841工程光学基础大纲

《工程光学》课程教学大纲

课程代码： 2109030070 课程名称： 工程光学

Engineering Optics 学 分： 5 总 学 时： 80

（其中：理论学时：56 实验（上机）学时：24 ）

先修课程：2109040062 普通物理（二） 一、

课程地位、作用与任务

适用对象：本二和本三的光信、光电、测控类各专业学生

工程光学课程是所有光电信息、测量控制和光学计量类专业的专业基础课，也是光学设计、光电成像技术、光电检测和光学测量等专业课的先修课程。通过本课程的学习，学生能掌握光学系统成像的基本概念、基本原理和光线追迹的基本知识，对各光学元件诸如透镜、棱镜、光阑的作用和特点有较深刻和全面的理解，熟悉各种光学仪器如放大镜、显微镜、望远镜、照相机、投影仪、监控仪等的工作原理和成像特点，理解产生像差原因，通过像差分析利用光学设计软件进行光学设计和像质优化。工程光学课程学习的好坏不仅直接影响后续光专业课的学习，对毕业后从事光学工程研究和对光产品的设计、应用与开发起着相当大的关键作用。

二、教学内容及组织

工程光学课程包括几何光学、典型光学系统、像差理论和计算机辅助设计四大部分，其后继实践是光学Zemax课程设计。几何光学部分以

华北电力大学2016年硕士生入学考试初试科目考试大纲

科目代码：841 科目名称：自动控制原理

二、 考试的内容

1. 控制系统的基本概念、反馈控制系统的基本组成。开环、闭环控制。

2．数学模型：

建立实际系统的数学模型。微分方程和传递函数的关系;由原始方程绘制方框图；通过方框图的简化求各种典型传递函数及相应的微分方程。

3．时域分析：

一阶、二阶系统的暂态响应。动态分析及性能指标求法。稳定的概念、条件，用劳斯判据判定闭环稳定性，确定特征根的分布；误差、稳态误差的概念，典型给定输入、扰动输入下（阶跃、斜坡、抛物线）系统的稳态误差。

4．根轨迹分析法：

根轨迹的概念，参量根轨迹等价开环传递函数的确定；180、0度根轨迹的判定；180、0度根轨迹的绘制；根轨迹定性分析（稳定、不稳定区间的确定，单调衰减、振荡衰减区间的确定）。

5．频率响应分析法：

频率特性的概念，谐波（正弦、余弦）输入下系统的稳态误差；频率特性曲线、伯德图的绘制；由频率特性稳定判据判定闭环稳定性，确定闭环极点的分布；稳定裕量的概念、求法。

6．线性控制系统的校正：

常用校正装置的类型；用频率法在伯德图上进行超前、滞后校正来满足性能指标要求。

7．非线性系统分析：

非线性系统描述函数的

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光學設計基礎

首先是幾何光學基礎

幾何光學是光學設計的基礎。要做光學設計必須懂得各種光學儀器成像原理，外形尺寸計算方法，瞭解各種典型光學系統的設計方法和設計過程。

實際光學系統大多由球面和平面構成。記住共軸球面系統光軸截面內光路計算的三角公式，瞭解公式中各參數的幾何意義是必要的，具體公式可參考有關光學書籍，對於平面零件有平面反射鏡和棱鏡，它們的主要作用多爲改變光路方向，使倒像成爲正像，或把白光分解爲各種波長的單色光或單色光合成白光。

在光學系統中造成光能損失的原因有三點：透射面的反射損失、反射面的吸收損失和光學材料內部的吸收損失。

其次是象差理論

光學系統有七種初級象差：

球差

慧差

象散

場曲

畸變

位置色差

垂軸色差

然後是材料的選擇和公差的分配

玻璃按下列各項質量指標分類和分級：

折射率和色散係數

同一批玻璃中，折射率及色散係數的一致性

光學均勻性

應力雙折射

條紋度

氣泡度

光吸收係數

最後要瞭解光學工藝

光學工藝大致分爲切割，粗磨，精磨，抛光和磨邊，最後還有鍍膜和膠合。

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光學名詞中英文對照

光圈(Iris)：位於攝像機鏡頭內部的、可以調節的光學機械性闌孔，可用來控制通過鏡頭的光線的多少。 隔離放大器(Isolation am

2008级光电子技术

1．在单缝衍射中，设缝宽为a，光源波长为λ，透镜焦距为f ′，则其衍射暗条纹间距e暗=f?距同时可称为线宽度。

2．当保持入射光线的方向不变，而使平面镜转15°角，则反射光线将转动

30° 角。

? ，条纹间a3．光线通过平行平板折射后出射光线方向__不变_ ___ ,但会产生轴向位移量，当平面板厚度为d，折射率为n，则在近轴入射时，轴向位移量为d(1?) 。

