工程光学提纲

2015年应用光子学

一、几何光学基本定律与成像

1.成像的概念，完善成像的条件，实际光学系统不能完善成像的原因，近轴

光的概念。

成像概念：球面波经过光学系统后仍为一球面波，对应的光束仍为同心光束，则该同心光束的中心为物点经光学系统后所成的完善像点。物体上每个点经光学系统所成安完善像的集合就是该物体经光学系统所称的完善像。

完善成像条件：入射光束为球面波，出射光束也为球面波，即入射光束为同心光束时，出射光束他也为同心光束；物点与对应的像点之间的任意二条光路的光程相等。（等光程成像）。

实际光学系统不能完善成像：完善成像只对特定的点才有意义，对一定大小的物体，不能对物体上没一点都满足等光程条件，不能成完善想；通常满足等光程原理的单个折反射面都是非球面，而非球面镜制造困难。实际光学系统多用一系列球面组成的光学系统。

近轴光：物方孔径角U很小时，入射角，折射角，象方孔径角U’都很小，光线在光轴附近很小的区域，称为近轴区，近轴区的光线称为近轴光。近轴成像是完善的。（高斯象，高斯象面，共轭点）

2.光线光路计算中的符号法则

规定光线从左向右传播，沿轴线段：以O为原点，同向为+反向为—；垂轴线段：上+下—；光线与光轴夹角：光轴转向光线，顺+逆—。所有参量都是含符号的量。

3.球面光学成像

计算公式：物象位置、大小（放大率）

多面成像中面的过渡关系，折射、反射同时存在时符号和方向的确定。

转面公式—前后相邻面之间的基本量的转化关系。

原则：前一折射面的象为后一面的物，前一面的象空间为后一面的物空间

二、理想光系统

1.共线成像理论：

物、象线上的点，共轭点、线。

共线成像理论：对于理想光学系统，点对应共轭点，直线对一个共轭直线，平面对应共轭平面的成像为共线成像。（作图法或解析法求解物象关系的基础。）

理想光学系统的基点、基面：主点、焦点、节点。

焦点：像方焦点：对应物点在物方光轴上无限远处；物方焦点：对应像点在像方光轴上无限远处。不是共轭点。

物象方β=+1 的共轭平面为物象方主平面。主平面与光轴的交点为主点

H、H’。是一对共轭点。

以主点作为原点来度量，主点到焦点的距离称为焦距。物方主点H到物方焦点F的距离称为物方焦距（前焦距或第一焦距）；象方主点H′到象方焦点F′的距离称为象方焦距（后焦距或第二焦距）。正光组f’>0；负光组f’<0。

节点：角放大率为+—1的一对共轭点，通过这对共轭点的光线方向不变。

若光学系统在同一介质中，则节点与主点重合。

2.作图法

实物：找两条特殊光线，经过物方焦点及平行于光轴。

虚物：找到实际入射光线，平行于光轴及反向延长线经过物方焦点。

像点为出射光线或出射光线延长线的交点。

物方相互平行的光线经透镜后出射光线或出射光线的延长线交于象方焦平面上一点。

3.物象关系：高斯、牛顿公式、放大率、物象虚实与放大率的关系。

β>0：物象同侧，虚实相反，成正象；β<0：物象异侧，虚实相同，成倒像。

4.多光组组合:过渡时的物像距离。

三、平面与平面系统

1.平面镜：反射、双平面镜、转动、成像

反射镜：完善象；等大正立的象；物象虚实相反；奇次反射成镜像，偶次反射成一致象。

转动：以一定方向的光线入射到平面镜平面镜摆动α角则反射光线将有2α的摆角。

双平面镜成像：夹角为0时像有无数个，为pi时成单平面镜成像；双平面镜转动：出射光线与入射光线的夹角与入射角无关，只决定于双平面镜夹角；入射光线方向一定，双平面镜绕其棱边旋转时，出射光线方向不变。

2.平行平板成像特性：等效空气平板，像的位移

平行平板成像特性:放大率为1；近轴光成像通过平板后的轴向位移只与厚度及折射率有关，与入射角无关。近轴光经平行平板成像是完善的。

等效空气平板：相面与玻璃平板第二表面的距离等于物平面与等效空气层第二表面的距离。等效空气层厚度为d/n.

