幾何光學(xué)教學(xué)內(nèi)容現(xiàn)代化的一些實(shí)踐

張沖

摘要：隨著現(xiàn)代化光學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，已經(jīng)在越來越多的領(lǐng)域得到應(yīng)用，而其中主要的應(yīng)用原理就是幾何光學(xué)的應(yīng)用，所以，在我國現(xiàn)階段的幾何光學(xué)的教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)在各院校都有普及，已經(jīng)成為物理學(xué)科中最重要的組成部分，而對幾何光學(xué)教學(xué)內(nèi)容在現(xiàn)代化的應(yīng)用已經(jīng)在現(xiàn)階段具有不小的成就。本文就是對幾何光學(xué)教學(xué)內(nèi)容的簡要介紹，以及其在現(xiàn)代化中的實(shí)踐應(yīng)用的舉例說明。也從側(cè)面提出了幾何光學(xué)教學(xué)內(nèi)容的現(xiàn)代化是至關(guān)重要的，不僅提升學(xué)生的知識素養(yǎng)，還能夠全面培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力與實(shí)際應(yīng)用能力，也為我國的相關(guān)人員對幾何光學(xué)教學(xué)內(nèi)容的現(xiàn)代化研究提供一些參考意見。

關(guān)鍵詞：幾何光學(xué)；教學(xué)內(nèi)容；現(xiàn)代化；實(shí)踐應(yīng)用

前言：隨著幾何光學(xué)的教學(xué)內(nèi)容的現(xiàn)代化實(shí)踐應(yīng)用越來越廣泛，相關(guān)的科員人員對于幾何光學(xué)的現(xiàn)代化應(yīng)用的研究也越來越關(guān)注，幾何光學(xué)作為物理學(xué)科中的重要組成部分，它是以光線為基礎(chǔ)，研究光線在各種介質(zhì)中的傳播規(guī)律與現(xiàn)象，從而制造出各種具有實(shí)用價(jià)值的光學(xué)儀器，為我國的光學(xué)現(xiàn)代化應(yīng)用提供了重要的前提，奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。而在幾何光學(xué)現(xiàn)代化的環(huán)境下，要不斷的對幾何光學(xué)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改進(jìn)，從而制定出更加科學(xué)合理的教學(xué)大綱，讓學(xué)生對于幾何光學(xué)的知識掌握的更加全面具體，從而提高學(xué)的創(chuàng)新能力與科學(xué)素養(yǎng)。

一、幾何光學(xué)教學(xué)內(nèi)容概述

（一）幾何光學(xué)的定義

幾何光學(xué)是光學(xué)學(xué)科中的分支學(xué)科，它是以光線為基礎(chǔ)，研究光的傳播和成像規(guī)律的實(shí)用性學(xué)科。在幾何光學(xué)中，把物體看做是幾何點(diǎn)，將它所發(fā)出的光束看作是幾何光線的集合，而光線的方向就代表光的傳播方向。以此為基本條件，根據(jù)光線的傳播規(guī)律，研究物體被透鏡或其他光學(xué)元件所能成像的過程，將其應(yīng)用到光學(xué)儀器的設(shè)計(jì)方面具有很高的實(shí)用價(jià)值。

（二）幾何光學(xué)的教學(xué)內(nèi)容

我國目前對于幾何光學(xué)的教學(xué)內(nèi)容主要包括：（1）幾何光學(xué)的基本定律；（2）費(fèi)馬原理；（3）成像的基本概念；（4）光在平面上的反射和折射；（5）光導(dǎo)纖維；（6）棱鏡；（7）光在單球面上的折射和反射；（8）薄透鏡；（9）共軸球面系統(tǒng)的逐次成像法；（10）共軸球面系統(tǒng)旁軸成像的矩陣方法；（11）光學(xué)儀器的應(yīng)用；（12）現(xiàn)代光學(xué)的介紹及應(yīng)用；（13）光的衍射；（14）光的干涉；等有關(guān)幾何光學(xué)的主要內(nèi)容。幾何光學(xué)作為普通物理的基礎(chǔ)學(xué)科，無論是教學(xué)模式還是教程都主要是以幾何光學(xué)為主，這就導(dǎo)致了我國物理專業(yè)的本科畢業(yè)生對幾何光學(xué)的知識方法與應(yīng)用掌握不全，要加強(qiáng)對于幾何光學(xué)的知識補(bǔ)給，以滿足我國對于光學(xué)領(lǐng)域人才的需求。教師要注重幾何光學(xué)教學(xué)的內(nèi)容與實(shí)踐的結(jié)合，讓我國的幾何光學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域得到全面的發(fā)展。

