第一篇：光學課程設2

光電子一班

董君

2006031029 光學課程設計

——開普勒望遠鏡的設計

姓名：學

號

：年級班級：指導教師姓名：論文完成日期：

張翔

光電子一班

董君

2006031029

目錄

總頁數：14頁 引言..............................................................................................................1 1.1 1.2 2

2.1 2.2 2.3 3

3.1 3.2 3.3 背景介紹............................................................................................1 設計目的............................................................................................1 望遠鏡的種類....................................................................................1 望遠鏡的常見參數............................................................................2 望遠鏡的一般結構............................................................................2 成像原理............................................................................................3 放大率定義........................................................................................3 外形尺寸參數設計與計算：............................................................4 3.3.1 已知參數：.................................................................................4 3.3.2 求解外形尺寸參數:....................................................................5 物鏡和目鏡結構的選取：..........................................................................6 4.1 物鏡....................................................................................................6 4.1.1 物鏡的選取.................................................................................6 4.1.2 物鏡組的主要參數.....................................................................7 4.2 目鏡....................................................................................................8 4.2.1 目鏡的選取.................................................................................8 4.2.2 目鏡組參數.................................................................................9 6 轉向系統的設計:.......................................................................................10 望遠鏡的初級相差設計（P-W設計）....................................................11 6.1 6.2 6.3 7 像差公式：......................................................................................11 系統光路圖......................................................................................11 伽利略望遠鏡系統簡介..................................................................11

望遠鏡介紹..................................................................................................1

開普勒望遠鏡..............................................................................................3

設計總結及心得體會................................................................................12

光電子一班

董君

2006031029 1 引言

1.1 背景介紹 望遠鏡是一種用于觀察遠距離物體的目視光學儀器，能把遠物很小的張角按一定倍率放大，使之在像空間具有較大的張角，使本來無法用肉眼看清或分辨的物體變清晰可辨。所以，望遠鏡是天文和地面觀測中不可缺少的工具。它是一種通過物鏡和目鏡使入射的平行光束仍保持平行射出的光學系統。

在日常生活中，望遠鏡主要指光學望遠鏡。但是在現代天文學中，天文望遠鏡包括了射電望遠鏡，紅外望遠鏡，Ｘ射線和伽嗎射線望遠鏡。近年來天文望遠鏡的概念又進一步地延伸到了引力波，宇宙射線和暗物質的領域。

光學望遠鏡通常是呈筒狀的一種光學儀器，它通過透鏡的折射，或者通過凹反射鏡的反射使光線聚焦直接成像，或者再經過一個放大目鏡進行觀察。日常生活中的光學望遠鏡又稱“千里鏡”。它主要包括業余天文望遠鏡，觀劇望遠鏡和軍用雙筒望遠鏡。

1.2 設計目的 1.了解望遠鏡基本結構、工作原理、及其種類。

2.利用應用光學知識，對望遠鏡的外形尺寸、物鏡組、目鏡組及轉像系統的簡易或原理設計。

3.了解光學設計中的PW法基本原理。望遠鏡介紹

2.1 望遠鏡的種類 1.折射望遠鏡

用透鏡作物鏡的望遠鏡。分為兩種類型：由凹透鏡作目鏡的稱伽利略望遠鏡；由凸透鏡作目鏡的稱開普勒望遠鏡。伽利略發明的望遠鏡在人類認識自然的歷史中占有重要 地位。它由一個凹透鏡(目鏡)和一個凸透鏡(物鏡)構成。其優點是結構簡單能直接成正像。一般為民用或兒童玩具用放大倍開普勒望遠鏡由兩個凸透鏡構成。由于兩者之間有一個數通常為 3～12倍。實像, 可方便 的安裝分劃板, 并且各種性能優良 , 所以目前軍用小型

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天文等專業級 的望遠鏡都采用此種結構。2.反射望遠鏡

用凹面反射鏡作物鏡的望遠鏡。可分為牛頓望遠鏡、卡塞格林望遠鏡等幾種類型。最早由牛頓發明, 沒有色差,，而且將凹面制成旋轉拋物面即可消除球差。凹面上鍍有反光膜,通常是鋁。反射望遠鏡鏡筒較短，而且易于制造更大的口徑, 所以現代大 型天文望遠鏡幾乎無一例外都是反射結構。3.折反射望遠鏡