3.反射棱镜转像规律

o′z′与光轴出射方向一致；o′y′轴方向视棱镜组中屋脊棱镜的个数而定。没有或偶数个屋脊棱，o′y′和oy 同向，奇数个屋脊棱，o′y′和oy 反向；o′x′轴方向视棱镜组中反射次数（一个屋脊棱算两次反射）而定。奇数次反射，方向按右手坐标系来确定，偶数次反射按左手坐标系来确定。（P55 第7题）

4.棱镜的展开

把棱镜的主截面沿着它的反射面展开，取消棱镜的反射，以平行平板的折射代替棱镜折射的方法称为“棱镜的展开”。展开后光轴长度L=kD，其中D为棱镜口径，k为一常数。（课件P53例题）。

四、典型系统

1.显微系统

原理、光路图、放大倍率、孔径、分辨率、景深

物镜目镜均为正光组；光学间隔远远大于两透镜焦距；先成一放大倒立的实像，再成一放大正立的虚像。放大率很大。视觉放大率等于250mm/f’与放大镜视觉放大率相同。

显微镜线视场取决于放在目镜前焦面视场光阑的大小，物体经物镜成像在视场光阑上。显微镜视觉放大率越大，在物空间线视场越小。

显微镜分辨率主要取决于显微物镜数值孔径，与目镜无关。目镜仅把被物镜分辨的像放大。

显微镜数值孔径越大，要求放大倍率越高，景深就越小。景深的大小决定了用显微镜纵向调焦时的调焦误差。

2.望远系统

原理、光路图、放大倍率

物镜像方焦点与目镜物方焦点重合。物镜焦距远远大于目镜焦距。等效焦距为无穷大，是无焦系统。

开普勒望远镜：物镜目镜均为正透镜；成倒像；系统中存在实像。

伽利略望远镜：物镜为正透镜，目镜为负透镜；成正像；系统中存在虚像。

3.照相物镜

物距减小，透镜焦距增大，放大率增大。

五、光阑与光束控制

1.孔径光阑：作用，判定方法，入瞳出瞳

限制轴上物点成像光束的立体角，决定了轴上物点发出平面光束的孔径角。孔径光阑位置不同，轴外点发出并参与成像的光束通过透镜的位置就不同。

限制轴上物点成像光束宽度，选择轴外物点成像光束位置。

孔径光阑对前方光学系统所成像称为入射光瞳，入瞳边缘对物点的张角为物方孔径角；前方无系统时，孔径光阑就是入瞳。孔径光阑对后方光学系统所成的像称为出射光瞳，出瞳边缘对像点的张角为像方孔径角；后方无系统时，孔径光阑就是出瞳。

孔阑与入瞳关于孔阑前的光学系统共轭；孔阑与出瞳关于孔阑后的光学系统共轭；入瞳与出瞳关于整个光学系统共轭。

判定方法：将光学系统中所有光学零件的通光孔分别通过其前面的光学零件成像到整个系统的物空间区，入射光瞳必然是其中对物面中心张角最小的一个。（课件P46例题）。

2.视场光阑：作用，判定方法，入窗出窗

决定物平面上成像的范围，放置在物平面或像平面上限制成像范围。

视场光阑通过前方光学系统在物空间所成的像为入射窗，通过后方光学系统在象空间所称的像为出射窗。入窗限制物方物面上的成像范围，，出窗限制像方像面范围。

判定方法：先找到入瞳和孔阑，将所有除孔阑外的光控通过前方光学系统成像到物空间，光孔像对入瞳中心张角最小的为入射窗，对应的光孔为视场光阑。

3.光学系统的景深：形成的原理，与孔径、焦距、放大倍率等的关系。‘

物空间的点成像在像平面上，景象平面，理论上，只有对准平面上的点才能在景象平面上成像，其他点在景象平面上只能成一弥散斑，但当弥散斑小于一定限度时，仍可认为是一个点。对人眼的张角小于人眼极限分辨角（约为1’），

或弥散斑尺寸小于探测器的分辨能力。在景象平面上所获得的成清晰像的空间深度称为成像空间的景深，简称景深。

入瞳直径越小，景深越大；拍摄距离越大，景深越大；焦距越小，景深越大；光圈数越多，景深越大；

4.显微成像系统中的照明：柯拉照明、临界照明，二者的差异

照明系统：光源加聚光镜，使放大后的相面有足够的照度。为使物镜的孔径角得以充分利用，聚光镜应有与物镜相同或稍大的数值孔径

透明物体的照明：透射光照明，临界照明，柯拉照明。

临界照明：光源经聚光镜所称的像与物平面重合，相当于在物平面上放置光源。缺点：光源表面亮度不均，或明显表现出灯丝的结构，影响观察效果。

柯拉照明：消除临界照明中物平面上光照度不均匀的缺点。不是直接把光源成像在标本平面上，而是把被光源均匀照明的聚光镜前组（又称柯拉镜）2成像在标本6上，物镜的视场得到均匀的照明。

