光学成像系统设计基础

课程编码：180208082703P3013H 英文名称：Fundamentals of the Optical Imaging System Design 课时：50 学分：2.50 课程属性：专业课 主讲教师：李明等

本课程为核科学与技术学院（工科）研究生的学科基础课。课程的开设主要基于以下两点工程技术需求：
1. 从基础应用的角度来说，核科学与技术中光学应用是非常重要的一个重要方向。装置的建设、发展与运行，需要有足够的基础光学知识。对于非光学专业的学生，该课程可为其开展工作奠定基础。
2. 从工程应用角度来说，大科学装置的建设和运行需要高顶尖的检测技术。光学技术与相关设备是非常重要的组成部分。光学检测技术的优势包括检测精度高，可以在复杂工况下开展实验测量等。了解掌握各类光学检测方法的工作原理，对于发挥光机设备的性能、解决工程技术问题必备的专业知识。

考虑到核科学与技术学院学生本科专业背景多样性的特点，本课程陈述与光学前沿技术密切相关的基本理论、实现方式方法。主要分成三个部分：（1）重新组织的光学基础知识，突出与工程应用密切相关的基本光学原理，包括几何光学与波动光学；（2）光学成像系统的理论与方法，光学成像系统具有独特的设计方法与评价体系，这些对于同步辐射束线光学、天文光学等大型系统的设计具有指导意义；（3）常用光学测量技术与方法，介绍基本的测量理论、测量方法，并给出各类常见的光学测量仪器。
作为工程技术类的课程，结合授课者的科研经历，本课程还安排一系列的演示实验，加深学生对技术应用的印象。同时结合当前工程上的应用，开放一些短小的研究性课题，形成研究兴趣小组，为下一阶段的研究工作做基本准备。

大学物理

第一章 几何光学基本定律与成像 2学时 杨福桂
第1节 几何光学的基本定律和原理
第2节 成像的基本概念与完善成像条件
第3节 光路计算与近轴光学系统
第4节 球面光学成像系统
第二章 理想光学系统 3学时 杨福桂
第1节 理想光学系统与共线成像理论
第2节 理想光学系统的基点与基面
第3节 理想光学系统的物像关系
第4节 理想光学系统的放大率
第5节 理想光学系统的组合
第6节 透镜
第三章 光学系统中的光阑与光束限制 2学时 杨福桂
第1节 光阑
第2节 照相系统中的光阑
第3节 望远镜、显微镜系统中成像光束的选择
第4节 光学系统的景深
第四章 光线的光路计算及像差理论 4学时 杨福桂
第1节 概述
第2节 光线的光路计算
第3节 轴上点的球差
第4节 正弦差和彗差
第5节 场曲和像散
第6节 畸变
第7节 色差
第8节 像差特征曲线与分析
第五章 光学系统的像质评价 4学时 杨福桂
第1节 瑞利判断与波前图
第2节 中心点亮度与能量包容图
第3节 分辨率与点扩散函数
第4节 星点检测法与点列图
第5节 光学传递函数评价成像质量
第6节 其他像质评价方法
第7节 光学系统的像差公差
第六章 镜头光学设计 6学时 杨福桂
第1节 PW形式的初级像差系数
第2节 薄透镜系统的基本像差参量
第3节 双胶合薄透镜组的基本像差参量与结构参数的关系
第4节 单薄透镜的P∞、W∞和C1与结构参数的关系
第5节 三片数码相机物镜优化设计实例
第6节 非球面镜头优化设计实例
第七章 光的电磁场理论 4学时 李明
第1节 光的电磁性质
第2节 光在电介质分界面上的反射和折射
第3节 光在金属表面的反射和折射
第4节 光的吸收、色散和散射
第5节 光波的叠加
第6节 光波的傅里叶分析
第八章 光的干涉和干涉系统 4学时 李明
第1节 光波干涉的条件
第2节 杨氏干涉实验
第3节 干涉条纹的可见度
第4节 平板的双光束干涉
第5节 平行平板的多光束干涉
第6节 现代干涉技术和干涉系统
第九章 光的衍射 4学时 李明
第1节 光波衍射的基本理论
第2节 菲涅耳衍射与菲涅耳波带片
第3节 典型孔径（矩孔，单缝和圆孔）的夫琅和费衍射
第4节 光学成像系统的衍射和分辨本领
第5节 多缝的夫琅和费衍射与衍射光栅
第十章 傅里叶光学基础 8学时 杨福桂
第1节 平面波的复振幅分布和空间频率
第2节 复杂复振幅分布及其分解
第3节 光波衍射的傅里叶分析方法
第4节 透镜的傅里叶变换性质和成像性质
第5节 相干成像系统分析及相干传递函数
第6节 非相干成像系统分析及光学传递函数
第7节 傅里叶（Fourier）变换光学系统
第十一章 典型光学系统 3学时 杨福桂
第1节 放大镜
第2节 摄影系统
第3节 变焦距光学系统
第4节 激光光学系统
第十二章 答疑课 3学时 杨福桂
第1节 答疑
第十三章 考试 3学时 杨福桂
第1节 考试

李明，中国科学院高能物理研究所研究员。
杨福桂，中国科学院高能物理研究所研究员。