应用光学课程授课教案
院 系 | 理学院物理系 | 周数、课次 | 第13周、第19次 |
姓 名 | 郜洪云 | 时间、地点 | 2016.5.17、新2-410 |
教 具 | PPT、教案、激光笔等 | 授课方式 | 多媒体、讲授、板书结合 |
授课章节 | §8. 4-8.6 | 授课时间 | 90分钟 |
授课对象 | 光1401-03 | 参考教材 | 《应用光学》第四版，李林主编 |
教学目标 | 2、理解分辨率的含义； | ||
教学重点 | 1、各类理想光学系统的分辨率； 2、光学传递函数在评价像质中的应用。 | ||
教学难点 | 1、光学传递函数。 | ||
教学手段 | 1、课前复习：课堂前以问答的方式随机提问部分同学，检查同学上次的掌握程度，复习的同时为本次课堂内容奠定基础； 2、课堂讲授：在充分备课的基础上深入浅出讲授课堂内容，引导学生逐步理解课程的重点和难点，让学生掌握基本定义、基本理论、基本方法和主要应用； 3、思考练习：课堂上有选择性地引出一些思考题和练习题，主要以互动的方式启发学生，通过练习以掌握课程的基本内容以及重点和难点； 4、课外指导：将相关的网络资源及时介绍给学生进一步扩展学生的知识面。 | ||
教学过程 | 1、知识点回顾：5分钟 2、波像差：15分钟 3、分辨率：25分钟 4、光学传递函数：40分钟 5、总结：5分钟 | ||
主要教学内容 | 主要教学活动 |
知识点回顾： 1、介质的色散和光学系统的色差 2、轴上像点的单色像差—球差 2、轴外像点的单色像差 8.4 波像差 一、波像差 1、定义
波像差：实际波面和理想波面之间的光程差 波色差：F光和C光波面之间的光程差 2、不同几何像差对应的波像差 二、用波像差评价系统的像质 一般认为最大波像差小于四分之一波长， 则系统质量与理想光学系统没有显著差别， 称为瑞利准则 它是评价高质量光学系统的一个经验标准
思考题：光学设计软件中的P-V具体表述什么含义？ 8.５ 理想光学系统的分辨率 一、理想光学系统的分辨率 无像差、成像符合理想成像的光学系统所能分辨的最小间隔称为理想光学系统的分辨率 实际光学系统的分辨率和理想光学系统的分辨率的差为衡量成像质量的标准 在光束的汇聚点附近,几何光学误差很大，光必须当作电磁波，即用物理光学方法研究 中央亮斑为物点通过理想光学系统的衍射像
实验证明两个像点间刚好能分辨的最短距离等于中央亮斑的半径R，即理想 光学系统的衍射分辨率公式： 强度曲线上极大值和极小值之差与二者之和的比值称为对比度K 两物点的衍射光斑，其中一个的中央极大恰与另一个的第一极小相重，则认为这两物点恰可分辨，称为瑞利判据。 使用瑞利判据的条件： 系统的像差得到充分校正 被成像的两光源点须是不相干的 两光源的频率、强度相差不大 二、光学系统分辨率的表示方法 1、望远镜分辨率
2、照相系统分辨率
R为像平面上刚被分辨开的两个像点间的最短距离
N为照相物镜的分辨率 即N为每毫米能够分辨的线对数 F数（光圈数）越小N越大，分辨率越高 3、显微镜物镜分辨率
增大NA可提高分辨率 思考题：数值孔径越大进入系统的光能量越多的原因是什么？ 8.6 光学传递函数 一、光学传递函数 1、余弦基元
空间圆频率ω=2π/p; 空间频率μ=1/p（lp/mm） 由若干空间频率为ω、3ω、5 ω···，振幅为1、-1/3、1/5 ···，初位相均为零的余弦函数合成。 一般把这些余弦函数称为原函数的余弦基元 把物面图形分解成余弦基元研究光学系统的像质，就是光学传递函数理论的基本出发点 设物平面输入的余弦基元为： 其空间频率为μ，周期为p，振幅为a，初相位为零 物面图形的对比度为： 像面上相应输出的余弦基元为： 其空间频率为μ´ ，周期为p´ ，振幅为a´ ，初相位为零 物面像面两余弦基元的周期和空间频率： ２、光学传递函数 像面图形的对比度为： 物面像面的对比度K之比称为光学系统对指定空间频率的对比(振幅)传递因子，如下： MTF(μ)称为振幅传递函数 物面和像面两余弦基元的初相位之差θ称为相位传递因子ＰTF(μ) ：
ＰTF(μ)称为相位传递函数 振幅传递函数和相位传递函数统称为光学传递函数ＯTF(μ) 决定成像质量的主要是振幅传递函数 思考题：决定成像质量的主要是振幅传递函数？ 光学系统是一个只能通过较低空间频率余弦基元的低通空间滤波器 不同视场下的传递函数曲线为
实际系统分辨率由系统和接收器共同决定 探测器的截止频率为 空间频率 课外探索：利用光学设计软件仿真任意系统的波前像差和光学传递函数曲线，并学会查看分析。 | 1、 上课前先回顾上次课的遗留知识点，以提问为主； 2、 板书归纳几何像差的种类，分别提问其定义及关键问题；
3、提问光程差和色差的定义；
4、对照图强调瑞利准则的定义和评价中的判断方法；
5、重点强调几何像差不适用所有情况，有时必须用物理光学方法分析像差才能准确，即引入分辨率方法；
6、对照图说明刚好能分辨时两像间的距离等于中央亮斑半径；
7、强调瑞利判据和瑞利准则的不同；
8、结合图逐步推出望远镜分辨率的公式，并引导学生增大D可提高望远镜的分辨率或分辨能力；
9、结合图逐步推出照相机分辨率的公式N，并引导学生减小F数可提高照相机的分辨率；
10、结合图逐步推出显微镜分辨率的公式σ，并引导学生增大NA可提高显微镜的分辨率；
11、由周期矩阵函数引入余弦基元的概念；
12、强调光学传递函数理论的基本出发点；
13、由图推导出对比度公式；
14、解释物面像面两余弦基元的周期和空间频率和垂轴放大率的关系；
14、介绍光学传递函数包括振幅和相位两种，重点强调决定成像质量的主要是振幅传递函数；
15、对照图仔细说明光学传递函数曲线包括子午面上和弧矢面上的，并且是不同视场下的传递曲线，必要时板书视场的概念；
16、重点说明探测器的截至频率计算公式；
17、让学生在课外完成课外探索内容，并给学生提高软件下载地址，并总结本次课的重点、难点问题。 |
教学反思 |
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