区别：临界照明聚光镜物方焦平面上放置的可变光阑是聚光镜的孔径光阑，也是入瞳，经过聚光镜的像即出瞳应与物镜的入射光瞳重合。改变光阑大小，即可改变摄入物镜光束的孔径角，使之与物镜的数值孔径相适应。（瞳对瞳，场对场）。柯拉照明中聚光镜的孔径光阑经聚光镜后组成的像即出射光瞳与显微镜物平面重合，聚光镜的视场光阑经聚光镜成的像即出窗与物镜入瞳重合。（瞳对场，场对瞳）。

六、光能计算

1.辐射量和光学量及其单位

光通量、发光强度、亮度、照度

空间立体角

2．成像系统像面的光照度

（课件P14例题）

3．光能损失的计算

吸收损失、反射损失（透射面、发射面）

七、像差

1.分类：单色像差、色差

近轴光学系统只适用于近轴的小物体以细光束成像，实际的光路计算，远远超过近轴区所限制的范围，物象的大小与位置与近轴光学系统计算的结果不同，实际像与理想像之间的差异称为像差。

球差、慧差、象散、场曲和畸变统称为单色像差。

白光进入光学系统后，由于折射率不同而有不同的光程，导致不同色光成像的位置和大小也不相同，不同色光的成像差异称为色差。

2.像差形成的原因：球差、色差

轴上点的球差：宽光束像差，仅是口径的函数。原因：远轴光线的光路计算结果L’和U’随入射高度或孔径角的不同而不同，轴上点发出的同心光束经光学系统后不在是同心光束，不同入射高度的光线经光学系统后叫光轴于不同位置，相对像像点有不同程度偏差，即轴向球差。矫正：单透镜本身不能矫正球差，正负

透镜组合有可能矫正球差。（单正透镜产生负球差，单负透镜产生正球差）。

慧差：轴外点宽光束的像差，是孔镜和视场的函数。随视场的增大而增大。原因：轴外点宽光束靠近主光线的细光束交于主光线形成一亮点，远离主光线的不同孔径的光线束形成的像点是远离主光线的不同圆环。同一视场不同孔径的光线对的交点不仅在垂直于光轴方向偏离主光线，而且沿光轴方向也和高斯面有距离。

场曲：轴外点光束像差，仅是视场函数。平面物体的像变成一回转曲面。

像散：细光束的子午像点和弧矢像点不重合，两者分开的轴向距离称为像散。随视场的增大而增大。

畸变：主光线的像差，是垂轴像差，只改变州外物点在理想像面上的成像位置，使想的形状产生失真。由于光阑球差的影响，不同视场的主光线通过光学系统后与高斯像面的交点高度不等于理想像高，差别就是系统的畸变。仅是视场的函数。

色差：光学材料对不同波长的色光有不同的折射率，因此同一孔径不同色光的光线经光学系统后与光轴有不同的交点，不同孔径不同色光的光线与光轴的交点也不同。物点的像是一个彩色的弥散斑。矫正：单透镜不能校正色差，正负透镜的组合。

八、高斯光束及其变换

1.高斯光束的光场分布特征

特殊形式的光波，光束截面内强度分布不均匀；振幅和等相位面都在变化的高斯球面波；中心处和无穷远处的波阵面是平面，平面上各点的相位相同，等相面是一个平面。其它地方波阵面是球面，球面上各点的相位相同；波阵面上振幅分布不均匀，即每个平面或球面上的各点振幅呈高斯分布函数。在任意位置处，场振幅以高斯函数形式从中心（即传播轴线）向外平滑地减小。

2.传播特征

曲率中心和曲率半径都随传播过程而不断改变的非均匀球面波

3.透镜变换与方法

根据高斯光束的性质计算出入射光束在镜面处的波阵面半径和有效截面半径，进一步计算出由透镜出射的波阵面半径和有效截面半径就可以得到出射光束的束腰位置和束腰半径，光波截面半径不变，

4.聚焦与扩束

不论透镜焦距多大，总有聚焦作用，焦距愈小，聚焦效果愈好。只要满足条件f

聚焦方法：使用小焦距透镜；将透镜放于腰处或距腰无限远处。

对高斯光束扩束，改善光束的方向性，压缩光束的发散角。

倒置望远镜扩束：先用一短焦距透镜将激光光束聚焦，形成极小的束腰光斑，再用一长焦距透镜来增大束腰光斑。（P203习题1）

九、光的探测

1.光子流的随机性

当Ｐ为常数，探测到光子的时间是随机的，且由光源的性质决定的。若光功率P(t)随时间变化，则探测到的光子密度也随函数P(t)变化,平均光通量为P(t)/hv ，但可探测到光子的时间具有随机性。单位时间内的光子数是随机的。