在球面反射鏡的基礎上，再加入用于校正像差的折射元件，可以避免困難的大型非球面加工，又能獲得良好的像質量。比較著名的有施密特望遠鏡。

2.2 望遠鏡的常見參數 1.放大倍數

一般用目鏡視角與物鏡入射角之比作為望遠鏡放大倍數的標示，但通常用物鏡焦距與目鏡焦距之比計算，表示景物被望遠鏡拉近的程度，比如一具10倍放大倍數的望遠鏡表示用此望遠鏡觀察距觀察者1000米處的景物的效果，距觀察者不使用望遠鏡而直接在100米處肉眼觀察該景物的效果是一樣的。2.視場角（視場范圍）

用1000米處產品可視景物范圍標示，如126M/1000M，表示距觀察者1000米處，望遠鏡可觀察到126米范圍的視場。3.入瞳直徑 4.出瞳直徑

光線經過目鏡匯聚后，在目鏡后形成的亮斑的直徑。5.分辨率

分辨率就是屏幕圖像的精密度，是指顯示器所能顯示的像素的多少。6.黃昏系數

由德國蔡司光學公司發表。反映了不同口徑和放大倍率的望遠鏡在暗光條件下的觀察效能。計算方法：望遠鏡的倍率和口徑的乘積求開平方。7.視度范圍 8.光軸平行度 9.像傾斜

2.3 望遠鏡的一般結構

簡易天文望遠鏡由物鏡、物鏡鏡筒、目鏡、目鏡鏡筒等組成。最簡單 的望遠鏡由兩片鏡片組成, 物鏡為凸透鏡或凹鏡, 目鏡可以是凸透鏡, 也可

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以是凹透鏡。中央比邊緣薄的是凹透鏡, 用來糾正近視;中央比邊緣厚的是凸透鏡, 用來糾正遠視。開普勒望遠鏡 3.1 成像原理 原理由兩個凸透鏡構成（如圖1）。由于兩者之間有一個實像，可方便的安裝分劃板，并且各種性能優良，所以目前軍用望遠鏡，小型天文望遠鏡等專業級的望遠鏡都采用此種結構。但這種結構成像是倒立的，所以要在中間增加正像系統。

正像系統分為兩類：棱鏡正像系統和透鏡正像系統。我們常見的前寬后窄的典型雙筒望遠鏡既采用了雙直角棱鏡正像系統。這種系統的優點是在正像的同時將光軸兩次折疊，從而大大減小了望遠鏡的體積和重量。透鏡正像系統采用一組復雜的透鏡來將像倒轉。

圖1開普勒（Kepler telescope）望遠鏡光路示意圖:

3.2 放大率定義 1..垂軸放大率

代表共軛面像高和物高之比。2.軸向放大率

當物平面沿著光軸移動微小距離dx時，像平面相應地移動距離dx’,比例

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dx/dx’稱為光學系統的軸向放大率。3.角放大率

角放大率是共軛面上點A出發的光線通過光學系統后，與光軸的夾角U’的正切和對應的入射光線與光軸所成的夾角U的正切之比。

這三種放大率依次記為

由圖1開普勒（Kepler telescope）望遠鏡光路示意圖可求出望遠鏡系統的三種放大率為：

??＝-'?f1??'f1??＝-?...............................................................(1)f2?2?f2???＝?'???f??1???f2式中，f1',f2分別是和目鏡的焦距。由式可見，望遠鏡系統的放大率僅僅取決于望遠鏡系統的結構參數。4.視放大率：

望遠鏡系統的視放大率（又稱視角放大率）是遠處物體經系統所成的像對眼極限分辨角：

???tan?'睛張角?'的正切與該物體直接對眼睛張角?的正切之比。以表示公式為：

f1'tan??-f2...........................................(2)一定類型的目鏡,它的視場角2?'是一定的。增大視放大率?必須同時減少視場角2?。5.視角分辨率

望遠鏡的正常放大率應使望遠鏡能分辨的眼睛也能分辨。光學儀器的極限分辨角為，要求???60''?70''（人的眼睛的極限分辨角為60''）。

???tan?'tan??60''?...............................................(3)3.3 外形尺寸參數設計與計算： 3.3.1 已知參數：

1.鏡筒長度L?315mm 2.放大率Γ?20? 3.視場角2??3?20?

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3.3.2 求解外形尺寸參數:

1.目鏡的視場角2?'：

由公式（2）得：tan?'???tan??20?tan1.667

???30.202'??3012?'……………………………….（4）

?2?'?60?24?

