光学工程基础

从探索宇宙的太空望远镜到观察微观世界的显微镜,从光纤通讯到激光制导,从眼镜到手机镜头,光学仪器不断改变着我们的生活。光学工程基础课程教你掌握光学仪器的工作原理。

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清华大学
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  • 完成时间大约为 16
  • 中级
  • 中文
注:因开课平台的各种因素变化,以上开课日期仅供参考

课程概况

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。

课程大纲

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
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
考试成绩查询
期末考试

常见问题

请问教材和参考书是什么?
教材是郁道银,谈恒英主编《工程光学(第3版)》, 机械工业出版社, 2011。参考书为毛文炜,《光学工程基础(一)》,北京:清华大学出版社,2006;赵凯华,《新概念物理教程:光学》高等教育出版社,2011。

课程成绩如何构成?
课后作业(40%);期末考试(60%)。

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