光学设计简答题习题详解

光学系统设计（二） 参考答案及评分标准20 分）二、填空题（本大题12小题。

每空1分，共20 分） 21.小22.色差、色差、场曲 23.95.5624.彗差、畸变、倍率色差 25.小、大 26.0.707带光 27.相等、相反 28.4、6 29.畸变 30.3：131.畸变、彗差 32.平行平板三、名词解释（本大题共5 小题。

每小题2 分，共 10 分）33．光程差：某种介质折射率与光在该介质中通过的几何路程的乘积，称为光在该介质中通过的光程，两束光光程之差称为光程差。

评分标准：答对主要意思得2分。

34．弧矢场曲：某一视场的弧矢像点相对于高斯像面的距离称为弧矢像面弯曲，简称弧矢场曲。

评分标准：答对主要意思得2分。

35．波像差：波像差就是实际波面和理想波面之间的光程差。

评分标准：主要意思正确得2分。

36．焦深：由于实际像点在高斯像点前后0l '∆范围以内，波像差不超过1/4波长，故把0l 2'∆定义为焦深，即20u n l 2''≤'∆λ。

评分标准：主要意思正确得2分。

37．等晕条件：轴外点具有与轴上点相同的成像缺陷，称之为等晕成像，欲达到这样的要求，则光学系统必须满足等晕条件。

评分标准：答对主要意思得2分。

四、简答题（本大题共 6 小题。

每小题 5 分，共30 分）38．若弧矢彗差0='S K ，是否满足等晕成像？若此时0='L δ，是否满足正弦条件？ 为什么？答：1）满足等晕成像，由于0y K C S s=''='，无正弦差，满足等晕条件； 2）满足正弦条件，若此时0='L δ，则U sin y n nysinU '''=，满足正弦条件。

评分标准：第一问答案正确得1分，理由解释正确得2分；第二问答案正确得1分，理由解释正确1分。

39．什么是二级光谱？对F 光和C 光校正系统色差后，相对于D 光，其二级光谱与焦距有何关系？答：1）当在带孔径对F 光和C 光校正了位置色差，它们和光轴的公共交点并不和D 光带孔径光线和光轴的交点重合，其偏差称为二级光谱。

光学设计笔试题目及答案一、选择题（每题2分，共10分）1. 光学设计中，透镜的焦距指的是（）。

A. 透镜中心到成像平面的距离B. 透镜中心到焦点的距离C. 透镜边缘到成像平面的距离D. 透镜边缘到焦点的距离答案：B2. 以下哪个参数不是描述透镜性能的主要参数？（）A. 焦距B. 口径C. 重量D. 材料答案：C3. 在光学设计中，色差是指（）。

A. 透镜的重量B. 透镜的厚度C. 不同波长的光经过透镜后成像位置不同D. 透镜的折射率答案：C4. 以下哪个不是光学设计中的像差类型？（）A. 球差B. 色差C. 像散D. 折射率答案：D5. 光学设计软件通常用于（）。

A. 计算透镜的重量B. 模拟光学系统的成像质量C. 测量透镜的折射率D. 制造透镜答案：B二、填空题（每题2分，共10分）1. 光学设计中的像差包括球差、色差、______、______等。

答案：像散、场曲2. 光学设计中，透镜的______是指透镜对光线的聚焦能力。

答案：焦距3. 光学设计软件通常包括______、______、优化算法等功能。

答案：光线追迹、光学系统建模4. 在光学设计中，______是指透镜对不同波长光的折射能力不同，导致成像质量下降。

答案：色差5. 光学设计中，______是指透镜对光线的汇聚或发散作用。

答案：折射三、简答题（每题5分，共20分）1. 简述光学设计中像差产生的原因及其对成像质量的影响。

答案：像差产生的原因主要是由于透镜对不同波长的光折射能力不同，以及透镜形状的非完美性。

像差会导致成像模糊、颜色分离、边缘模糊等问题，从而影响成像质量。

2. 在光学设计中，如何减少色差？答案：减少色差可以通过使用不同折射率的透镜材料、使用非球面透镜、采用复合透镜组等方式来实现。

3. 光学设计软件在设计过程中扮演什么角色？答案：光学设计软件在设计过程中扮演着模拟、分析和优化光学系统的角色，它可以帮助设计师预测和评估光学系统的性能，从而指导实际的光学系统设计。