2.望遠鏡的分辨率?：

由望遠鏡分辨率與視放大率關系式即公式（3）：

??60?''?6020''?3......................................................................（.5）''3.物鏡的通光口徑D：

物鏡的口徑取決與分辨率的要求，若使物鏡的分辨率與放大率相適應，望遠鏡口徑與放大率的關系滿足??D2.3，為減輕眼睛負擔，可取??(0.5~1)*D及D?(1~2)*?，這里系數取1.5，則:

…………………….……………..（6）

D?1.5??30mm4.出瞳直徑D'：

DD'???D?'D??3020?1.5mm.........................................................（7）

5.物鏡焦距f1'與目鏡焦距f2：

?L?f1’?f2?315?‘f1????20?f2??f‘?300mm1??..................................（8）?f2?15mm

6.視場光闌的直徑D視：

'視場光闌的直徑D視取決于物鏡的像高y物

y物＝f1?tan?D視?2y物?2?f1?tan?............................................................（9）?2?300?tan1.67?17.46mm''''

7.目鏡口徑D目：

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目鏡的視場角2??，以及出瞳直徑2Rz限制了目鏡的口徑，據此計算：

??tan??R目?Rz?lxD目?2*R目?2*(1.5?15.75?tan30?20?)...............................................（10）?21.334mm8.出瞳距lz：

孔徑光闌選在物鏡框上，軸外光束的主光線通過物鏡中心O，假定在目鏡組的投射高為R

?tan????tan(?)?tan(?)tan(?)''?RL'Rlz?lzL??L??L??31520?15.75mm..............................（..11）'?'lz?tan(?)tan(?)

9.目鏡的視度調節量：

x??f2x'2?5?1510002mm?1.125mm.........................(12)4 物鏡和目鏡結構的選取：

4.1 物鏡 4.1.1 物鏡的選取

為了克服色差引起的成像模糊和獲得較高的分辨率、較強的亮度，常采用雙膠合物鏡和雙分離物鏡。1.雙膠物鏡

雙膠物鏡（如圖2）是一種常用的消色差望遠物鏡，它結構簡單，制造方便，光能損失少采用不同折射率的冕牌玻璃和火石玻璃搭配而成，當合理選配時可同時校正球差，色差及正弦差。但由于熱膠合會產生玻璃變形而影響精度，一般口徑不宜超過80mm。雙膠合物鏡不能校正二級光譜，其值與焦距成正比，是個定

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值。又因為這種物鏡不能校正軸外像差，所以視場角不得超過8。～10。

圖2：雙膠物鏡

圖3：雙分離物鏡

2.雙分離物鏡

雙分離物鏡（如圖3）用于口徑較大的望遠鏡物鏡。由于可以利用正負透鏡之間的間隙設計，使帶球差有所降低，但色球差依然不能校正，二級光譜反而有所增大，其他像差校正與雙膠合透鏡雷同。但裝備稍困難一些，對物鏡框的要求高一些。它和雙膠合物鏡比有如下優缺點：

a)光能損失比雙膠能物鏡大些；

b)適應于直徑加大的情況，雙膠合物鏡因受膠層應力和脫膠的影響，直徑不宜超過100mm,而雙分離物鏡沒有這種限制。

c)雙分離物鏡裝配對困難，使用中也容易尚失共軸性。

4.1.2 物鏡組的主要參數

1.等效焦距f1' 2.相對孔徑Df' 3.視場角2?

物鏡選取經計算所得的物鏡組參數為： 等效焦距f1'?300mm

相對孔徑 Df1'?30300?110 視場角2??3.33?

望遠鏡物鏡的結構型式主要有6種，雙膠合透鏡適用的光學特性和特點主要有：

視場為2??10?

不同焦距適用的最大相對孔徑為：

501;30031;1501;100064110計算所得參數正好滿足雙膠合物鏡的各項指標，故選用雙膠合物鏡作為此望遠鏡的物鏡.第7頁

4.2 目鏡 4.2.1 目鏡的選取

1.惠更斯目鏡（H或HW）

由二片分離的同種牌號玻璃的平凸透鏡組成，兩凸面皆朝向物鏡（如：圖4）。較大透鏡的焦距近似于較小透鏡的三倍。此類目鏡消除了彗差，倍率色差，像散也很小，但球差和位置色差還較大。像場非常彎曲，向眼睛這一邊突出，因此視場角較小，僅為250～400。由于目鏡的第一主焦點在二塊透鏡之間，故不能安裝十字或分劃板，不能作為測微目鏡。此類目鏡容易制造，價格低廉，但眼睛必須很靠近接目鏡而不方便，在望遠鏡中不常用。

將惠更斯目鏡的場鏡不用平凸透鏡而改成彎月形透鏡，不僅使場曲有所改善，有效視場可增至50*，這種目鏡常用于一般折射望遠鏡中。

圖4惠更斯目鏡

圖5冉斯登目鏡

2.冉斯登目鏡（R或SR）

此類系統目鏡特別適用于小型望遠鏡使用。由于它僅由二片同種光學材料制成，且有一面是平面，二凸面相對而置（如：圖5），價格則比較便宜，也容易制造。此目鏡沒有畸變，但有色差。因為球差小，且視場光欄在目鏡的場境前，因此可以作為測微目鏡和導引目鏡。此目鏡的場鏡平面離視場光欄甚近，場鏡平面上的小點及灰塵都能在接目鏡上看到。視場的視尺寸約250～400。