4．在光的衍射装置中，一般有光源、衍射屏、观察屏，则衍射按照它们距离不同可分为两类，一类为 菲涅耳衍射，另一类为 夫琅禾费衍射 。

5．光轴是晶体中存在的特殊方向,当光在晶体中沿此方向传播时不产生双折射。ne

6．1/4波片的附加相位差为(2m?1)偏振光或圆片遮光 。 7．单个折射球面横向放大率β=

1n?2m?0,?1,?2,...,线偏振光通过1/4波片后，出射光将变为 椭圆nl? ，当-1<β<0时，成像性质为 物像处于球面的两侧，成倒立缩小像 。 n?l8．两列波相干的条件 有方向相同的振动分量 、振动频率相同 、 相位差稳定_。

9.假设光波的偏振度为p，则p=0时表示 自然光，p=1时表示线偏振光,0

12.当自然光以布儒斯特角入射至两各向同性介质界面上，其反射光为线偏振光，折射光为_部分 偏振光。

13.光线通过双平面镜后，其入射光线与出射光线的夹角为50°，则双平面镜的夹角为25

<<光学工程基础>>参考文献和习题

1 光波、光线和成像

参考文献：

1. Walker Bruce H. Optical Engineering Fundamentals. Bellingham, Washington: SPIE,1998 2. 袁旭滄. 应用光学. 北京：国防工业出版社，1988

3. Ditteon Richard 著，詹涵菁译. 现代几何光学. 长沙：湖南大学出版社，2004 4. Smith W J. Modern Optical Engineering. Boston: The McGreaw-Hill Companies, Inc, 2001 5. 陈熙谋. 光学?近代物理. 北京：北京大学出版社，2002 6. 钟钖华. 现代光学基础. 北京：北京大学出版社，2003

7. Ghatak A K, Thyagarajan K. Contemporary Optics. New York: Plenum Publishing Corporation, 1978

8. 彭旭麟，罗汝梅. 变分法及其应用. 武汉：华中工学院出版社，1983

9. Kidger Michael J. Fundamental Optic

华北电力大学2016年硕士生入学考试初试科目考试大纲

科目代码：841 科目名称：自动控制原理

二、 考试的内容

1. 控制系统的基本概念、反馈控制系统的基本组成。开环、闭环控制。 2．数学模型：

建立实际系统的数学模型。微分方程和传递函数的关系;由原始方程绘制方框图；通过方框图的简化求各种典型传递函数及相应的微分方程。

3．时域分析：

一阶、二阶系统的暂态响应。动态分析及性能指标求法。稳定的概念、条件，用劳斯判据判定闭环稳定性，确定特征根的分布；误差、稳态误差的概念，典型给定输入、扰动输入下（阶跃、斜坡、抛物线）系统的稳态误差。

4．根轨迹分析法：

根轨迹的概念，参量根轨迹等价开环传递函数的确定；180、0度根轨迹的判定；180、0度根轨迹的绘制；根轨迹定性分析（稳定、不稳定区间的确定，单调衰减、振荡衰减区间的确定）。

5．频率响应分析法：

频率特性的概念，谐波（正弦、余弦）输入下系统的稳态误差；频率特性曲线、伯德图的绘制；由频率特性稳定判据判定闭环稳定性，确定闭环极点的分布；稳定裕量的概念、求法。

6．线性控制系统的校正：

常用校正装置的类型；用频率法在伯德图上进行超前、滞后校正来满足性能指标要求。

7．非线性系

华北电力大学2016年硕士生入学考试初试科目考试大纲

科目代码：841 科目名称：自动控制原理

二、 考试的内容

1. 控制系统的基本概念、反馈控制系统的基本组成。开环、闭环控制。 2．数学模型：

建立实际系统的数学模型。微分方程和传递函数的关系;由原始方程绘制方框图；通过方框图的简化求各种典型传递函数及相应的微分方程。

3．时域分析：

一阶、二阶系统的暂态响应。动态分析及性能指标求法。稳定的概念、条件，用劳斯判据判定闭环稳定性，确定特征根的分布；误差、稳态误差的概念，典型给定输入、扰动输入下（阶跃、斜坡、抛物线）系统的稳态误差。

