工程光学基础1
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第一章 几何光学基本定律1. 已知真空中的光速c =3810⨯m/s ,求光在水(n=1.333)、冕牌玻璃(n=1.51)、火石玻璃(n=1.65)、加拿大树胶(n=1.526)、金刚石(n=2.417)等介质中的光速。
解:则当光在水中,n=1.333时,v=2.25 m/s,当光在冕牌玻璃中,n=1.51时,v=1.99 m/s, 当光在火石玻璃中,n =1.65时,v=1.82 m/s , 当光在加拿大树胶中,n=1.526时,v=1.97 m/s , 当光在金刚石中,n=2.417时,v=1.24 m/s 。
2. 一物体经针孔相机在 屏上成一60mm 大小的像,若将屏拉远50mm ,则像的大小变为70mm,求屏到针孔的初始距离。
解:在同种均匀介质空间中光线直线传播,如果选定经过节点的光线则方向不变,令屏到针孔的初始距离为x ,则可以根据三角形相似得出:,所以x=300mm即屏到针孔的初始距离为300mm 。
3. 一厚度为200mm 的平行平板玻璃(设n =1.5),下面放一直径为1mm 的金属片。
若在玻璃板上盖一圆形的纸片,要求在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属片,问纸片的最小直径应为多少?2211sin sin I n I n = 66666.01sin 22==n I745356.066666.01cos 22=-=I1mm I 1=90︒n 1 n 2200mmL I 2 x88.178745356.066666.0*200*2002===tgI xmm x L 77.35812=+=4.光纤芯的折射率为1n ,包层的折射率为2n ,光纤所在介质的折射率为0n ,求光纤的数值孔径(即10sin I n ,其中1I 为光在光纤内能以全反射方式传播时在入射端面的最大入射角)。
解:位于光纤入射端面,满足由空气入射到光纤芯中,应用折射定律则有: n 0sinI 1=n 2sinI 2 (1)而当光束由光纤芯入射到包层的时候满足全反射,使得光束可以在光纤内传播,则有:(2)由(1)式和(2)式联立得到n 0 .5. 一束平行细光束入射到一半径r=30mm 、折射率n=1.5的玻璃球上,求其会聚点的位置。
<<光学工程基础>>参考文献和习题1 光波、光线和成像参考文献:1. Walker Bruce H. Optical Engineering Fundamentals. Bellingham, Washington: SPIE,19982. 袁旭沧. 应用光学. 北京:国防工业出版社,19883. Ditteon Richard 着,詹涵菁译. 现代几何光学. 长沙:湖南大学出版社,20044. Smith W J. Modern Optical Engineering. Boston: The McGreaw-Hill Companies, Inc, 20015. 陈熙谋. 光学近代物理. 北京:北京大学出版社,20026. 钟钖华. 现代光学基础. 北京:北京大学出版社,20037. Ghatak A K, Thyagarajan K. Contemporary Optics. New York: Plenum Publishing Corporation, 19788. 彭旭麟,罗汝梅. 变分法及其应用. 武汉:华中工学院出版社,19839. Kidger Michael J. Fundamental Optical Design. Bellingham, Washington: SPIE,200210. Jenkins F, White H. Fundamentals of Optics. New York: The McGreaw-Hill Companies, Inc, 197611. Hecht E. Optics. Reading, Massachusetts: Addison-Wesley, 1987习题:1. 简述几何光学的几个基本定律。
2. 简述成像的基本概念。
3. 光在真空中的速度是多少在水中呢在钻石中呢4. 画出折射角i '随入射角i 变化的函数曲线,条件是1=n ,n '是下列值:(a) ;(b) ;(c) 。
工程光学复试知识点总结第一部分:基本概念1.1 光学基础知识光的概念、光的传播、光的反射和折射、光的波动性和粒子性等1.2 光的几何光学光的几何光学基本假设、光的几何光学基本定律、光的几何光学的典型应用1.3 光的物理光学光的物理光学基本原理、光的衍射和干涉、光的偏振等第二部分:光学系统设计2.1 光学成像系统设计成像系统设计的基本原理、成像系统设计的基本方法、成像系统设计的常见问题及解决方法2.2 光学仪器设计光学仪器设计的基本原理、光学仪器设计的基本方法、光学仪器设计的实际应用2.3 光学系统优化光学系统的成像质量评估、光学系统的成像质量优化、光学系统的成像质量控制第三部分:光学材料与元器件3.1 光学材料光学材料的基本特性、光学材料的分类与应用、光学材料的制备和加工技术3.2 光学元器件光学透镜、光学棱镜、光学偏振器件、光学滤波器件等光学元器件的基本原理、性能特点和制备工艺3.3 光学薄膜光学薄膜的基本原理、光学薄膜的设计和制备、光学薄膜的应用和发展趋势第四部分:光学测量与检测技术4.1 