兩鏡片可取完全相同的材料及尺寸，每片的焦距為f'=4/3×f（f為目鏡焦距），鏡片的一面是平面，另一面的曲率半徑R＝(n-1)×f'。此式中n為所選取光學玻璃的折射率，一般采用K9玻璃，可取np＝1.5163（nD是波長為5893A時的折射率）。而二片鏡片之間的間隔d＝2/3×f'（d為二球面頂點間的距離）。3.凱涅爾目鏡（K）

一種改進型的冉斯登目鏡，二片組成的接目鏡及雙凸透鏡作為場鏡（如：圖6）。它能校正倍率色差，同時也減小了位置色差、像散和畸變。視場角大于400，可達500。此目鏡系統在天文望遠鏡中普遍采用，特別適用于低、中倍率。

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圖6凱涅爾目鏡

(a)

(b)

圖7對稱目鏡

4.對稱目鏡

由兩個雙膠合組構成的物鏡（如圖：7）。隨著兩透鏡組相對位置的不同，可以分為如（a）和(b)所表示的兩類。圖（a）形式的物鏡可以增大相對孔徑達到1：2.5~1：3;圖（b）形式的物鏡可以增加視場。例如，相對孔徑為1：5時視場可以達到300

圖8無畸變目鏡

圖9愛勒弗廣角目鏡

5.無畸變目鏡

采用四片組結構，由一塊三膠合透鏡和一塊平凸透鏡組成，其中三膠合透鏡中間的一塊為負透鏡（如圖：8）。阿貝無畸變目鏡能夠很好地消除球差、色差，還消除了畸變，視場約為40-45度，特別適用于高倍率的觀測，如觀察行星的表面。這種目鏡是由德國物理學家恩斯特·阿貝于1880年發明的。6.愛勒弗廣角目鏡

1917年研制成功，是專門為需要大視場的軍用望遠鏡設計，是其后所有廣角目鏡的鼻祖，結構為5片三組，視場高達60-75度（如圖：9）。非常適合觀測深空天體，由于邊緣存在像散，所以不太適合高倍設計，其在低倍時的表現是非常出色的。

4.2.2 目鏡組參數

經計算所得的目鏡組參數

?15mm 1.等效焦距f‘目2.相對孔徑 D'f1'?1.515?110

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3.視場角2?‘?60?24'

''4.相對出瞳距離：lZf1?15.7515?1.05

以上參數基本滿足愛勒弗廣角目鏡。故這里選用愛勒弗廣角目鏡作為望遠鏡目鏡。轉向系統的設計: 對于開普勒望遠鏡，放大率為負值，系統成倒立的像，所以，要成正立的像，就必須在系統中加一個轉向系統，由一組棱鏡構成，實現轉像有兩種結構的棱鏡，porro棱鏡和roof棱鏡。porro棱鏡的優點是結構簡單，透光率高，成像質量好，但望遠鏡體積偏大。為了克服這個缺點，可以采用反向porro棱鏡轉像，不過又帶來了新的問題，物鏡的口徑偏小，不適合低照度環境下使用。roof棱鏡的最大優點是采用它之后望遠鏡的體積可以做得最小，望遠鏡的重量也隨之下降，但是這種棱鏡結構復雜，而且透光率比porro棱鏡低5%，需要鍍相位膜，所以要做個優質roof棱鏡望遠鏡，要付出很大代價。

第10頁 望遠鏡的初級相差設計（P-W設計）

6.1 像差公式： ?球差和數SI??hP???(1)?彗差和數S???hz?J?W???(2)?2?hzhz2像散和數S?P?2J??h?hW?J?????(3)???2 像彎和數SIV?J??????(4)?32?hzhzh?畸變和數SV??2P?3J?2W?J2?z?(3??)???(5)hhh?2?位置色差和數SIC??hC???(6)?倍率色差和數S?C??hhzC???(7)?由初級像差直接求解薄透系統的結構參數，大體步驟如下：