【目录】●光的直线传播●光的反射●平面镜成像●光的折射●红外线和紫外线●凸透镜成像【内容】●光的反射*轿车装上茶色玻璃后，为什么行人很难看清乘车人的面孔？答：因为行人要看清车内乘客的面孔，必须从面孔反射透足够强的光透过玻璃射入行人眼里，由于茶色玻璃能吸收一部分光线，还会反射一部分光线。

因此，由面孔射入玻璃，经玻璃折射到车外的光线很弱所以，很难看清乘客的面孔。

●平面镜成像*平面镜成的像是正立的，但为什么平静水面下的倒影却是倒立的？答：因为平面镜成的像与物到镜面的距离相等，且它们的连线跟镜面垂直，景物的底端离水面近，倒影就离水面近；景物的顶端离水面远，倒影就离水面远。

所以，“倒影”是倒立的。

●光的折射*小猫抓不着鱼，学得很奇怪（图10）。

请你说出其中的物理道理。

答：水中的鱼射向空气中的光在水面发生折射，折射光线远离法线，此时猫所看到的鱼实际上是鱼的虚像（2分），猫根据光沿直线传播的经验，叉向鱼的虚像，所以抓不着鱼。

●红外线和紫外线*简答题：阅读图17所示的“全自动感应水龙头”示意图，回答下面的问题：（1）这是利用进行自动控制的。

（2）你能简述其工作原理吗？（3）红外感应开关还应用于哪些场所？图17凸透镜成像*有一个透镜不知是凸透镜还是凹透镜，请你至少用两种方法鉴别的方法和理由。

方法一：用干净的手摸一摸，中间厚边缘薄的是凸透镜，中间薄边缘厚的是凹透镜；理由：依据凸透镜、凹透镜的结构特点；方法二：将透镜对着太阳光，若太阳光被会聚成一个亮斑，则是凸透镜，否则，是凹透镜。

理由：凸透镜对光有会聚作用；方法三：将透镜靠近书上的字，若字放大了，则是凸透镜，否则，是凹透镜。

理由：凸透镜能成正立放大的像*有一个不知焦距的放大镜（凸透镜），请你想办法粗略地测出它的焦距。

答：将凸透镜正对太阳光，来回移动凸透镜，直到地面上找到一个最小、最亮的光斑为此，用刻度尺测出光斑到凸透镜的距离即为焦距。

*小明同学用镜头焦距为6cm的普通照相机给小芳同学照相，按快门时不小心将中指的指尖触摸到镜头的一小部分。

光学简答1．（09二模）夏天，在海面上方有时会出现“海市蜃楼”现象，请解释这个现象。

2.（10一模）从燃烧的火炉一侧，通过火炉上方的空气看另一侧直立的静止物体，看到的物体在“晃动”。

请解释这个现象。

3．（11二模）小明将写着“F”字的白纸，放在装有水的饮料瓶后面，眼睛在饮料瓶的正前方某位置向饮料瓶方向观察，看到了“F”字的像是水平方向颠倒、竖直方向不颠倒且在水平方向比白纸上的“F”字大，如图12所示。

请分析说明像的产生原因及观察点的大致位置。

4．（12一模）一块厚玻璃砖和钢笔的位置如图13（甲）所示，玻璃砖与钢笔有一定的距离。

眼睛在偏右的位置玻璃砖方向观察，看起来被玻璃砖挡住的这段钢笔出现了“向左偏移”的现象。

请解释这个现象。

〔注：如果需要，可在俯视图（乙图）上画示意图，以辅助说明〕5．（12二模）杯壁很薄的圆柱形玻璃杯中装有多半杯水，将一只铅笔斜插入水中，看起来铅笔在水面处“折断”了，如图12（甲）所示，请解释这个现象。

