Теория оптических приборов

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

«УТВЕРЖДАЮ»:

Проректор по учебной работе

_______________________ //

__________ _____________ 2011г.

ТЕОРИЯ ОПТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ

Учебно-методический комплекс

Рабочая программа для аспирантов специальности 01.04.05 Оптика

«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:

Авторы работы _______________//

«___»___________2011г.

Рассмотрено на заседании кафедры микро и нанотехнологий

«___»___________2011 г., протокол №____.

Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.

«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:

Объем _________стр.

Зав. кафедрой _______________//

«______»___________ 2011 г.

Рассмотрено на заседании УМК ИМЕНИТ

«____»______________ 2011 г., протокол №____.

Соответствует ФГТ к структуре основной профессиональной образовательной программы послевузовского профессионального образования (аспирантура).

«СОГЛАСОВАНО»:

Председатель УМК _________________/ /

«______»_____________2011 г.

«СОГЛАСОВАНО»:

Начальник отдела аспирантуры _____________/ /

«______»_____________2011 г.

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт математики, естественных наук и информационных технологий

Кафедра микро - и нанотехнологий

ТЕОРИЯ ОПТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ

Учебно-методический комплекс

Рабочая программа для аспирантов специальности 01.04.05 Оптика

Тюменский государственный университет

2011

. Теория оптических приборов. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для аспирантов специальности 01.04.05 Оптика. - Тюмень, 2011, 8 стр.

Рабочая программа составлена в соответствии с ФГТ к структуре основной профессиональной образовательной программы послевузовского профессионального образования (аспирантура).

Рабочая программа дисциплины (модуля) опубликована на сайте ТюмГУ: Теория оптических приборов [электронный ресурс] / Режим доступа: http://www. *****., свободный.

Рекомендовано к изданию кафедрой микро - и нанотехнологий. Утверж­дено проректором по учебной работе Тюменского государственного универ­ситета.

ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: зав. кафедрой микро-и нанотехнологий, д. ф.-м. н., профессор

© Тюменский государственный университет, 2011.

© , 2011.

Пояснительная записка.

Дисциплина "Теория оптических приборов" чи­та­ет­ся в 1-м семестре.

Цель дисциплины - углубленное изучение теоретических и методоло­ги­чес­ких основ со­в­ре­мен­ной теории оптических приборов и систем.

Основные задачи дисциплины - изучение разделов: геометрическая опти­ка, принцип Ферма, линзы, зеркала, диафрагмы; монохроматические аберрации; хроматические аберрации; аберрации типовых оптических систем; оптические инструменты; микроскопы; глаз как оптическая система.

Место дисциплины в структуре программы подготовки аспиранта. Курс "Теория оптических приборов" базируется на следующих общих мате­ма­ти­чес­ких и естественно-научных дисциплинах: молекулярная фи­зи­ка, элек­тричество и маг­не­тизм, оптика, физика атома, атомного ядра и элементарных частиц, ма­те­ма­ти­чес­кий анализ, диф­фе­рен­ци­аль­ные урав­не­ния, линейная алгебра. Освоение дисцип­ли­ны "Теория оптических приборов" необходимо для последующего изу­чения дисциплин «Прикладная спектроскопия», «Люминесценция и фото­химия», «Молекулярная спектроскопия».

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

знать: основные законы и положения гео­мет­ри­чес­кой оптики, паракси­аль­ное приближение, векторные и матричные методы в прикладной оптике, асимптотическое решение волнового уравнения, уравнение эйконала, принцип Ферма, виды аберраций, типы и основные характеристики оптических при­боров, устройство, разрешающую способность и полезное увеличение микро­скопов, основные параметры глаза как оп­тической системы.

уметь определять основные характеристики оптических систем и при­боров;

владеть методикой расчета аберраций типовых оптических систем.

Структура и трудоемкость дисциплины.

Семестр 1. Форма промежуточной аттестации: зачет. Общая трудо­ем­кость дисциплины составляет 3 зачетных единицы (108 часов).

Тематический план Таблица 1.

№	Тема	Виды учебной работы и самостоятельная работа, в час.	Из них в интерак­тивной форме, час	Итого часов по теме
Лекции	Семинарские (практические) занятия	Лабораторные занятия	Самостоятель­ная работа
1	2	4	5	6	7	8	9
	Модуль 1
1.1.	Геометрическая оптика.	2	2		10	2	14
1.2.	Принцип Ферма.	2	2		10	2	14
1.3.	Линзы, зеркала, диафрагмы.	2			6		8
	Всего	6	4		26	4	36
	Модуль 2
2.1.	Монохроматические аберрации.	4			8		12
2.2.	Хроматические аберрации.	2			4		6
2.3.	Аберрации типовых оптических систем.	4	2		12	2	18
	Всего	10	2		24	2	36
	Модуль 3
3.1.	Оптические инструменты.	2			6		8
3.2.	Микроскопы.	4	2		12	2	18
3.3.	Глаз как оптическая система.	4			6		10
	Всего	10	2		24	2	36
	Итого часов:	26	8		74	8	108

Планирование самостоятельной работы аспирантов. Таблица 2.