已知的外部參數?,h,hz,J代入，列出只剩下各個透鏡像差特性參數P,W,C的初級像差方程組并求解。由P,W,C求各個透鏡組的結構參數。

6.2 系統光路圖 6.3 伽利略望遠鏡系統簡介 伽利略發明的望遠鏡在人類認識自然的歷史中占有重要地位。它由一個凹透鏡（目鏡）和一個凸透鏡（物鏡）構成。光線經過物鏡折射所成的實像在目鏡的后方（靠近人目的后方）焦點上，這像對目鏡是一個虛像，因此經它折射后成一放大的正立虛像。伽利略望遠鏡的放大率等于物鏡焦距與目鏡焦距的比值。其優點是鏡筒短而能成正像，但它的視野比較小。但自從開普勒望遠鏡發明后此種結

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構已不被專業級的望遠鏡采用，而多被玩具級的望遠鏡采用，所以又被稱作觀劇鏡。

伽利略望遠鏡結構圖和成像圖： 設計總結及心得體會 設計性實驗的關鍵是方案的選擇 ,核心是設計 ,目的是將已掌握的知識應用于具體實踐中 ,通過對光學望遠鏡實驗裝置的設計 ,使我們在這幾方面都得到初步訓練。設計過程中，重新學習了光學的有關內容，加深了對知識的理解。3 學到了基本的光學工程設計的流程，從外形尺寸的計算到光學零件結構的選擇，及相差的設計等。對望遠鏡等光學系統有了整體的認識，熟悉了光學系統設計的基本的指標參數，如分辨率，相對孔徑及相差等。

由于對專業的設計軟件不熟悉，作圖是用的word的基本作圖工具所作，不是很專業。

由于設計性實驗的靈活性 ,學生的自由空間大 ,課堂氣氛活躍 ,又充分調動了學生學習的熱情和主動性 ,更激發了作實驗的興趣 ,學 生普遍反映這樣的實驗選題好 ,對以后的畢業論文設計和科研能力一定會有幫助 ,希望今后多開設些此類實驗。

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第二篇：《工程光學課程設計》課程簡介

《工程光學課程設計》課程簡介

一、課程基本信息

課程代碼：0807908007

課程名稱：工程光學課程設計

英文名稱：Course Project of Engineering Optics

學分：1總 學 時：1周講課學時：實驗學時： 1周上機學時： 0課外學時： 0

適用對象：光電信息科學與工程專業學生

先修課程：大學物理、高等數學、工程光學

開課單位：通信工程學院

二、課程內容與教學目標

本課程是學完《工程光學》課程之后，讓學生綜合運用工程光學知識，進行光學系統的設計，以加深對工程光學基本知識的理解，對教材內容有一個系統的全面的認識。在課程實驗的基礎上，進一步提高綜合應用知識、分析解決問題的能力，達到將理論知識和實踐初步結合的目的。

三、對教學方式、實踐環節、學生自主學習的基本要求

1、學習對基本的光學元件的特性和功能進行測試；

2、初步掌握簡單組合光學系統的設計；

3、撰寫規范的設計總結報告，培養嚴謹的作風和科學的態度。

四、考核方式與學習成績評定（請注明平時成績、考試成績、實驗成績等各部分占比）

1、考核方式：根據考勤、設計、答辯驗收、報告撰寫情況綜合評分

2、成績評定：書面設計和設計總結報告的綜合成績25%；完成設計、完整的結果數據60%；創新能力 5%；態度和紀律10%

最終成績分優秀、良好、中等、及格和不及格五檔。

第三篇：c++課程設心得

C++課程設計心得體會

短學期的課程設計是一次非常珍貴的機會，這是一次可以讓我們所學的理論 與實際相結合的機會。我們選擇了成績統計系統這一題目。通過這次比較完整的一個程序的設計，我走出了純理論的學習，從一種全新的角度去學習。并且在小團隊實現的過程中，除去知識的大量更新，我學到了很多東西。

其實個人而言，我體會較深的一點是團隊互相幫助學習的過程，自己看書學習的經驗，以及從網上以及其他各種途徑獲得信息和知識的經驗。理論與實際相結合的設計，鍛煉了我綜合運用所學的基礎知識，解決實際問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、對程序整體的把握等其他能力水平。而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，我的各方面經驗都得到了極大的豐富。同組的同學有著很強的C++實力，在進行編程的過程中，我向她學到了c++的很多知識，交流中也總結出比書本上更精髓生動的語言。在自己琢磨c++各種陌生知識的時候，隊友的耐心與任性，對于知識的渴求，對于工作的專注，極大程度上鼓舞了我。我們在交流中，迸發出了很多設計靈感，互相建議改進的過程中，我們分別從各個方面共同改進著，這個已經不能僅僅稱作課程設計的作品。從知識獲得方面來說，各種已經學習到的C++知識以及各種從網上搜索來的案例，我們都是隨著設計的不斷深入而不斷熟悉的。和老師以及同學的溝通交流更使我對程序整體的規劃與設計有了新的認識，也對自己提出了新的要求。