2.光电效应：外、内

光电效应：因光照而引起物体电学特性的改变统称为光电效应。光子直接与电子作用。

外光电效应：光电发射效应，光照射到物体上使之像真空中发射电子。金属或半导体受光照时，若入射光子能量hν足够大，与物质中的电子相互作用，使电子从材料表面逸出的现象，称为外光电效应。饱和光电流与入射光强成正比，光电子最大动能与入射光频率成正比。

内光电效应：光电导效应，使电导率发生变化。当光照射到半导体材料时，材料吸收光子的能量，使非传导态电子变为传导态电子，引起载流子浓度增大，因而导致材料电导率增大；光伏效应，产生光电势，PN结受到光照时，可在PN 结的两端产生光生电势差，这种现象则称为光伏效应。光照下的P-N结产生一个与热平衡P-N结的内建电场方向相反的光生电场，其方向由P区指向N区。此电场使势垒降低，其减小量即光生电势差，P端正，N端负。于是有结电流由P 区流向N区，其方向与光电流相反。

3.光电倍增管：工作原理、特点

利用外光电效应把微弱光转换为光电子并使光电子获得倍增的探测器。利用光电发射和二次电子发射相结合。

由光窗，光电阴极，电子光学系统，电子倍增系统，阳极构成。倍增管光谱特性的短波阈值决定于光窗材料；光电阴极接受入射光想歪发射电子，决定光谱特性的长波阈值，同时也对整管灵敏度起决定作用；电子光学系统使前一极发射的电子尽可能没有散失地落在后一极上；电子倍增系统有许多倍增极，是决定整管灵敏度最关键的部分；阳极靠近最后一级倍增极，用于收集末一级倍增极发射出的电子。

基本参数：灵敏度，量子效率，增益，暗电流，光谱响应。

主要特性参数：灵敏度，电流增益，光电特性，光谱特性，伏安特性，时间特性，暗电流，疲劳特性，噪声。

4.光伏探测器：光电特性及其影响因素

利用半导体光伏效应制作得器件。

光电特性：光电流与照度之间的函数关系。主要决定于材料，也与光照范围，负载大小，外加电压等有关。光电流实际流动方向为从P端流出经过外电路回到N端。照度低，负载小，加反偏压线性关系好。

光谱特性：用相对灵敏度与波长的关系表示，主要决定于材料，与温度，结略有关系。

温度特性：温度对器件的开路电压Uoc、短路电流Isc、暗电流Id、光电流Ip及单色光灵敏度都有影响。收温度影响最大的为暗电流。

灵敏度与频带宽度积为一常数。

5.光子噪声

与光子自身随机到达有关的最基本的噪声源。对于量子效率的光子探测器，一个光子以概率生成一个光电子-空穴对。由于载流子生成过程的固有随机性，所以也是噪声源。

方差及信噪比等于均值。

6.光电探测器的性能参数（光电特性）

光电探测器的特征参数：量子效率（每秒产生的光电子数与每秒入射的波长

为y的光子数之比），响应度（响应电流或电压与光子通量的比值），响应时间，噪声等效功率（探测器输出的信号电压电流与噪声相等时，入射到探测器上的光功率）。

7.微弱光信号检测技术：锁定放大器，取样积分器

尽量减小信号处理系统的等效噪声带宽，对于信噪比小于1的信号，只要信号处理系统的噪声等效带宽做得很小，就有可能将信号从噪声中提取出来。

锁定放大器：对交变信号进行相敏检波的放大器，利用和被检信号有相同频率和锁相关系的参考信号作为比较基准，，只对被测信号本身和那些与参考信号同频（或倍频）、同相的噪声分量有响应。因此在输入信号中只有被测信号本身由于和参考信号有同频同相关系而能得到最大的直流输出。无时间分辨能力。

取样积分器：利用取样和平均化技术测定深埋在噪声中的周期信号。对于稳定的周期性电信号，若在每个周期的同一相位处多次采集波形上某点的数值，其算术平均的结果与该点处的瞬时值成正比例，而随机噪声的长时间平均值将收敛为零。这是取样积分器能改善信噪比的原因。