№	Модули и темы	Виды СРА	Объем часов
обязательные	дополнительные
Модуль 1
1.1	Геометрическая оптика.	1.Работа с учеб­ной ли­тературой и периодикой. 2.Проработка лек­ций.	Доклад-презентация	10
1.2.	Принцип Ферма.	-"-"-	-"-"-	10
1.3.	Техника спектроскопии.	-"-"-	-"-"-	6
	Всего по модулю 1:	26
Модуль 2
2.1	Монохроматические аберрации.	-"-"-	-"-"-	8
2.2	Хроматические аберрации.	-"-"-	-"-"-	4
2.3.	Аберрации типовых оптических систем.	-"-"-	-"-"-	12
	Всего по модулю 2:	24
Модуль 3
3.1.	Оптические инструменты.	-"-"-	-"-"-	6
3.2.	Микроскопы.	-"-"-	-"-"-	12
3.3.	Глаз как оптическая система.	-"-"-	-"-"-	6
	Всего по модулю 3:	24
	ИТОГО	74

Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обес­пе­чи­ва­е­мы­ми (последующими) дисциплинами

№ п/п

Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин

Темы дисциплины, необходимые для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин

1.1.

1.2.

1.3.

2.1.

2.2.

2.3.

3.1.

3.2.

3.3.

1.

Прикладная спектроскопия

+

+

+

+

+

+

+

+

+

2.

Люминесценция и фото­химия.

+

+

+

+

+

+

+

+

+

3.

Молекулярная спектро­скопия.

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Содержание дисциплины.

Модуль 1.

1.1. Геометрическая оптика. Основные законы и положения гео­мет­ри­чес­кой оптики. Понятие оптического изображения. Центриро­ван­ная оптическая система. Параксиальное приближение. Векторные и матричные методы в прикладной оптике.

1.2. Принцип Ферма. Оптическая длина пути. Асимптотическое решение волнового уравнения. Геометро-оптическое приближение. Уравнение эйконала. Область применения лучевого приближения. Принцип наименьшего времени (принцип Ферма). Гомоцентрические пучки.

1.3. Линзы, зеркала, диафрагмы. Сферические зеркала. Фокусы сфе­ри­ческой поверхности. Оптическое стекло и его основные свойства. Дисперсия света. Тонкая линза и линза конечной толщины. Фокусные расстояния линзы. Изображение в тонкой линзе. Идеальные оптические системы. Роль диафрагм. Виды диафрагм в оптических системах. Апертурная диафрагма. Диа­фраг­ма поля зрения.

Модуль 2.

2.1. Монохроматические аберрации. Каустическая поверхность. Абер­ра­ции, обусловленные широкими пучками лучей. Аберрации, обусловленные тонкими внеосевыми наклонными пучками лучей. Астигматизм. Апланатизм. Геометрические аберрации третьего и более высоких порядков.

2.2. Хроматические аберрации. Хроматизм положения. Хроматизм увеличения. Вторичный спектр положения и увеличения. Хроматизм действительных лучей.

2.3. Аберрации типовых оптических систем. Аберрации плоско­парал­лель­ной пластинки. Аберрации системы из сферических зеркал. Одиночная линза. Двухлинзовый объектив. Двухлинзовый афокальный компонент.

Модуль 3.

3.1. Оптические инструменты. Типы оптических приборов. Основные характеристики оптических приборов: увеличение, разрешающая способность, светосила, функция передачи модуляции. Дифракционная теория оптических при­боров.

3.2. Микроскопы. Оптический микроскоп: устройство и конструктивные особенности. Разрешающая способность и полезное увеличение микроскопа. Критерий Рэлея. Лазерный конфокальный микроскоп. Микроскопы ближнего поля. Электронные микроскопы: просвечивающие и растровые.

3.1. Глаз как оптическая система. Основные параметры глаза как оп­тической системы. Аккомодация и рефракция глаза. Разрешающая способность, контрастная чувствительность и субъективная яркость. Спектральная световая эффективность. Цветовое зрение. Инерция зрения.

Темы семинаров.

1. Векторные и матричные методы в прикладной оптике.

2. Асимптотическое решение волнового уравнения. Геометро-оптическое приближение. Принцип наименьшего времени (принцип Ферма).

3. Аберрации типовых оптических систем.

4. Микроскопы. Разрешающая способность и полезное увеличение микро­ско­па. Критерий Рэлея. Лазерный конфокальный микроскоп. Микроскопы ближ­него поля. Электронные микроскопы: просвечивающие и растровые.

Темы контрольных работ.

Контрольная 1.

Геометрическая оптика. Основные законы и положения гео­мет­ри­чес­кой оптики. Параксиальное приближение. Векторные и матричные методы в прикладной оптике.

Принцип Ферма. Оптическая длина пути. Асимптотическое решение волнового уравнения. Уравнение эйконала. Принцип Ферма.

Линзы, зеркала, диафрагмы. Сферические зеркала. Фокусы сфе­ри­чес­кой поверхности. Тонкая линза и линза конечной толщины. Фокусные расстоя­ния линзы. Изображение в тонкой линзе. Идеальные оптические системы. Апер­тур­ная диафрагма.

