。 八、光的干涉和干涉系统 1．理解干涉现象的概念和干涉条件。 2．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。 3．理解条纹可见度的定义、影响因素及其相关概念。 4．掌握平行平板和楔形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。 5．掌握迈克尔逊典型双光束干涉系统及其应用。 6．掌握平行平板的多光束干涉性质和计算，理解法布里－珀罗干涉仪、光学薄膜与干涉滤光片的工作原理、性质和应用。 九、光的衍射 1．理解光波的标量衍射的惠更斯-菲涅尔原理，掌握基尔霍夫衍射理论，菲涅尔近似和夫朗和费近似。