工程光学基础

工程光学基础学习报告 ——典型光学系统之显微镜系统

由于成像理论的逐步完善，构成了许多在科学技术和国民经济中得到广泛应用的光学系统。为了观察近距离的微小物体，要求光学系统有较高的视觉放大率，必须采用复杂的组合光学系统，如显微镜系统。 ●显微镜的介绍 显微镜是由一个透镜或几个透镜的组合构成的一种光学仪器，是人类进入原子时代的标志。主要用于放大微小物体成为人的肉眼所能看到的仪器。光学显微镜是在1590年由荷兰的詹森父子所首创。现在的光学显微镜可把物体放大1600倍，分辨的最小极限达0.1微米，国内显微镜机械筒长度一般是160mm。列文虎克，荷兰显微镜学家、微生物学的开拓者。 显微镜是人类这个时期最伟大的发明物之一。在它发明出来之前，人类关于周围世界的观念局限在用肉眼，或者靠手持透镜帮助肉眼所看到的东西。 显微镜把一个全新的世界展现在人类的视野里。人们第一次看到了数以百计的“新的”微小动物和植物，以及从人体到植物纤维等各种东西的内部构造。显微镜还有助于科学家发现新物种，有助于医生治疗疾病。 ●显微镜的分类 显微镜以显微原理进行分类可分为光学显微镜与电子显微镜，而我们课堂上讲的是光学显微镜。 ●显微镜的结构 普通光学显微镜的构造主要分为三部分：机械部分、照明部分和光学部分。 ◆机械部分 （1）镜座：是显微镜的底座，用以支持整个镜体。 （2）镜柱：是镜座上面直立的部分，用以连接镜座和镜臂。 （3）镜臂：一端连于镜柱，一端连于镜筒，是取放显微镜时手握部位。 （4）镜筒：连在镜臂的前上方，镜筒上端装有目镜，下端装有物镜转换器。 （5）物镜转换器(旋转器)简称“旋转器”：接于棱镜壳的下方，可自由转动，盘上有3－4 个圆孔，是安装物镜部位，转动转换器，可以调换不同倍数的物镜，当听到碰叩声时，方可进行观察，此时物镜光轴恰好对准通光孔中心，光路接通。转换物镜后，不允许使用粗调节器，只能用细调节器，使像清晰。 （6）镜台(载物台)：在镜筒下方，形状有方、圆两种，用以放置玻片标本，中央有一通光孔，我们所用的显微镜其镜台上装有玻片标本推进器(推片器)，推进器左侧有弹簧夹，用以夹持玻片标本，镜台下有推进器调节轮，可使玻片标本作左右、前后方向的移动。 （7）调节器：是装在镜柱上的大小两种螺旋，调节时使镜台作上下方向的移动。 ①粗调节器(粗准焦螺旋)：大螺旋称粗调节器，移动时可使镜台作快速和较大幅度的升降，所以能迅速调节物镜和标本之间的距离使物象呈现于视野中，通常在使用低倍镜时，先用粗调节器迅速找到物象。 ②细调节器(细准焦螺旋)：小螺旋称细调节器，移动时可使镜台缓慢地升降，多在运用高倍

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

工程光学实验教材

工程光学实验教材

实验一自组望远镜 (测量实验) 一、实验目的 了解望远镜的基本原理和结构，并掌握其调节、使用和测量它的放大率的方法。 二、实验原理 最简单的望远镜是由一片长焦距的凸透镜作为物镜，用一短焦距的凸透镜作为目镜组合而成。远处的物经过物镜在其后焦面附近成一缩小的倒立实像，物镜的像方焦平面与目镜的物方焦平面重合。而目镜起一放大镜的作用，把这个倒立的实像再放大成一个正立的像，如图五所示。 三、实验仪器 1、带有毛玻璃的白炽灯光源S 2、毫米尺F L=7mm 3、二维调整架：SZ-07 4、物镜Lo：f o=225mm 5、二维调整架：SZ-07 6、测微目镜Le：（去掉其物镜头的读数显微镜） 7、读数显微镜架: SZ-38 8、滑座：TH70 9、滑座：TH70Y 10、滑座：TH70Y 11、滑座：TH70 12、白屏：SZ-13 四、仪器实物图及原理图

