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1、应用光学及其综合设计课程调研报告一、基本情况 应用光学课程是光学工程及相近专业开展光学理论和光学技术教育的专业技术基础，主要包括几何光学和物理光学两大部分，对于学生学习其它光电专业课程、培养综合能力具有十分重要的意义。它不仅是我国创建光学仪器和仪器仪表类相关专业时就诞生的传统课程，也是美国等具有悠久光学工程教育历史的国际一流大学共同拥有的一门经典课程。从2011年初开始，根据学院应用光学及其综合设计课程建设调研任务与要求，我们对国内外知名大学开设应用光学及其相关课程的开设情况展开调研。u 调研目的了解国内外光学工程领域知名高校的应用光学课程开设情况及发展动态，对我院应用光学课程的下一步建设提出
2、合理化建议。u 调研内容依据可获取的信息，调研主要从以下几个方面展开：1) 应用光学课程的发展历程、目前课程定位、开课目的，与其他相关课程的关系2) 授课教师、授课对象、授课教材的基本情况3) 授课内容及教学方法4) 教学实践环节5) 课后练习及考核形式u 调研范围及对象 为使调研结果具有代表性，调研依据国内外各高校在光学工程领域的科研地位，及其应用光学课程的开设情况，将国外2所（亚利桑那大学和罗切斯特大学）、国内5所（浙江大学、天津大学、北京理工大学、华中科技大学、中国科技大学）知名高校列入调研范围。本报告初步介绍亚利桑那大学、浙江大学和天津大学的调研结果，以便对调研方式及调研内容作更进一步
3、探讨。u 调研方式 本调研采用查询网络资源和问卷调查相结合的方式，目的是从官方宣传和听课对象体验评价两个角度，比较全面地了解应用光学课程的建设情况和授课效果。二、 调研结果由于各个大学的应用光学课程开设历史、参考教材和教学方法都各有特色，下面先分别介绍具体调研结果，再予以归纳总结。 亚利桑那大学亚利桑那大学，坐落于美国亚利桑那州图森城，该校成立于1885年，是亚利桑那州第一所综合性大学，近几年其学术水平享誉全球。世界50000所大学中，亚利桑那大学排名第76位。亚利桑那大学拥有世界上最优秀的光学研究中心，在国际上拥有一流的声誉，其中月亮和行星实验室（Lunar and Planetary）的规
4、模是世界上所有大学中最大的。亚利桑那大学的光科学学院开设了20多门光学相关课程，涵盖了从经典光学理论到前沿光学新技术应用的众多领域，由浅及深，门类齐全。此外，依托毗邻的光学产业，注重培养学生把理论知识转化为生产力的能力。1) 应用光学相关课程及课程定位在该校光科学学院开设的众多光学相关课程中，Geometrical & Instrumental Optics、Fundamentals of Applied Optics Laboratory和Practical Optics与国内的应用光学课程最为相近，各有部分内容交叉。其中，Geometrical & Instrumental Optics为
5、本科课程，分四个学期讲授。内容分类详细，从如何清洁光学元件等基础知识讲起，再介绍基本光学原理、理想光学系统、光学材料特性、光学系统中的光束限制、望远镜成像系统、照相机等光学仪器、像差测量计算等等，非常丰富。旨在使学生掌握广泛而深厚光学基础知识和基本应用；Fundamentals of Applied Optics Laboratory为研究生课程，讲授光学系统、高斯光学、像差理论、光源、探测技术和光学工程技术等内容。目的是使学生掌握搭建光学实验平台和进行光学测量常用的仪器设备和技术；Practical Optics为研究生课程，按照内容深浅先后分为三部分在三个学期开设，将学生带入周围的光学企业
6、参观学习，鼓励学生组建科研团队与企业合作开展光学技术应用研究，体验采用商用光学软件、遵照光学行业标准完成研究任务；此外，该学院还在本科和研究生阶段都开设了Physical Optics课程，讲授波动光学、经典电磁场理论等内容，并将物理光学实验作为单独一门课程开设。2) 授课教师、授课教材的基本情况 Geometrical & Instrumental Optics：授课教师1：Dr. Michael Nofziger， Meinel Bldg；参考教材1：Geometrical and Instrumental Optics Lab Manual， M. Nofziger (1995)；授课教
7、师2：Michael Nofziger；参考教材2：Geometrical and Trigonometric Optics，Cambridge University Press， E. Dereniak and T. Dereniak，2008，ISBN：978-0-521-88746-5； Fundamentals of Applied Optics Laboratory：授课教师：Jim Burge；助教：Proteep Mallik参考教材：Geometrical and Instrumental Optics Lab Manual， M. Nofziger (1995) Practi
8、cal Optics：授课教师：Chunyu Zhao， Jim Burge； 3) 授课内容及教学方法 Geometrical & Instrumental Optics：要求参加所有实验习题课，课上将总结上一节课程内容，并讲授下节实验课的预备知识，缺席者自补课程；课上不定期安排随机小测试，考核已授内容的掌握情况，缺席者除有特殊理由不予补考；内容1包括：Basic concepts of Geometrical Optics；Refraction and Reflection；Total Internal Reflection；Plane Mirror and Prism Systems；F
