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命題學院：光電工程學院 考試科目代碼及名稱：902工程光學

一、考試基本要求

本門課程的考試旨在考核學生有關應用光學和物理光學方面的基本概念、基本理論和實際解決光學問題的能力。

考生應獨立完成考試內容，在回答試卷問題時，要求概念準確，邏輯清楚，必要的解題步驟不能省略，光路圖應清晰正確。

二、考試內容和考試要求

考試內容以郁道銀主編《工程光學》(機械工業出版社)為主，包括應用光學和物理光學兩部分，試題內容比例各占50%。

“應用光學”應掌握的重點知識包括：幾何光學的基本理論和成像概念、理想光學系統理論、系統中的光束限制、平面和平面系統對成像的影響、像差的基本概念和典型光學系統的性質、成像關系及光束限制等。具體內容如下：

第一章 幾何光學基本定律與成像概念

1.掌握幾何光學基本定律的內容、表達式和現象解釋：

1)光的直線傳播定律

2)光的獨立傳播定律

3)反射定律和折射定律(全反射及其應用)

4)光路的可逆性

5)費馬原理

6)馬呂斯定律。

2.了解完善成像條件的概念和相關表述。

3.掌握應用光學中的符號規則，了解單個折射球面的光線光路計算公式(近軸、遠軸)。

4.、角放大率γ、拉赫不變量等公式，理解垂軸放大率、軸向放大率和角放大率的定義和物理意義。、軸向放大率 掌握單個折射球面、反射球面的成像公式，包括垂軸放大率

5.掌握共軸球面系統公式(包括過渡公式、成像放大率公式)。

第二章 理想光學系統

1.掌握共軸理想光學系統的基點、基面及某些特殊點的性質、共軛關系和經過光線的性質，其中包括：

1)無限遠的軸上(外)物點、其共軛像點及光線;

2)無限遠的軸上(外)像點的對應物點及光線的性質;

3)物方主平面與像方主平面的性質;

4)光學系統的節點及性質。

2.掌握圖解法求像的方法，會作圖求像。

3.掌握解析法求像方法(牛頓公式、高斯公式)。

4.和角放大率γ的定義、計算公式、物理意義及其與單個折射球面公式的異同，理想光學系統兩焦距之間的關系，理想光學系統的組合公式和正切計算法。?、軸向放大率?掌握理想光學系統垂軸放大率

第三章 平面與平面系統

1.了解平面光學元件的種類和作用。

2.掌握平面鏡的成像特點和性質，平面鏡的旋轉特性，光學杠桿原理和應用.

3.掌握平行平板的成像特性，近軸區內的軸向位移公式.

4.掌握反射棱鏡的種類、基本用途、成像方向判別、等效作用與展開。

5.了解折射棱鏡的作用，掌握其最小偏向角公式及應用，光楔的偏向角公式及其應用。

第四章 光學系統中的光束限制

1.掌握孔徑光闌、入瞳、出瞳、孔徑角的定義及它們的關系。

2.掌握視場光闌、入窗、出窗、視場角的定義及它們的關系。

3.了解漸暈、漸暈光闌、漸暈系數的定義及漸暈光闌和視場光闌的關系

4.掌握物方遠心光路的工作原理。

5.了解光瞳銜接原則及其作用。

第六章 光線的光路計算及像差理論

1.了解像差的定義、種類和消像差的基本原則。

2.掌握7種幾何像差的定義、影響因素、性質和消像差方法。

第七章 典型光學系統

1.了解正常眼、近視眼和遠視眼的定義和特征，校正非正常眼的方法，眼睛調節能力計算。

2.掌握視覺放大率的概念、表達式及其意義，與光學系統角放大率的異同點。

3.掌握顯微鏡系統的概念和計算公式，包括：

1)結構組成、成像關系、光束限制

2)視覺放大率公式

3)線視場公式

4)數值孔徑和出瞳D’