图四 五、实验步骤 1、把全部器件按图四的顺序摆放在导轨上，毫米尺竖直放置，靠拢后目测调至共轴，把 标尺放在毫米尺一侧。 2、把F和Le的间距调至最大，沿导轨前后移动Lo，使一只眼睛通过Le看到清晰的完 整毫米尺上的刻线。 3、再用另一只眼睛看标尺，读出测微目镜看到的像在标尺上的尺寸。 六、数据处理 毫米尺尺寸AB；像在标尺上的尺寸A＂B＂ 望远镜放大倍率M= A＂B＂/AB 七、实验结果： 1、数据：毫米尺尺寸AB=2mm;像在标尺上的尺寸A＇＇B＇＇＝101cm 所以，望远镜放大倍率M=A＇＇B＇＇／AB=10/2=5倍 2、观察到的现象：

八、遇到的问题及心得体会： 1、开始实验时，由于各个仪器的间距摆放不合理，导致得不到想要的实验结果，最后看了实验册，重新摆放仪器； 2、移动透镜的速度过快，使得我们看不到实验现象，也就没法组成望远镜，最后经过老师的指导，我们缓慢移动透镜； 3、由于不知道会看到什么样的实验现象，以至于我们看到了微小的现象，以为不是我们想要的实验结果，再次导致没有做出来； 4、最终在老师的一再指导下，我们终于自组成功望远镜，且通过观察我们得到规律： 凸透镜成像规律：物距大于二倍焦距时成缩小实像。

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：

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

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。

工程光学期末复习题

简答题、填空题： 1、光线的含义是什么？波面的含义是什么？二者的关系是什么？ 光线：发光点发出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，某一时刻起振动位相相同的点所构成的等相位面。 二者关系：波面法线即为光线。 2、什么是实像？什么是虚像？如何获得虚像？ 实像：实际光线相交所会聚成的点的所组成的像。 虚像：光线的延长线相交所形成的点所组成的像。 如何获得虚像：光线延长线所形成的同心光束。 3、理想光学系统几对基点？分别是什么？ 2对。像方焦点（F’），像方主点（H’），物方焦点（F），物方主点（H）。 4、什么是孔径光阑？什么是入瞳？什么是出瞳？孔径光阑与入瞳、出瞳之间有什么系？ 孔径光阑：限制进入光学系统的成像光束口径的光阑称为孔径光阑。 入瞳：孔径光阑在透镜后，经前面光学系统所成的像，称为入瞳。 出瞳：孔径光阑在透镜前，经后面光学系统所成的像，称为出瞳。 关系：入瞳、出瞳和孔径光阑对整个系统是共轭的，经过入瞳的光线必经过孔径光阑、也经过出瞳。 5、光学系统的景深是什么含义？ 能够在像面上获得清晰像的物空间深度，就是系统的景深。 6、发生干涉的条件是什么？发生干涉的最佳光源是什么类型的光源？ 两列光波的频率相同，相位差恒定，振动方向一致的相干光源。 7、近场衍射和远场衍射的区别是什么？ 近场衍射：光源和衍射场或二者之一到衍射屏的距离比较小时的衍射。 远场衍射：光源和衍射场都在衍射屏无限远处的衍射。 8、什么是光学系统的分辨率？人眼的极限分辨率是多少？ 极限分辨角为60``(=1`) 9、完善像和理想光学系统的含义分别是什么？ 完善像：每一个物点对应唯一的一个像点。或者，物点发出的同心光束经过光学系统后仍为同心光束。或者，入射波面为球面波时，出射波面也为球面波。 理想光学系统：任何一个物点发出的光线在系统的作用下所有的出射光线仍然相交于一点的系统。 10、近轴光线的条件是什么？近轴光线所成像是什么像？ 条件：当孔径角U很小时，I、I’和U’很小。 成像：高斯像。 11、光学系统中主点有什么特点？节点有什么特点？ 12、一束光入射到平面镜上，有反射光从平面镜射出，当平面镜旋转了5°，试问反射光旋转过多少度？ 13、视场光阑的作用是什么？入窗、出窗和视场光阑的关系是什么？ 作用：限制物平面上或物空间中成像范围。 关系：入窗、出窗和视场光阑三者互为共轭。

《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

(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 =-

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；

工程光学基础教程-习题答案(完整)