提高是有限的但提高也是全面的。正是這一次設計讓我積累了許多實際經驗。也必然會讓我在未來的工作學習中表現出更高的耐力、理解力、實踐力。順利如期的完成本次課程設計給了我很大的信心，但是也為我指出很多不足的地方。學習其實就是一個不斷完善的過程，正視自己的不足之處。在以后的工作和學習中不斷的彌補這些不足之處，在以后的生活中也要保持同樣的態度，不斷地完善自己。

為期一周不到的MFC課程設計就要這樣畫上一個句號了。從這不長不短的四周中，我獲得了知識，學到了研究的堅持與韌性，這一周不僅僅是交出了一份作業，還對自己有了新的認識。

C++課程設計心得體會

“課程設計是培養學生綜合運用所學知識、發現、提出、分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環節，是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程。”在這次課程設計的過程中，我深深地體會到了理論與實踐結合的過程，當實踐成功時的成就感，從整個過程中我受益匪淺。

從確定了題目，一直到完成整個大作業，在整整一周的日子里，我學到很多的東西。不僅可以鞏固了以前所學過的知識，并且發掘了很多在已有的書本上所沒有的知識。在設計的過程中遇到問題很平常，從沒見過的、沒有任何頭緒解決的、第一次做的、問題都肯定是難免。而解決這些問題的過程，給我帶來了極大的收獲。除去知識上的自我完善，同時在設計的過程中發現了自己的不足之處，完善自身的不足，也是這次課程設計給我帶來的很大的收獲。短學期課程設計我們小組選擇了成績統計系統的題目。在已有的C++知識基礎上，大量的MFC新知識只能從書籍和網絡中獲得，這個過程中，我的自學能力和研究能力得到了極大地提高。通過這次課程設計，我懂得了理論與實際相結合是很重要的，理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，把知識變成自己的，這樣才能提高自己的能力。獨立思考的能力，學習的能力，動手實踐的能力等等。至今我感慨頗多的應當是一些難以查出的錯誤，編譯時查不出的錯誤，其被發現時很可能只是位置的錯誤，僅隔數行，這些微小的信息卻極大地影響了整體的效果。這不僅存在于一個程序之中，因而我對于生活中的細節也有了改觀，對于整體和局部的觀念也有了更多的見解。在課程設計過程中，我還感受到了來自于同學小組間交流“頭腦風暴”給作品帶來的極大改變，向老師及時咨詢也為我們的作品帶來了極大的幫助。轉眼已經是周末，我們的課程設計結束了，但是它留給我的東西恒久有效。不論是已經屬于我的知識，還是它帶給我的能力，都使我在各個方面得到了自我完善。我們學習的目的就在于實踐，這次實踐的過程給我帶來了極大的收獲，將成為我學習生涯中一次獨特的經歷。

第四篇：2012《統計光學》研究生課程考試試題

一、簡答題

（1）維納-辛欽定理及其重要作用；

（2）平穩隨機過程與各態歷經隨機過程；

（3）單模激光光強的一階統計特性及不同工作閾值對激光統計特性的影響；

（4）給出光波相干時間、相干長度和復相干度的定義。

（5）范西特-澤尼克定理。

?1?

二、已知隨機變量 U?cos?，V?sin?, 且P(?)??????0證明：U與V互不相關。??2其它????2

三、試證明：偏振熱光瞬時光強的標準偏差等于瞬時光強的均值，也等于偏振熱光振幅方差的二倍。

四、敘述交叉譜純及其成立的條件，并證明其成立的條件。

五、窄帶光時變相位復矢的場解析信號為ui?p,t??Ai?p,t?e光波的時間延遲為??x,y?21?j2t，其穿過薄透明物體?x,y?處n?x,y??n?d?x,y??，設由物體產生的時間延遲差比光的相干時?c間小得多。請導出入射互強度與透射互強度的關系。

六、推導有隨機相位屏系統的平均光學傳遞函數，并說明其物理意義。

第五篇：幾何光學課程教學改革與實踐

幾何光學課程教學改革與實踐

摘 要：針對學生實際和課程的發展，在幾何光學教學中，根據教學內容的取舍、數學處理的詳略、科學素質的培養和多媒體的使用等進行了研究和實踐探索，取得了較好的教學效果。

關鍵詞：幾何光學；教學；改革

Educational reform and practice in geometrical optics

Yue Baowang，Gao Yan

Xinzhou Teachers University，Xinzhou，034000，China

Abstract： Against the circumstance of the students and the development of the course，study the choice of the teaching content，the treatment of mathematics，the training of scientific literacy and the usage of multimedia.And get better results in teaching.Key words： geometrical optics； teaching； reform