二、幾何光學(xué)教學(xué)內(nèi)容現(xiàn)代化應(yīng)用實(shí)踐

在幾何光學(xué)中最基礎(chǔ)的就是反射、折射的原理，在現(xiàn)代的技術(shù)中對于這兩個(gè)原理的應(yīng)用也是最廣泛的，而其中的利用全反射原理主要的一個(gè)應(yīng)用就是光纖通信，目前光纖通訊可以說是互聯(lián)網(wǎng)通訊中最重要的通訊方式之一，所涉及到的應(yīng)用也是最廣泛的。利用幾何光學(xué)教學(xué)內(nèi)容的反射原理制造的光學(xué)投影儀，利用光的成像原理所制造出的數(shù)碼相機(jī)，利用光的反射原理制作的哈文望遠(yuǎn)鏡等，我國目前已經(jīng)對于幾何光學(xué)在現(xiàn)代化的應(yīng)用中做出了一定的成就，在此基礎(chǔ)之上，還要對幾何光學(xué)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)一步的拓展，進(jìn)而使學(xué)生對于幾何光學(xué)的知識儲備更加具體全面，將有助于對學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)。

（一）光纖通訊

通過發(fā)射端將所要傳輸?shù)墓饩€轉(zhuǎn)化成信號，然后再將其調(diào)制到激光器發(fā)出的激光束上面，讓光線的強(qiáng)度因?yàn)樾盘柕姆榷哂胁煌淖兓笤偻ㄟ^光纖將其發(fā)送出去；而在接收端檢測器將收到光信號變換為電信號，經(jīng)解調(diào)后恢復(fù)成為原來由信息，以此就形成了光纖通訊。

（二）自聚焦透鏡

當(dāng)光線在空氣中傳播遇到不同介質(zhì)時(shí)，會使其原有的傳播方向發(fā)生改變。傳統(tǒng)透鏡是通過控制透鏡表面的曲率的改變，來使其產(chǎn)生的光程差將光線匯聚成一點(diǎn)。對于1/4節(jié)距的自聚焦透鏡來說，當(dāng)從一端射入一束平行光時(shí)，經(jīng)過自聚焦透鏡后光線會匯聚在另一面上。而這種端面聚焦的功能就是傳統(tǒng)曲面透鏡所無法達(dá)到的。自聚焦透鏡是光纖通訊中的無源器件中不可或缺的基礎(chǔ)光學(xué)器件，自聚焦透鏡也在現(xiàn)代的光學(xué)儀器中得到了廣泛的引用，例如：槍的瞄準(zhǔn)器、耦合器、光開關(guān)、光隔離器以及波分復(fù)用器。

（三）光學(xué)投影儀

將資料放在工作臺上，在經(jīng)過光線的照明之后，讓其由物鏡經(jīng)過光鏡，從而反射到投影屏上，就形成了一個(gè)與原有資料完全相反的影像?；蚴峭耆嗤挠跋?。資料就通過了放大，成像在投影屏上，之后再利用工作臺上的數(shù)位測量系統(tǒng)，對投影屏上的資料輪廓進(jìn)行座標(biāo)測量，也可利用投影屏旋轉(zhuǎn)角度數(shù)顯系統(tǒng)對工件輪廓的角度進(jìn)行測量。光學(xué)投影儀成像分為正像和反像兩種。

（四）數(shù)碼相機(jī)

光線通過鏡頭進(jìn)入相機(jī)內(nèi)部，再通過數(shù)碼相機(jī)具有的成像元件的轉(zhuǎn)化，最終將光線形成具體的影像。數(shù)碼相機(jī)的主要的成像元件包括CCD和CMOS，其特點(diǎn)是在光線通過的時(shí)候，根據(jù)光線的不同組成從而轉(zhuǎn)化為不同的電子信號，進(jìn)而形成完整的光學(xué)成像。

（五）哈文望遠(yuǎn)鏡

哈文望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)部分是整個(gè)光學(xué)儀器的核心。它是運(yùn)用卡塞格林式的反射系統(tǒng)，是由兩個(gè)雙曲面反射鏡而組成，一個(gè)是口徑2.4m的主鏡、而另一個(gè)是裝在主鏡前，距離主鏡約4.5m處的副鏡，口徑為0.3m。將投射到主鏡上的光線先反射到副鏡上，然后再由副鏡射向主鏡的中心孔位置，穿過中心孔到達(dá)主鏡的焦面上，就形成高質(zhì)量的圖像，通過哈文望遠(yuǎn)鏡中的各樣科學(xué)儀器進(jìn)行精密的處理，然后將得出來的數(shù)據(jù)通過中繼衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)回到地面，以供相關(guān)的科研人員做出準(zhǔn)確的分析。

結(jié)語：綜上所述，通過對幾何光學(xué)的教學(xué)內(nèi)容的簡要介紹，以及對教學(xué)內(nèi)容現(xiàn)代化應(yīng)用實(shí)踐的舉例說明，充分的證明了幾何光學(xué)教學(xué)內(nèi)容在現(xiàn)代化光學(xué)儀器等應(yīng)用中具有更加重要的意義，在不斷地創(chuàng)新我國光學(xué)領(lǐng)域的研究成果，還對幾何光學(xué)的教學(xué)提出了更高的要求，讓學(xué)生不斷的開拓視野，強(qiáng)化知識能力與創(chuàng)新能力，為我國的光學(xué)領(lǐng)域科技型人才的培養(yǎng)做出突出的貢獻(xiàn)。