第一章 几何光学基本定律 1. 已知真空中的光速c ＝38 10?m/s ，求光在水（n=1.333）、冕牌玻璃（n=1.51）、火石玻璃（n=1.65）、加拿大树胶（n=1.526）、金刚石（n=2.417）等介质中的光速。 解： 则当光在水中，n=1.333时，v=2.25 m/s, 当光在冕牌玻璃中，n=1.51时，v=1.99 m/s, 当光在火石玻璃中，n ＝1.65时，v=1.82 m/s ， 当光在加拿大树胶中，n=1.526时，v=1.97 m/s ， 当光在金刚石中，n=2.417时，v=1.24 m/s 。 2. 一物体经针孔相机在 屏上成一60mm 大小的像，若将屏拉远50mm ，则像的大小变为70mm,求屏到针孔的初始距离。 解：在同种均匀介质空间中光线直线传播，如果选定经过节点的光线则方向不变，令屏到针孔的初始距离为x ，则可以根据三角形相似得出： ,所以x=300mm 即屏到针孔的初始距离为300mm 。 3. 一厚度为200mm 的平行平板玻璃（设n =1.5），下面放一直径为1mm 的金属片。若在玻璃板上盖一圆形的纸片，要求在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属片，问纸片的最小直径应为多少？ 2211sin sin I n I n = 66666.01 sin 2 2== n I 745356.066666.01cos 22=-=I 1mm I 1=90? n 1 n 2 200mm L I 2 x

88.178745356 .066666 .0* 200*2002===tgI x mm x L 77.35812=+= 4.光纤芯的折射率为1n ，包层的折射率为2n ，光纤所在介质的折射率为0n ，求光纤的数值孔径（即10sin I n ，其中1I 为光在光纤内能以全反射方式传播时在入射端面的最大入射角）。 解：位于光纤入射端面，满足由空气入射到光纤芯中，应用折射定律则有： n 0sinI 1=n 2sinI 2 (1) 而当光束由光纤芯入射到包层的时候满足全反射，使得光束可以在光纤内传播，则有： (2) 由（1）式和（2）式联立得到n 0 . 5. 一束平行细光束入射到一半径r=30mm 、折射率n=1.5的玻璃球上，求其会聚点的位置。如果在凸面镀反射膜，其会聚点应在何处？如果在凹面镀反射膜，则反射光束在玻璃中的会聚点又在何处？反射光束经前表面折射后，会聚点又在何处？说明各会聚点的虚实。 解：该题可以应用单个折射面的高斯公式来解决， 设凸面为第一面，凹面为第二面。 （1）首先考虑光束射入玻璃球第一面时的状态，使用高斯公式： 会聚点位于第二面后15mm 处。 （2） 将第一面镀膜，就相当于凸面镜

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

工程光学实验习题

光学实验习题 1．如会聚透镜的焦距大于光具座的长度，试设计一个实验，在光具座上能测定它的焦距。 2．点光源 P 经会聚透镜 L1成实像于 P' 点（图 1-8 ），在会聚透镜 L1与 P' 之间共轴放置一发散透镜 L2；垂直于光轴放一平面反射镜 M ，移动发散透镜至一合适位置，使 P 通过整个系统后形成的像仍重合在 P 处。如何利用此现象测出发散透镜焦距？ 3．为什么说当准直管绕轴转过 1800时，十字线物像不重合是由于十字线中心偏离光轴的缘故？试说明之。 4．准直管测焦距的方法有哪些优点？还存在哪些系统误差？ 5． 1 、第一主面靠近第一个透镜，第二主面靠近第二个透镜，在什么条件下才是对的？（光具组由二薄凸透镜组成）。 6．由一凸透镜和一凹透镜组成的光具组，如何测量其基点？（距离 d 可自己设定）。7．设计一种不测最小偏向角而能测棱镜玻璃折射率的方案（使用分光计去测）。 8．怎样应用掠入射法测定玻璃棱镜的折射率？简要说明实验方法，并推导出折射率的计算公式。 9．用阿贝折射计测量固体折射率时，为什么要滴入高折射率的接触液？为什么它对测量结果没有影响？试论证之。 10．显微镜与望远镜有哪些相同之处与不同之处？ 11．显微镜测量微小长度时，用测微目镜测定石英标准尺 m 个分格的数值为△ X,为什么它和石英标准尺相应分格的实际值△ X 之比不等于物镜的放大率？ 12．评价天文望远镜时，一般不讲它是多少倍的，而是说物镜口径多大，你能说明为什么吗？13．推导式（ 6-1 ）（ P90 ） 14．为何摄谱仪的底板面必须与照相系统的光轴倾斜，才能使所有谱线同时清晰？ 15．怎样测定摄谱仪的线色散？ 16．怎样拍摄叶绿素的吸收光谱？ 17．讨论单色仪的人射缝和出射缝的宽度对出射光单色性的影响，并证明出射光谱宽度 其中 a 、 a' 分别为入射缝和出射缝的宽度，为棱镜的线色散。