〔注：如果需要，可在水面处横断面的俯视图（乙图）上画示意图，以辅助说明。

O为圆心〕6．（13二模）如图13(甲)所示，渔民在平静的海面上叉鱼时，鱼叉要对准所看到的“鱼”的正下方才可能叉到鱼，请分析说明其原因。

[注：如果需要，可在图13(乙)上画光路示意图，以辅助说明]7.（13中考）海上有风时，海面出现波浪，某区域海面呈圆弧形，O为圆心，圆弧形海面正下方的水中有一条鱼（用箭头AB表示），如图13所示。

此时，从圆弧形海面上方看到了水中的这条“鱼”。

看到的“鱼”是鱼的缩小的虚像，请分析说明其原因。

（注：可在图上画光路示意图，以辅助说明）8.（15二模）某宾馆大厅的水平地面和墙壁都贴有大理石，地面较光滑，墙壁较粗糙。

小明将激光笔发出的激光斜射向地面，如图11所示。

他看到地面和墙壁上各出现一个光斑，并且墙壁上的光斑比地面上的光斑亮。

请解释这个现象。

答案：1．夏天，空气温度高，海水温度低，导致低空气体密度大于高空气体密度（１分）。

光学设计期末考试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 光学设计中，用于描述光束聚焦能力的参数是（）。

A. 焦距B. 光斑直径C. 光束质量D. 光束发散角2. 以下哪个不是光学系统的基本特性？（）A. 分辨率B. 放大倍数C. 色差D. 重量3. 在光学系统中，色差的类型不包括（）。

A. 球面色差B. 色差C. 色差D. 色差4. 光学系统中，为了校正色差，通常采用的光学元件是（）。

A. 透镜B. 反射镜C. 棱镜D. 滤光片5. 光学系统中，用于校正球面像差的常用方法是（）。

A. 使用非球面透镜C. 使用滤光片D. 使用棱镜6. 在光学设计中，用于描述成像质量的参数是（）。

A. 分辨率B. 放大倍数C. 色差D. 焦距7. 光学设计中，用于计算光学系统的像差的方法是（）。

A. 几何光学法B. 波动光学法C. 干涉光学法D. 衍射光学法8. 以下哪个不是光学设计软件的名称？（）A. ZemaxB. Code VC. MATLABD. Photoshop9. 光学设计中，用于描述光学系统成像能力的参数是（）。

A. 分辨率B. 放大倍数C. 色差D. 焦距10. 光学系统中，用于校正畸变的常用方法是（）。

A. 使用非球面透镜B. 使用反射镜D. 使用棱镜二、填空题（每空2分，共20分）11. 光学设计中，焦距是指从____到____的距离。

12. 光学系统中，色差的类型包括____和____。

13. 光学设计中，分辨率是指光学系统能够分辨的____。

14. 光学设计软件Zemax主要用于____。

15. 光学系统中，畸变是指成像时____和____的不一致。

16. 光学设计中，放大倍数是指成像系统成像的____与____的比值。

17. 光学设计中，非球面透镜主要用于校正____。

18. 光学设计软件Code V主要用于____。

19. 光学设计中，干涉光学法用于计算光学系统的____。

20. 光学系统中，衍射光学法用于研究光的____。

一、为什么说光学分辨率不是一种完善的光学系统成像质量评价的方法？1、只能用于大相差光学系统，因为分辨率是与系统的像差大小有关的，对大相差光学系统以分辨率作为系统的成像质量指标是常用的方法，但在小像差光学系统中，实际分辨率几乎只与系统的相对孔径（即衍射现像）有关，受像差的影响很小。

2、与实际情况存在差异3、对照相物镜等作分辨率检测时，有时会出现“伪分辨现像”故用分辨率来评价光学系统的成像质量不是一种严格而可靠的评价方法。

二、何谓正弦差及不产生正选差的点。

系统不满足等晕条件，等晕公式两端不相等，其偏差就是正弦差，它反映了小视场时宽光束成像的不对称性。

不产生正弦差的特殊位置：1、i z=0，光阑位于球面的曲率中心2、L=0,物点位于球面顶点3、i=i’=0，物点位于球面的曲率中心4、i’=u,得到L=(n+n’)r/n三、简述何谓瑞利判据及其优点。