4．根轨迹分析法：

根轨迹的概念，参量根轨迹等价开环传递函数的确定；180、0度根轨迹的判定；180、0度根轨迹的绘制；根轨迹定性分析（稳定、不稳定区间的确定，单调衰减、振荡衰减区间的确定）。

5．频率响应分析法：

频率特性的概念，谐波（正弦、余弦）输入下系统的稳态误差；频率特性曲线、伯德图的绘制；由频率特性稳定判据判定闭环稳定性，确定闭环极点的分布；稳定裕量的概念、求法。

6．线性控制系统的校正：

常用校正装置的类型；用频率法在伯德图上进行超前、滞后校正来满足性能指标要求。

7．非线性系

工程光学

第二章 理想光学系统

1、一个折射率为1.52的双凸薄透镜，其中一个折射面的曲率半径是另一个折射面的2倍，且其焦距为5cm，则这两个折射面的曲率半径分别是（7.8）cm和（-3.9）cm。

2、一个薄透镜折射率为1.5，光焦度500D。将它浸入某液体，光焦度变成-1.00D，则此液体的折射率为（1.502）。

3、反远距型光组由（一个负透镜和一个正透镜）组成，其特点是（工作距大于组合焦距）。

4、 远摄型光组由一个（正透镜）和一个（负透镜）组成，其主要特点是（焦距大于筒长），因此该组合系统常用在（长焦距镜头）的设计中。

第三章 平面与平面系统

1、反射棱镜在光学系统中的主要作用有（折叠光路）、（转折光路）和转像、倒像等，在光路中可等效为平行平板加（平面反射镜）。 2、某种波长的光入射到顶角为60°的折射棱镜，测得最小偏向角为42°15′，则该种玻璃对于入射波长的折射率为（1.557）。

3、唯一能完善成像的光学元器件是（平面反射镜），利用其旋转特性可制作光学杠杆进行放大测量；利用双光楔也可以实现（微小角度和微小位移）的测量，主要有（双光楔旋转测微）和（双光楔移动测微）两种形式。

4、用于制作光学元件的光学材料包括光学玻璃，（光学

- 1 - 共14页 1．在单缝衍射中，设缝宽为a ，光源波长为λ，透镜焦距为f ′，则其衍射暗条纹间距e 暗=f a

λ'

，条纹间距同时可称为线宽度。

2．当保持入射光线的方向不变，而使平面镜转15°角，则反射光线将转动

30° 角。 3．光线通过平行平板折射后出射光线方向__不变_ ___ ,但会产生轴向位移量，当平面板厚度为d ，折射率为n ，则在近轴入射时，轴向位移量为1(1)d n - 。

4．在光的衍射装置中，一般有光源、衍射屏、观察屏，则衍射按照它们距离不同可分为两类，一类为 菲涅耳衍射，另一类为 夫琅禾费衍射 。

5．光轴是晶体中存在的特殊方向,当光在晶体中沿此方向传播时不产生双折射。n e

6．1/4波片的附加相位差为(21)

0,1,2,...2m m π+=±±,线偏振光通过1/4波片后，出射光将变为 椭圆偏振光或圆片遮光 。

7．单个折射球面横向放大率β= nl n l

'' ，当-1<β<0时，成像性质为 物像处于球面的两侧，成倒立缩小像 。 8．两列波相干的条件 有方向相同的振动分量 、振动频率相同 、 相位差稳定_。

9.假设光波的偏振度为p ，则p=0时表示 自然光，p=1时表示线偏振光,0

10.菲涅尔圆孔衍射图样的中心点可能是明的，也可能是暗的，而夫琅和费衍射图样的中心点是明 的。

11.光波的振动方向

<<光学工程基础>>参考文献和习题

1 光波、光线和成像

参考文献：

1. Walker Bruce H. Optical Engineering Fundamentals. Bellingham, Washington: SPIE,1998 2. 袁旭滄. 应用光学. 北京：国防工业出版社，1988

3. Ditteon Richard 著，詹涵菁译. 现代几何光学. 长沙：湖南大学出版社，2004 4. Smith W J. Modern Optical Engineering. Boston: The McGreaw-Hill Companies, Inc, 2001 5. 陈熙谋. 光学?近代物理. 北京：北京大学出版社，2002 6. 钟钖华. 现代光学基础. 北京：北京大学出版社，2003

7. Ghatak A K, Thyagarajan K. Contemporary Optics. New York: Plenum Publishing Corporation, 1978

8. 彭旭麟，罗汝梅. 变分法及其应用. 武汉：华中工学院出版社，1983

9. Kidger Michael J. Fundamental Optic