套用光學(北京理工大學提供的慕課)

套用光學課程是北京理工大學於2017年03月17日首次在中國大學MOOC開設的慕課、國家精品線上開放課程。該課程授課教師是黃一帆、李林。據2021年3月中國大學MOOC官網顯示，該課程已開課9次。

套用光學課程共有七章，包括幾何光學基本原理、共軸球面系統的物像關係、眼睛和目視光學系統、平面鏡稜鏡系統、光學系統中成像光束的選擇、輻射度學和光度學基礎、光學系統成像質量評價等內容。

基本介紹

• 中文名：套用光學
• 授課教師：黃一帆、李林
• 授課平台：中國大學MOOC
• 類 別：國家精品線上開放課程
• 開課時間：2017年03月17日（首次）
• 提供院校：北京理工大學

課程性質

課程背景

光，是宇宙萬物生長的源泉，是信息傳遞的重要載體。套用光學課程帶領學習者一起走進光的世界，探索光的奧秘，學會光學套用的基本方法。套用光學為光學儀器、微光夜視、雷射紅外等學科奠定了理論基礎和套用基礎，在培養光學和光電類人才中具有重要地位。因此，北京理工大學開設了套用光學慕課課程。

課程定位

套用光學課程是光電信息科學與工程和測控技術與儀器等專業的技術基礎課。

開課信息

開課次數	開課時間	參與人數
第1次開課	2017年03月17日~2017年07月15日	4015
第2次開課	2017年09月22日~2018年01月10日	2790
第3次開課	2018年03月14日~2018年06月20日	3017
第4次開課	2018年09月21日~2019年01月10日	4501
第5次開課	2019年03月11日~2019年06月17日	2704
第6次開課	2019年09月23日~2019年12月23日	4678
第7次開課	2020年02月24日~2020年08月26日	5956
第8次開課	2020年09月29日~2020年12月29日	2645
第9次開課	2021年02月28日~2021年06月10日	待定
該課程第1~9次開課的授課教師均為黃一帆、李林，學時安排均為3~6小時每周。

（表格內容參考資料）

課程簡介

套用光學課程以幾何光學原理為基礎，分析研究典型光學儀器、光度學、色度學、光纖光學系統、雷射光學系統及紅外光學系統等的基礎理論和這些光學領域的計算方法。套用光學課程的教學內容主要分為三部分：第一部分內容包括幾何光學的基本理論，理想光學系統的成像性質與計算方法，眼睛和目視光學儀器，平面鏡稜鏡系統的成像特性分析，光學系統中成像光束的選擇方法。第二部分內容包括輻射度學和光度學的基礎理論，光學系統中的光能量計算方法。第三部分內容包括光學系統成像質量評價的各種指標和評價方法。

課程大綱

第一章幾何光學基本原理 第1講 緒論 第2講 光波和光線 第3講 幾何光學的基本定律、折射率與光速 第4講 全反射與光路可逆 第5講 光學系統和成像的概念 第6講 理想像和理想光學系統 第一章作業 第二章 共軸球面系統的物像關係（1） 第1講 單個折射球面光路計算公式 第2講 符號規則 第3講 球面近軸範圍內的成像性質和近軸光路計算公式 第4講 近軸光學物像基本公式 第5講 共軸理想光學系統的基點——主平面和焦點 第二章作業（1） 第二章 共軸球面系統的物像關係（2） 第9講 光學系統的放大率 第10講 物像空間不變式 第11講 物方焦距和像方焦距的關係 第二章作業（2） 第6講 共軸球面系統的主平面和焦點 第7講 作圖法求像 第8講 理想光學系統的物像關係式 第二章 共軸球面系統的物像關係（3） 第12講 節平面和節點 第13講 無限物體理想像高的計算公式 第14講 理想光學系統的組合 第15講 理想光學系統中的光路計算公式 第16講 單透鏡的主面和焦點位置的計算公式 第17講 本章總結 測驗1 第三章 眼睛和目視光學系統 第1講 人眼的光學結構 第2講 人眼的光學特性 第3講 對目視光學儀器的共同要求 第4講 放大鏡和顯微鏡的工作原理 第5講 望遠鏡的工作原理 第6講 眼睛的缺陷和目視光學儀器的視度調節 第7講 空間深度感覺和雙眼立體視覺 第8講 雙眼觀察儀器 第三章作業 第四章 平面鏡稜鏡系統 第1講 平面鏡稜鏡系統在光學儀器中的套用 第2講 平面鏡的成像性質 第3講 平面鏡的旋轉