光学测量基础光学测量的基本原理、光学测量的基本方法、光学测量的常见问题及解决方法4.2 光学检测技术光学检测技术的基本原理、光学检测技术的基本方法、光学检测技术的实际应用4.3 光学测量仪器光学显微镜、光学干涉仪、光学光谱仪等光学测量仪器的基本原理、性能特点和使用方法第五部分:光学影像处理与分析5.1 光学影像处理基础光学影像处理的基本原理、光学影像处理的基本方法、光学影像处理的常见问题及解决方法5.2 光学影像分析技术光学影像分析技术的基本原理、光学影像分析技术的基本方法、光学影像分析技术的实际应用5.3 光学影像处理与分析软件常用的光学影像处理与分析软件的特点、功能和使用方法第六部分:光学工程应用6.1 光学传感技术光学传感技术的基本原理、光学传感技术的常见应用、光学传感技术的发展趋势6.2 光学通信技术光学通信技术的基本原理、光学通信技术的常见应用、光学通信技术的发展趋势6.3 光学图像识别技术光学图像识别技术的基本原理、光学图像识别技术的常见应用、光学图像识别技术的发展趋势综上所述,工程光学是应用光学理论和技术解决实际工程问题的一门重要学科,它涵盖了从基本光学理论到光学系统设计、材料与元器件、测量与检测技术、影像处理与分析、工程应用等多个方面的知识,具有广泛的应用领域和深远的研究价值。
2008 级光电子技术1.在单缝衍射中,设缝宽为 a ,光源波长为 λ ,透镜焦距为f ′,则其衍射暗条纹间距 e 暗 = f ,条纹间 a距同时可称为线宽度。
2.当保持入射光线的方向不变,而使平面镜转 15°角,则反射光线将转动30° 角。
3.光线通过平行平板折射后出射光线方向 __不变 _ ___ , 但会产生轴向位移量,当平面板厚度为 d ,折射率为 n ,则在近轴入射时,轴向位移量为 d (1 1 。
) n4.在光的衍射装置中,一般有光源、衍射屏、观察屏,则衍射按照它们距离不同可分为两类,一类为 菲涅耳衍射,另一类为 夫琅禾费衍射 。
5.光轴是晶体中存在的特殊方向 , 当光在晶体中沿此方向传播时不产生双折射。
n <n 的单轴晶体称为负单eo轴晶体 。
6.1/4 波片的附加相位差为 (2m 1) m 0, 1, 2,... , 线偏振光通过 1/4 波片后, 出射光将变为 椭圆 2偏振光或圆片遮光 。
7.单个折射球面横向放大率 β = nl,当 -1< β <0 时,成像性质为物像处于球面的两侧, 成倒立缩小像。
n l8.两列波相干的条件 有方向相同的振动分量 、振动频率相同 、 相位差稳定 _。
9. 假设光波的偏振度为 p ,则 p=0 时表示 自然光, p=1 时表示线偏振光 ,0<p<1 时表示部分偏振光。
10. 菲涅尔圆孔衍射图样的中心点可能是明的,也可能是暗的,而夫琅和费衍射图样的中心点是明 的。
11. 光波的振动方向与传播方向互相垂直 , 所以光波是横波 。
12. 当自然光以布儒斯特角入射至两各向同性介质界面上,其反射光为线偏振光,折射光为_部分 偏振光。
13. 光线通过双平面镜后,其入射光线与出射光线的夹角为50°,则双平面镜的夹角为 25° 。
14. 在迈克尔逊干涉仪中,用单色光源直接照明,若反射镜 M 、 M 严格垂直,则此时发生 等倾(等倾或等 1 2厚)干涉,可观察到中央或明或暗的一系列同心圆环,圆环中央疏、边缘密_(描述条纹特点) , 若M1 ’ 间的厚度每减少 的距离 , 在条纹中心就消失 一个条纹。
1.在单缝衍射中,设缝宽为a ,光源波长为λ,透镜焦距为f ´,则其衍射暗条纹间距e 暗=f aλ',条纹间距同时可称为线宽度。
2.当保持入射光线的方向不变,而使平面镜转15°角,则反射光线将转动30° 角。
3.光线通过平行平板折射后出射光线方向__不变_ ___ ,但会产生轴向位移量,当平面板厚度为d ,折射率为n ,则在近轴入射时,轴向位移量为1(1)d n- 。
4.在光的衍射装置中,一般有光源、衍射屏、观察屏,则衍射按照它们距离不同可分为两类,一类为 菲涅耳衍射,另一类为 夫琅禾费衍射 。
5.光轴是晶体中存在的特殊方向,当光在晶体中沿此方向传播时不产生双折射。
n e <n o 的单轴晶体称为负单轴晶体 。
6.1/4波片的附加相位差为(21)0,1,2, (2)m m π+=±±,线偏振光通过1/4波片后,出射光将变为 椭圆偏振光或圆片遮光 。
7.单个折射球面横向放大率β=nl n l'' ,当-1<β<0时,成像性质为 物像处于球面的两侧,成倒立缩小像 。
8.两列波相干的条件 有方向相同的振动分量 、振动频率相同 、 相位差稳定_。
9.假设光波的偏振度为p ,则p=0时表示 自然光,p=1时表示线偏振光,0<p<1时表示部分偏振光。
10.菲涅尔圆孔衍射图样的中心点可能是明的,也可能是暗的,而夫琅和费衍射图样的中心点是明 的。
11.光波的振动方向与传播方向互相 垂直 ,所以光波是横波 。
12.当自然光以布儒斯特角入射至两各向同性介质界面上,其反射光为线偏振光,折射光为_部分 偏振光。
13.光线通过双平面镜后,其入射光线与出射光线的夹角为50°,则双平面镜的夹角为25° 。
14.在迈克尔逊干涉仪中,用单色光源直接照明,若反射镜M 1、M 2严格垂直,则此时发生 等倾(等倾或等厚)干涉,可观察到中央或明或暗的一系列同心圆环,圆环中央疏、边缘密_(描述条纹特点),若M 1与M 2’间的厚度每减少2λ的距离,在条纹中心就消失 一个条纹。