5)物鏡的分辨率

6)顯微鏡的有效放大率

7)物鏡的景深

8)視度調節。

4.掌握望遠系統的概念和計算公式，包括：

1)結構組成、成像關系、光束限制

2)視覺放大率公式

3)分辨率與視覺放大率的關系

4)有效分辨率和工作分辨率。

5.了解攝影系統的概念和計算公式，包括：

1)結構組成、成像關系、光束限制

2)攝影物鏡的3個主要參數及其影響作用

3)分辨率公式

4)光圈的定義及其與孔徑光闌、分辨率、像面照度、景深的關系

5)景深公式及其影響因素

6)攝影物鏡的種類。

6.了解投影系統的概念和計算公式，包括：

1)系統的基本要求

2)主要光學參數

3)其照明系統的銜接條件。

第九章 光學系統的像質評價

1.掌握光學系統像質評價方法和各自的優缺點。

2.了解用MTF曲線和其下面積判斷光學系統的成像質量的方法和基本原理。

3.了解望遠物鏡、顯微物鏡、望遠目鏡、顯微目鏡和照相物鏡的像值評價要求和校像差要求。

“物理光學”應掌握的重點知識包括：光的電磁理論基礎、光的干涉和干涉系統、光的衍射、光的偏振和晶體光學基礎等。具體內容如下：

第十章 光的電磁理論基礎

1.掌握電磁波的平面波解，包括：平面波、簡諧波解的形式和意義，物理量的關系，電磁波的性質等。

2.了解球面波和柱面波的定義、方程表達式。

3.掌握波的疊加原理和計算方法。

4.了解相速度和群速度概念。

第十一章 光的干涉和干涉系統

1.掌握干涉現象的定義和形成干涉的條件。

2.掌握楊氏雙縫干涉性質、裝置、公式、條紋特點及其現象的應用。

3.了解條紋可見度的定義、影響因素及其相關概念(包括臨界寬度和允許寬度、空間相干性和時間相干性、相干長度和相干時間等)。

4.掌握平行平板的雙光束干涉定域面、干涉裝置、干涉條紋的性質和計算公式。

5.掌握楔形平板的雙光束干涉定域面、干涉裝置、干涉條紋的性質和計算公式。

6.掌握典型雙光束干涉系統(斐索、邁克爾遜)及其應用。

7.了解平行平板的多光束干涉條件、裝置、干涉條紋性質與計算。

第十二章 光的衍射

1.掌握衍射現象定義、衍射系統和分類。

2.掌握惠更斯原理和夫瑯和費衍射公式。

3.掌握矩孔夫瑯和費衍射的光強分布公式和衍射條紋性質分析。

4.掌握單縫夫瑯和費衍射的光強分布公式和衍射條紋性質分析。

5.掌握圓孔夫瑯和費衍射的光強分布公式和衍射條紋性質分析，成像系統分辨本領。

6.掌握多縫夫瑯和費衍射的光強分布公式和衍射條紋性質分析。

7.掌握衍射光柵(平面光柵、閃耀光柵、階梯光柵)的方程、特性和種類。

第十四章 光的偏振和晶體光學基礎

1.掌握自然光、偏振光和部分偏振光的定義、特點，偏振度的定義，能夠產生偏振光的方法。

2.了解菲涅爾公式，掌握布儒斯特定律和馬呂斯定律。

3.了解晶體光學的基本概念(光軸、主平面、主截面、單軸多軸晶體、正負晶體)，會用惠更斯原理分析晶體的雙折射現象。

4.掌握各種起偏器、分束器和波片(l/4波片、l/2波片和全波片)的結構、作用和工作原理。

5.了解偏振光的矩陣表示，會用矩陣方法表示偏振光和配置器件，并求出射光的矩陣。

6.掌握偏振光的變換和測定方法(辨別偏振光、產生要求的偏振光)。

7.了解偏振光的干涉原理、裝置、公式、光強分布特性。

三、考試基本題型

主要試題類型包括：填空題、簡答題、畫圖題、計算題等，每年的試題類型從中選幾類。試卷滿分為150分。