幾何光學是光學中以光線概念為基礎，研究光的傳播和成像規律的一個重要分支。幾何光學發展歷史長，理論完善，其結論在許多情況下符合實際，在日常生活和生產實際中有著廣泛的應用。幾何光學作為師范類物理專業的一門必修課，對未來中學物理教師的培養有著重要的作用。但由于該課程內容理論性較強，概念比較抽象，數學處理方法較難，再加上課時緊任務重，因而要深入學習比較困難。近幾年，我們針對該課程教學中存在的問題，主動適應基礎教育新課改的需要，為培養合格的中學物理教師，不斷進行教學方法的改革與實踐，總結出一套較適合幾何光學課程的教學方法。幾何光學課程教學內容的改革與實踐

課程的內容體系，是提高課程教學質量和實現教學目標的核心和基礎。因而我們首先對幾何光學課程內容從以下幾個方面進行了改革與實踐。

（1）在保證幾何光學基礎內容和自身體系基本完整的前提下，刪除與初、高中重復的內容和對后續課程關聯不緊密的內容以及與培養目標相去甚遠的內容[1-2]，例如：在幾何光學的基本原理一章中刪除光的直線傳播定律、光的反射定律、平面反射成像、理想光具組中共軸球面系統的組合、厚透鏡、薄透鏡組合和近軸光學中的矩陣方法等；在光學儀器的基本原理一章中刪除人眼的結構、幻燈機和投影機的原理、像差等內容；壓縮和簡化了平面折射成像、全反射、三棱鏡、薄透鏡作圖求像（利用主光軸和過焦點的光線）、光學儀器的分辨本領等內容。以上做法為增加幾何光學研究新成果和熱點內容的介紹贏得了時間，創造了有利條件。

（2）用有關幾何光學的應用研究成果，充實幾何光學部分應用內容，同時重視內容的科學組織，增強幾何光學自身的邏輯性和系統性，側重理論聯系實際。如講授光學纖維時介紹其歷史和典型的應用；講到棱鏡時，對棱鏡光譜儀分光的定量測量的成果做適當介紹；講授薄透鏡時，介紹薄透鏡在光學儀器中的應用，尤其是進行最新研究成果的介紹；在理想光具組的基點基面中講授節點時，增加照相機中轉機的介紹，增強學生對節點概念的認識和對理想光具組理論的理解；講授顯微鏡時，結合實際介紹電子掃描顯微鏡；介紹近視眼矯正時，理論聯系實際應用，簡要說明如何配眼鏡。使學生感受到課程與日常生活實際的聯系，提高學生的學習興趣。

（3）教學過程中結合教學內容，適時介紹幾何光學研究的熱點、重大發現和進展，激發學生對幾何光學的學習興趣。如講授光導纖維時，特意說明：現有傳輸總容量達到17.32 Tb/s，相當于2.1億對人在一根光纖上同時通話。如講授望遠鏡時，講明最先進的望遠鏡早已經不是哈勃望遠鏡了，夏威夷的凱克天文臺是目前最好的望遠鏡（擁有兩座世界上口徑第二大的光學近紅外線望遠鏡―凱克望遠鏡，口徑10米，僅次于西班牙口徑10.4米的加那利大型望遠鏡）。講到顯微鏡時，介紹目前最好的顯微鏡的放大倍數和最高的分辨本領，即最先進的掃描隧道顯微鏡放大倍數為3億倍，分辨率可達0.1埃。同時介紹我國1979年研制成分辨本領為0.3納米的大型電子顯微鏡，中科院北京電鏡實驗室和大連理工大學研制的中國第一臺光子掃描隧道顯微鏡，增加學生的民族自豪感，激發學生的學習積極性和主動性。恰當處理教材中數學推導繁和難的問題

數學對于物理專業的學生來講，是不可或缺的工具，但由于一些學生數學基礎較差，部分學生對數學推導興趣不高，因此，如何在有限的學時內，使學生較好地掌握用數學處理幾何光學問題的方法，是教師在幾何光學教學中面臨的重要問題，這直接關系到光學課程的教學質量。對此我們將幾何光學中的不同內容，從物理教學實用的角度出發，加以深刻研究，開展數學與幾何光學教學內容的優化整合。