定义：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（LordRayleigh）准则瑞利判据的优点是：1简单、明确、便于使用。

2对通光孔的形状不需做什么假定，只要计算波像差即可。

四.简述几种像质评价的方法及其使用的范围。

几何相差法瑞利（Reyleigh）判断法，中心点亮度法：主要适用于小像差光学系统点列图，分辨率：由于主要考虑成像质量的影响，适用于大像差光学系统波相差：由于要求严格，因此仅适用于小像差光学系统传递函数：它既与光学系统的像差有关，又与光学系统的影射效果有关，故用它来评价光学系统的成像质量，具有客观和可靠的优点，并同时运用于小像差光学系统和大像差光学系统四、评价像质的方法主要有哪几种？各有什么优缺点？答：评价像质的方法主要有瑞利（Reyleigh）判断法、中心点亮度法、分辨率法、点列图法和光学传递函数（OTF）法等5种。

瑞利判断便于实际应用，但它有不够严密之处，只适用于小像差光学系统；中心点亮度法概念明确，但计算复杂，它也只适用于小像差光学系统；分辨率法十分便于使用，但由于受到照明条件、观察者等各种因素的影响，结果不够客观，而且它只适用于大像差系统；点列图法需要进行大量的光线光路计算；光学传递函数法是最客观、最全面的像质评价方法，既反映了衍射对系统的影响也反映了像差对系统的影响，既适用于大像差光学系统的评价也适用于小像差光学系统的评价。

《光学》经典简答、探究18题答案1、（1）依次跳起解析：农夫看到牛跳起,是牛跳起时反射的光进入他的眼睛,因为三头牛距离农夫的远近不同,所以对农夫来说三头牛是依次跳起的．（2）2S1 /C解析：由图知,当在A位置的农夫合上电源开关起,电流以光速向奶牛的方向运动,当B牛受到电击跳起的景象回到农夫眼前所用总的时间为：2S1/ C ,其中C为光速（3）对于在农夫对面E点的爱因斯坦来说,由于光和电传播的速度相同,因此,他看到的是三头牛同时跳起．（4）对于同一类事件,由于观察者的位置不同,看到其发生的时间是不同的．2、红因为通过三棱镜的折射之后,红光的偏折程度最小。

3、（1）刻度尺解析：所用的主要器材有平行光源、光屏、刻度尺,光屏便于找到焦点,刻度尺测出焦距（如图）。

（2）只测一块镜片焦距和凸透镜的原焦距相等,一次实验很具有偶然性,要测量多个碎片的焦距,然后总结结论．（3）上解析：凸透镜成像能呈现在光屏上是实像．实像在光屏的上方,要么烛焰太低,要么光屏太低,所以使蜡烛上移或使光屏上移．（4）连接AO并延长,过A点作主光轴的平行线交凸透镜一点,连接该点和凸透镜的焦点F并延长,与AO的延长线交于一点A′,该点是物体AB的A点像的位置,作该点垂直于主光轴,即为AB在光屏上所成的像的大致位置．如上图所示。

4、2解析：表中快门一行每格中的数值大约总是左边相邻数值的2倍,这表示镜头进光时间只有左边相邻一挡的一半.为了保证光照能量一定,镜头进光量应该是左边一挡的2倍.这就是说,镜头的进光面积应该是左边一挡的2倍。

从圆面积公式S=π（d/2）2这表示,要使进光量扩大为原来的2倍,镜头的直径应该扩大为原来的2倍,即1.4倍·由于和"光圈"值的16实际是指镜头焦距的1/16〈依此类推〉,所以光圈一行每个数值的它右侧数值的1.4倍.用表中的数值验证一下这个关系：16/11=1.45, 11/8=1.38, 8/5.6=1.43, 5.6/4=14,4/2.8=1.43,这与我们的推断相符.所以,光圈一行最右一格的数值应该是 2.8/1.4=25、虚凸近解析：近视镜从前面观察,会由于光的反射成像,镜片是有弧度的,从前面看向外凸,与凸面镜成像是一样的,成的是虚像,离镜片越近,所成的像越大．6、sini/cosr＝1.497、（1）红花反射红色光,吸收其他颜色的光；（2）红色光的热效应较强；（3）白色花反射所有颜色的光,很少吸收色光。

