湖北省高等教育自学考试大纲
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基本定律与成像理论、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发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、基本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，学生能对光学的基本概念、基本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基本定律与成像理论、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基本容以及光的电磁性质、光波的叠加与分析、光的干涉、衍射、偏振等物理光学的基本容以及现代光学中的部分容。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、实用光电技术、信息光学等课程打下良好的基础。
第二部分考核容与考核目标
第1章几何光学的基本定律和成像概念
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：
掌握几何光学基本定律：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、轴向放大率、角放大率γ、拉赫不变量等公式。
记忆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：几何光学基本定律。
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、轴向放大率、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，近轴区的轴向位移公式。
了解反射棱镜的种类、基本用途、成像方向判别、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、基本用途、成像方向判别、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。
记忆并一般理解渐晕、渐晕光阑、渐晕系数的定义及渐晕光阑和视场光阑的关系。
了解照相系统的基本结构、成像关系和光束限制。
了解望远系统的基本结构、成像关系和光束限制。
了解显微系统的基本结构、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，景深公式和影响因素。
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：照相系统的基本结构、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：望远系统的基本结构、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：景深公式和影响因素
应用：显微系统的基本结构、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基本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：光度学和色度学的基本概念
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、种类和消像差的基本原则。
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、影响因素、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、影响因素、性质和消像差方法
应用：消像差的基本原则
（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