第4講 稜鏡和稜鏡的展開 第5講 典型稜鏡的展開方法 第6講 屋脊稜鏡 第7講 平行平板的成像性質 第8講 稜鏡外形尺寸計算 第9講 確定平面鏡稜鏡系統的成像方向 第10講 共軸球面系統和平面鏡稜鏡系統的組合 第11講 稜鏡的偏差 第四章作業 第五章 光學系統中成像光束的選擇 第1講 光闌及其作用 第2講 望遠系統中成像光束的選擇（I）——雙筒望遠鏡 第3講 望遠系統中成像光束的選擇（II）——周視瞄準鏡 第4講 顯微鏡中的光束限制 第5講 遠心光路 第6講 場鏡的特性及其套用 第7講 空間物體成像的清晰深度——景深 第五章作業 第六章 輻射度學和光度學基礎（1） 第1講 立體角的意義和它在光度學中的套用 第2講 輻射度學中的基本量 第3講 人眼的視見函式 第4講 光度學中的基本量 第5講 光照度公式和發光強度的餘弦定律 第6講 全擴散表面的光亮度 第六章 輻射度學和光度學基礎（1）作業 第六章 輻射度學和光度學基礎（2） 第7講 光學系統中光束的光亮度 第8講 像平面的光照度，照相物鏡像平面的光照度和光圈數 第9講 人眼的主觀光亮度，通過望遠鏡觀察時的主觀光亮度 第10講 光學系統中光能損失的計算 第11講 投影儀的作用及其類別，投影系統中的光能計算 第6章 輻射度學和光度學基礎（2）作業 第七章 光學系統成像質量評價 第1講 概述 第2講 介質的色散和光學系統的色差 第3講 軸上像點的單色像差——球差，軸外像點的單色像差 第4講 垂軸像差、幾何像差的計算和曲線表示 第5講 用波像差評價光學系統的成像質量，理想光學系統的解析度，各類光學系統解析度的表示方法 第6講 光學傳遞函式，用光學傳遞函式評價系統的像質 第7章 光學系統成像質量評價

（課程大綱排版從左到右列）

課前預備

預備知識

學習該課程需要具備必要的物理和數學基礎知識，還需要具備一定的工科數學分析、微積分、大學物理等知識。

學習資料

書名	作者	出版地	出版時間	出版社
《套用光學》	李林，黃一帆	北京	2017年	北京理工大學出版社
《套用光學（英文版）》	李林，黃一帆，王涌天		2012年
《套用光學概念題解與自測》	李林，黃一帆		2006年
《光學》	母國光，戰元齡		1998年	人民教育出版社
《套用光學》	胡玉禧，安連生	安徽	1996年	中國科技大學出版社

（註：表格內容參考資料 ）

授課目標

通過學習該課程，使學生能夠學到幾何光學、理想光學系統的成像性質與計算方法、目視光學儀器、平面鏡稜鏡系統、成像光束的選擇、輻射度學和光度學的基礎理論、光能量計算方法、光學系統成像質量評價等綜合知識。

證書要求

該課程的學習環節包含：觀看講課視頻、完成每周的課後作業、完成單元測驗題、參與課程討論、參加期末考試。課程學習成績由三個部分構成：

（1）課後作業：在每一周結束後，需完成課後作業；占課程成績的30%。

（2）單元測驗：課程會設定1次單元測驗，共占課程成績的10%。

（3）課程考試：課程結束後，學生可以參加課程的最後考試，成績占60%。

完成課程學習並考核合格（>=60分）的可獲得合格證書，成績優秀（>=85分）的可獲得優秀證書。

所獲榮譽

2019年1月8日，該課程被中華人民共和國教育部認定為“2018年國家精品線上開放課程”。

教師簡介

黃一帆，北京理工大學教授、工學博士、副院長。

李林，北京理工大學教授、博士生導師，長期從事教學和科研工作。