Контрольная 2.

Монохроматические аберрации. Каустическая поверхность. Абер­ра­ции, обусловленные широкими пучками лучей. Аберрации, обусловленные тонкими внеосевыми наклонными пучками лучей. Астигматизм. Апланатизм.

Хроматические аберрации. Хроматизм положения. Хроматизм увеличения. Вторичный спектр положения и увеличения. Хроматизм действительных лучей.

Аберрации типовых оптических систем. Аберрации плоско­парал­лель­ной пластинки. Аберрации системы из сферических зеркал. Одиночная линза.

Контрольная 3.

Оптические инструменты. Основные характеристики оптических приборов: увеличение, разрешающая способность, светосила, функция передачи модуляции.

Микроскопы. Разрешающая способность и полезное увеличение микро­ско­па. Критерий Рэлея. Лазерный конфокальный микроскоп. Микроскопы ближнего поля. Электронные микроскопы: просвечивающие и растровые.

Глаз как оптическая система. Основные параметры глаза как оп­тической системы. Спектральная световая эффективность. Цветовое зрение.

Примерные вопросы к зачету.

1)  Основные законы и положения гео­мет­ри­чес­кой оптики.

2)  Центриро­ван­ная оптическая система.

3)  Параксиальное приближение.

4)  Векторные и матричные методы в прикладной оптике.

5)  Оптическая длина пути.

6)  Асимптотическое решение волнового уравнения.

7)  Уравнение эйконала.

8)  Принцип наименьшего времени (принцип Ферма).

9)  Сферические зеркала. Фокусы сфе­ри­ческой поверхности.

10)  Оптическое стекло и его основные свойства. Дисперсия света.

11)  Тонкая линза и линза конечной толщины. Фокусные расстояния линзы. Изображение в тонкой линзе.

12)  Идеальные оптические системы.

13)  Виды диафрагм в оптических системах. Апертурная диафрагма. Диа­фраг­ма поля зрения.

14)  Каустическая поверхность.

15)  Абер­ра­ции, обусловленные широкими пучками лучей.

16)  Аберрации, обусловленные тонкими внеосевыми наклонными пучками лучей.

17)  Астигматизм, апланатизм.

18)  Хроматические аберрации.

19)  Аберрации типовых оптических систем.

20)  Типы и основные характеристики оптических приборов: увеличение, раз­ре­ша­ю­щая способность, светосила, функция передачи модуляции.

21)  Оптический микроскоп: устройство, разрешающая способность и полезное увеличение.

22)  Лазерный конфокальный микроскоп.

23)  Микроскопы ближнего поля.

24)  Электронные микроскопы: просвечивающие и растровые.

25)  Основные параметры глаза как оп­тической системы. Цветовое зрение.

Образовательные технологии.

В соответствии с ФГТ к структуре основной профессиональной образо­ва­тельной программы послевузовского профессионального образования (аспиран­ту­ра) при реализации различных видов учебной работы в процессе изучения дис­циплины "Теория оптических приборов" предусматривается использование в учебном про­цессе сле­дующих форм проведения занятий:

-  лекции;

-  семинары.

Основная литература.

1)  , , Кузичев оптических систем. - Изд. 4-е, стер. - С-Пб: Изд. дом "Лань", 20с.

2)  Прикладная оптика / под ред. . - Изд. 3-е, стер. - С-Пб: Изд. дом "Лань", 20с.

3)  , Челибанов оптического излучения. - С-Пб: Изд. дом "Лань", 20с.

4)  Ландсберг : учеб. пособие/ . - 6-е изд., стереотип.. - Москва: Физматлит, 20с.

Дополнительная литература.

1)  Афанасьев измерения: учеб. для спец. вузов/ . - 3-е изд. - Москва: Высшая школа, 19с.

2)  Городецкий микрорезонаторы с гигантской добротностью. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2011. – 416с.

3)  Апенко оптика/ , . - 2-е изд.. - Москва: Наука, 19с.

Периодические издания.

1)  Оптика и спектроскопия.

2)  Оптический журнал. Название англоязычной копии Journal of Optical Technology.

3)  Успехи физических наук.

4)  Материалы Всероссийских конференций студентов-физиков (ВНКСФ).

5)  Vibrational Spectroscopy.

6)  Journal of Molecular Structure.

Электронные ресурсы.

1)  Электронные учебники для вузов. Книги по оптике http//*****/books/optikabook

2)  Электронный журнал «Молекулярная спектроскопия» saga. *****›about/1/

3)  Энциклопедический словарь нанотехнологий. Электронно-колебательная спектроскопия: dic. *****›dic. nsf/nanotechnology

4)  ***** - "Журнал прикладной спектроскопии"

Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины.

Лекционная аудитория с мультимедийным оборудованием,

Дополнения и изменения к рабочей программе на 201 / 201 учебный год

В рабочую программу вносятся следующие изменения:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры Микро- и нанотехнологий « »_______________201 г.

Заведующий кафедрой ___________________/___________________/

О.