如講授由費馬原理導出幾何光學的實驗定律（反射定律和折射定律）時，我們用簡單明了的取極小值定性說明而非用嚴格數學推導，拋開相對煩瑣的數學推導，用理性的理解取極值的含義，通過實例來證明費馬原理取極大值、極小值和常數3種情形下的正確性而非嚴密推導。在導出單球面反射和折射成像公式中，只需用費馬原理光程取極值再加近軸條件導出其單球面反射物像公式即可，而單球面折射成像公式也不必進行數學推導。在講授光源在較近或較遠時的聚光本領時，不進行數學推導過程，而只對結論進行必要的闡明和理性分析。棱鏡光譜儀和光柵光譜儀的角色散率和色分辨本領也不做嚴格的數學推導，僅簡述導出過程且對結論進行基本的探討和說明。這樣處理使大多數學生能正確理解光學知識，從而避免枯燥的數學推導，提高了學生的學習興趣。注重培養學生的科學素質

在光學課程教學改革中，我們把以知識學習為主轉變為以科學素質教育為主，著眼于培養敢于創新、善于思索的21世紀未來中學物理教師，著重培養學生的創新精神和自主學習的能力，從強調依靠教師“教會”，轉變為注意引導學生“學會”，并使學生“會學”[3]。為此，在改革中還要注意吸收利用近年來教學研究新成果，反映光學研究最新動態，通過這些知識的傳授提高學生的科學素質和能力，為學生知識、能力、素質協調發展創造條件。

如在幾何光學作圖求像中，學生對薄透鏡作圖求像中熟悉的一條特殊光線是過透鏡中心的光線不改變傳播方向這一規律，而在單球面反射和折射作圖求像中引導學生找到過哪點的光線符合類似的規律，進一步在薄透鏡利用副光軸和焦平面作圖求像中，如何用過透鏡中心光線（副光軸而非主軸）實現作圖求像。又如通過單球面反射的橫向放大率，分析成像的性質，包括像的大小、正倒立和虛實。分析中強調根據橫向放大率的基本定義式β=―y'/y[4]可方便判定像的大小、正倒立，根據單球面反射的橫向放大率公式β=―s'/s可方便判定像的大小、虛實，而在單球面折射成像中利用根據橫向放大率的基本定義式和單球面折射的橫向放大率具體公式，再考慮到折射的實際光線是區別于反射，不難根據橫向放大率表達式確定成像的性質，進一步根據薄透鏡橫向放大率表達式也能判斷其成像性質。在幾何光學中若要近似成像，必然要用到近軸光線條件，即光線與主軸的夾角很小，滿足u≈sinu≈tgu，在單球面反射成像中要用到，同樣單球面折射中也要用到，并且在導出助視儀器的放大本領、分辨本領時用到，應該引導學生注意到這一條件的變化情況，在直角三角形中直角邊長近似等于斜邊長，且在有關的公式推導中會自己使用。發揮多媒體教學的優勢

應用多媒體教學可使課堂教學內容更加形象化，增強生動性[5]。由于幾何光學中光路圖特別多，尤其是在講授光學元件的多次成像、目鏡原理、顯微鏡工作原理時光路圖較為繁雜，若教師采用板書畫圖或者掛圖進行講解，必然會消耗時間太多，教學效率低且形式單一缺乏生動性。因此，我們注重使用多媒體教學，將需要講解的光路圖以動態（聲音、圖形、動畫等）形式展示給學生，讓學生看到類似于真實光線的行進，將較為抽象的理論概念，以直觀形象的形式展現給學生，激發學生的學習興趣，提高學生學習的主動性，使學生理解并掌握光的傳播規律。同時在使用多媒體教學中，教師還要多關注學生的學習表情，隨時根據學生對知識的接受情況，調整授課速度，尤其是調整多媒體課件的播放速度。當部分學生有不理解的情況時，應適當放慢多媒體播放的速度并配合板書以求學生聽得懂看得清能理解。另外，我們將多媒體教學與適當的板書講解有機結合，如針對講授的重點或者難點內容，輔以板書，特別是光學有關公式的推導演繹。板書的形式能讓學生看得更直觀明了。結束語

在幾何光學的教學中，我們進行了一些改革探索，取得了一定成績，但幾何光學課程的教學改革和實踐還處于初級階段，有待進一步深入研究和實踐。

參考文獻

[1] 吳現成.光學課程教學改革初探[J].高等理科教育，2001（4）：35-38.[2] 鐘金鋼.21世紀普通物理光學教學改革思路研究[J].中山大學學報論叢，2002，22（1）：120-122.[3] 王秀琳.光學教學改革的探索與實踐[J].集美大學學報：教育科學版，2006，7（2）：75-77.[4] 姚啟均.光學教程[M].北京：高等教育出版社，2009.[5] 李辛毅.光學課程教學中多媒體應用的實效性研究[J].滁州學院學報，2009，11（3）：74-75.