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。

工程光学实验I期末复习重点

工程光学实验I复习提纲 考试形式：闭卷考试时间: 120 分钟 题型大致分布：填空24分简答20分综合56分 要求：必须在答题纸上作答，否则无效； 作图题必须使用铅笔直尺作图，否则零分。 椭偏仪： 1．椭圆偏振测量（椭偏术）是研究光在两媒质界面发生的现象及介质特性的一种光学方法，其原理是利用偏振光在界面反射或透射时发生的偏振态的改变。 2．椭偏仪实验中检偏器读数头位置的调整与固定时，使激光束按布儒斯特角(约57) 入射到黑色反光镜表面并反射入望远镜到达半反目镜上成为一个圆点。 3．椭偏仪实验中，圆偏振光的获得使入射光的振动平面和四分之一波片的光轴成45度角。 4．椭偏仪实验中，将被测样品，放在载物台的中央，旋转载物台使望远镜和平行光管夹角为 45度。 5．测量薄膜厚度和折射率实验中，椭偏参数为Ψ和Δ。（写字母）， 6．椭偏术。 椭偏术是研究光在两媒质界面发生的现象及介质特性的一种光学方法。7．下图为椭偏仪结构，请写出1-10仪器名称。 1 半导体激光器 2平行光管 3起偏器读数头（与6可换用） 4 1/4波片读数头 5氧化锆标准样 6检偏器读数头 7望远镜筒 8 半反目镜 9光电探头 10信号线 11分光计 12 数字式检流计

平行光管： 1．凸透镜的鉴别率角值表达式。 " 206256 ' 2 f a = θ 2．根据衍射理论和瑞利准则，仪器的最小分辨角。 D λ θ22 .1 = 3．平行光管有4种分划板。 4．简述什么是光学系统的鉴别率。 答：光学系统能够把这种靠得很近的两个衍射花样分辨出来的能力，称为光学系统的鉴别率。 5．画出平行光管测量凸透镜焦距的原理图，并写出焦距表达式。 答： （分） ' ' y y f f ? 式中f为被测透镜焦距，'f为平行光管焦距实测值，'y为玻罗板上所选用线距实测值（' ' 'Y B A=），y为测微目镜上玻罗板低频线的距离（Y AB=，即测量 测微目镜 焦距 被测凸透镜 焦距 平行光管物镜 玻罗板 .4 ) ( .3 )' ( .2 .1f f A B f α 'α 'f ' B 1 2 3 4α

《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。

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。

工程光学基础教程课后重点习题答案

第一章习题 1、已知真空中的光速c＝3 m/s，求光在水（n=1.333）、冕牌玻璃（n=1.51）、火石玻璃（n=1.65）、加拿大树胶（n=1.526）、金刚石（n=2.417）等介质中的光速。 解： 则当光在水中，n=1.333时，v=2.25 m/s, 当光在冕牌玻璃中，n=1.51时，v=1.99 m/s, 当光在火石玻璃中，n＝1.65时，v=1.82 m/s， 当光在加拿大树胶中，n=1.526时，v=1.97 m/s， 当光在金刚石中，n=2.417时，v=1.24 m/s。 2、一物体经针孔相机在屏上成一60mm大小的像，若将屏拉远50mm，则像的大小变为70mm,求屏到针孔的初始距离。 解：在同种均匀介质空间中光线直线传播，如果选定经过节点的光线则方向不变，令屏到针孔的初始距离为x，则可以根据三角形相似得出： 所以x=300mm 即屏到针孔的初始距离为300mm。 3、一厚度为200mm的平行平板玻璃（设n=1.5），下面放一直径为1mm的金属片。若在玻璃板上盖一圆形纸片，要求在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属片，问纸片最小直径应为多少？ 解：令纸片最小半径为x, 则根据全反射原理，光束由玻璃射向空气中时满足入射角度大于或等于全反射临界角时均会发生全反射，而这里正是由于这个原因导致在玻璃板上方看不到金属片。而全反射临界角求取方法为： (1) 其中n2=1, n1=1.5, 同时根据几何关系，利用平板厚度和纸片以及金属片的半径得到全反射临界角的计算方法为： (2) 联立（1）式和（2）式可以求出纸片最小直径x=179.385mm，所以纸片最小直径为358.77mm。 4、光纤芯的折射率为n1、包层的折射率为n2,光纤所在介质的折射率为n0，求光纤的数值孔径（即n0sinI1,其中I1为光在光纤内能以全反射方式传播时在入射端面的最大入射角）。 解：位于光纤入射端面，满足由空气入射到光纤芯中，应用折射定律则有： n0sinI1=n2sinI2 (1)