幾何光學教學內容現代化的一些實踐

張沖

摘要：隨著現代化光學技術的不斷發展，已經在越來越多的領域得到應用，而其中主要的應用原理就是幾何光學的應用，所以，在我國現階段的幾何光學的教學內容已經在各院校都有普及，已經成為物理學科中最重要的組成部分，而對幾何光學教學內容在現代化的應用已經在現階段具有不小的成就。本文就是對幾何光學教學內容的簡要介紹，以及其在現代化中的實踐應用的舉例說明。也從側面提出了幾何光學教學內容的現代化是至關重要的，不僅提升學生的知識素養，還能夠全面培養學生的創新能力與實際應用能力，也為我國的相關人員對幾何光學教學內容的現代化研究提供一些參考意見。

關鍵詞：幾何光學；教學內容；現代化；實踐應用

前言：隨著幾何光學的教學內容的現代化實踐應用越來越廣泛，相關的科員人員對于幾何光學的現代化應用的研究也越來越關注，幾何光學作為物理學科中的重要組成部分，它是以光線為基礎，研究光線在各種介質中的傳播規律與現象，從而制造出各種具有實用價值的光學儀器，為我國的光學現代化應用提供了重要的前提，奠定了堅實的基礎。而在幾何光學現代化的環境下，要不斷的對幾何光學的教學內容進行改進，從而制定出更加科學合理的教學大綱，讓學生對于幾何光學的知識掌握的更加全面具體，從而提高學的創新能力與科學素養。

一、幾何光學教學內容概述

（一）幾何光學的定義

幾何光學是光學學科中的分支學科，它是以光線為基礎，研究光的傳播和成像規律的實用性學科。在幾何光學中，把物體看做是幾何點，將它所發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，根據光線的傳播規律，研究物體被透鏡或其他光學元件所能成像的過程，將其應用到光學儀器的設計方面具有很高的實用價值。

（二）幾何光學的教學內容

我國目前對于幾何光學的教學內容主要包括：（1）幾何光學的基本定律；（2）費馬原理；（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）共軸球面系統的逐次成像法；（10）共軸球面系統旁軸成像的矩陣方法；（11）光學儀器的應用；（12）現代光學的介紹及應用；（13）光的衍射；（14）光的干涉；等有關幾何光學的主要內容。幾何光學作為普通物理的基礎學科，無論是教學模式還是教程都主要是以幾何光學為主，這就導致了我國物理專業的本科畢業生對幾何光學的知識方法與應用掌握不全，要加強對于幾何光學的知識補給，以滿足我國對于光學領域人才的需求。教師要注重幾何光學教學的內容與實踐的結合，讓我國的幾何光學應用領域得到全面的發展。

二、幾何光學教學內容現代化應用實踐

在幾何光學中最基礎的就是反射、折射的原理，在現代的技術中對于這兩個原理的應用也是最廣泛的，而其中的利用全反射原理主要的一個應用就是光纖通信，目前光纖通訊可以說是互聯網通訊中最重要的通訊方式之一，所涉及到的應用也是最廣泛的。利用幾何光學教學內容的反射原理制造的光學投影儀，利用光的成像原理所制造出的數碼相機，利用光的反射原理制作的哈文望遠鏡等，我國目前已經對于幾何光學在現代化的應用中做出了一定的成就，在此基礎之上，還要對幾何光學的教學內容進一步的拓展，進而使學生對于幾何光學的知識儲備更加具體全面，將有助于對學生科學素質的培養。

（一）光纖通訊

通過發射端將所要傳輸的光線轉化成信號，然后再將其調制到激光器發出的激光束上面，讓光線的強度因為信號的幅度而具有不同的變化，之后再通過光纖將其發送出去；而在接收端檢測器將收到光信號變換為電信號，經解調后恢復成為原來由信息，以此就形成了光纖通訊。

（二）自聚焦透鏡

當光線在空氣中傳播遇到不同介質時，會使其原有的傳播方向發生改變。傳統透鏡是通過控制透鏡表面的曲率的改變，來使其產生的光程差將光線匯聚成一點。對于1/4節距的自聚焦透鏡來說，當從一端射入一束平行光時，經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曲面透鏡所無法達到的。自聚焦透鏡是光纖通訊中的無源器件中不可或缺的基礎光學器件，自聚焦透鏡也在現代的光學儀器中得到了廣泛的引用，例如：槍的瞄準器、耦合器、光開關、光隔離器以及波分復用器。

（三）光學投影儀

將資料放在工作臺上，在經過光線的照明之后，讓其由物鏡經過光鏡，從而反射到投影屏上，就形成了一個與原有資料完全相反的影像。或是完全相同的影像。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位測量系統，對投影屏上的資料輪廓進行座標測量，也可利用投影屏旋轉角度數顯系統對工件輪廓的角度進行測量。光學投影儀成像分為正像和反像兩種。

（四）數碼相機

光線通過鏡頭進入相機內部，再通過數碼相機具有的成像元件的轉化，最終將光線形成具體的影像。數碼相機的主要的成像元件包括CCD和CMOS，其特點是在光線通過的時候，根據光線的不同組成從而轉化為不同的電子信號，進而形成完整的光學成像。

（五）哈文望遠鏡

哈文望遠鏡的光學部分是整個光學儀器的核心。它是運用卡塞格林式的反射系統，是由兩個雙曲面反射鏡而組成，一個是口徑2.4m的主鏡、而另一個是裝在主鏡前，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，穿過中心孔到達主鏡的焦面上，就形成高質量的圖像，通過哈文望遠鏡中的各樣科學儀器進行精密的處理，然后將得出來的數據通過中繼衛星系統發回到地面，以供相關的科研人員做出準確的分析。

結語：綜上所述，通過對幾何光學的教學內容的簡要介紹，以及對教學內容現代化應用實踐的舉例說明，充分的證明了幾何光學教學內容在現代化光學儀器等應用中具有更加重要的意義，在不斷地創新我國光學領域的研究成果，還對幾何光學的教學提出了更高的要求，讓學生不斷的開拓視野，強化知識能力與創新能力，為我國的光學領域科技型人才的培養做出突出的貢獻。