9、iber Optics；Scanners；Imaging Systems Introduction；Conjugates and Magnification；Field of View；Simple Magnifier；Gaussian Optics；Paraxial Raytrace；Refractive and Reflective Surfaces；Gaussian Reduction；Thick Lens；Combinations of Thin Lenses；Stops and Pupils；Marginal and Chief Rays；The Eye；内容2包括：Lab 1 -
10、Cleaning Optics and Data Analysis Basic Mechanical Measurement Techniques, Proper Cleaning of Optical Elements Lab 2 - Refractive Index and Snells Law Total Internal Reflection, Pfunds Method, Microscope Method, Deviation by a Plane Parallel Plate Lab 3 Reflection Reflection from Planar Surfaces, Im
11、age Parity, Periscopes, Kaleidoscopes, Signaling Mirrors Lab 4 - Prisms Deviation (Right Angle Prism, Porro Prism, Porro-Prism Combination, Amici Prism, Penta Prism, Dove Prism, Cube Corner) Lab 5 - Scanners Angle Doubling, Scan Patterns of Supermarket Scanners, Laser Printers, Laser Light Show Lab
12、6 - Ideal Imaging Pinhole Imaging, Lens Imaging, Image Quality, F-number, Depth of Focus Lab 7 - Thin Lenses Object-image Relationships, Method of Conjugates, The Spherometer, Double Pinhole Method, Autocollimation Lab 8 - The Eye Anatomy and Geometrical Optics of the Human Eye, Refractive Error, Li
13、ght Response, Accommodation, Blind Spot, Dissection of Animal Eyes Lab 9 - Thick Lenses I The Nodal Slide, Measurement of Cardinal Points Lab 10 - Gaussian ReductionThe Telephoto Lens Gaussian Reduction of Multiple-lens Systems, Cardinal Points using the Nodal Slide Lab 11 - Thick Lenses II Newtonia
14、n Distance, The Focometer Lab 12 - The Camera Lens Cardinal Points using the Nodal Slide, Relation to the Camera Body and Film Plane Lab 13 - RadiometryThroughput of the Camera Lens Throughput vs. F-number Fundamentals of Applied Optics Laboratory：课程指导学生学习搭建光学实验平台和进行测量使用的基本实验设备和技术；实验验证应用光学、几何光学和辐射度量
15、学的基本原理。修课学生每34人分为一个实验小组，每周安排3个小时的实验内容，进行实验之前要与助教预约时间和讨论实验方案的可行性。每周每小组撰写上一个实验的总结报告，并完成下一个实验的准备工作。具体实验内容包括：1. Orientation, mechanical measurementOrientation to lab, set up groupsCommon tools for measurements, error analysis2. Images, prisms, and mirrorsHandling cleaning, and mounting optical elementsImage formationProperties of windows, mirrors, prisms3. Thin lenses and alignmentTechniques for measuring focal length of thin lensesimaging and conjugatesautocollimationfocometerAngular measurement using an autocollimatorSystem alignment