光学系统设计（五）参考答案及评分标准 20 分）二、填空题（本大题11小题。

每空1分，共20 分）21.小22.色差、色差、场曲球心处、顶点处、齐明点处（r nn n L '+=） 25.%100y y y q z ⨯''-'='、前、29.场曲30.边缘、31.彗差、畸变、倍率色差三、名词解释（本大题共5 小题。

每小题2 分，共 10 分）32．像差：实际光学系统所成的像和近轴区所成的像之间的差异称为像差。

评分标准：主要意思正确得2分。

33．二级光谱：如果光学系统已对两种色光校正了位置色差，这两种色光的公共像点相对于第三种色光的像点位置仍有差异，该差异称为二级光谱。

评分标准：答对主要意思得2分。

34．焦深：由于实际像点在高斯像点前后0l '∆范围以内，波像差不超过1/4波长，故把0l 2'∆定义为焦深，即20u n l 2''≤'∆λ。

评分标准：主要意思正确得2分。

35．正弦差：正弦差是轴外小视场成像的宽光束的不对称性的量度，其表达公式为y K C S S ''≈'。

评分标准：主要意思正确得2分。

36．复消色物镜：校正了系统二级光谱的物镜，称为复消色物镜。

评分标准：答对主要意思得2分。

四、简答题（本大题共 6 小题。

每小题 5 分，共30 分）37．简述瑞利判断和斯托列尔准则，二者有什么关系？答：瑞利判断：实际波面与参考球面波之间的最大波像差不超过4/λ时，此波面可看作是无缺陷的。

斯托列尔准则：成像衍射斑中心亮度和不存在像差时衍射斑中心亮度之比8.0..≥D S 时，认为光学系统的成像质量是完善的。

这两个准则是相互一致的，当最大波像差为4/λ时，..D S 值刚好约等于 评分标准：答出每个准则的概念各得2分，关系正确得1分。

38．完全对称式系统，当⨯-=1β时，垂轴像差与沿轴像差有何特性？答：垂轴像差可以得到自动校正，即彗差、畸变和倍率色差均为零；而沿轴像差为系统半部像差的2倍，如球差、像散、场曲和位置色差。

光学部分问答题及答案1．将一根直的竹筷插入水中，你看到筷子是直的吗？解释你看到的现象答：不是直的，在水中的部分看起来向上弯折．这是因为从筷子反射的光射向空气中，在水面处发生折射，折射角大于入射角，眼睛逆着折射光线看去，觉得好像是从水中筷子上方的某一点射来的，所以看起来筷子向上弯折．2．如何用较简单的办法粗略地测量一个凸透镜的焦距？答：（1）在阳光下固定一凸透镜，让阳光垂直照射凸透镜；（2）在凸透镜后面放一白纸，前后移动白纸，直到在白纸上得到一个最小的亮点为止固定白纸位置；（3）用刻度尺测出凸透镜和白纸的距离即是凸透镜的焦距．3.有一杯水,水底放一个小石头,小光同学想要用激光笔照亮石头,他应该:A:用笔照所看到的石头B:用笔照看到的石头的上方C:用笔照所看到石头的下方D:以上都照不到4.潜水运动员在水中看到岸上的景物要比实际的景物高些还是矮些呢？为什么？答：高些，这是因为光的折射，岸上的景物反射的光右空气进入水面时发生折射后才进入潜水员的眼中，看起来就觉得这些光线好像是从折射后的光线的反向延长线的交点射来的，所以在水中看岸上的景物要比实际的高些。

5.在太阳光的照射下，地面上的物体总会留下影子，为什么？答：光具有沿直线传播的特性，在传播中遇到不透明的物体时，光被物体挡住，于是便产生了阴暗区域，就是影子6.实像和虚像都可以在光屏上显示出来吗？为什么？答：实像在屏上可以显示出来，因为像上各点都是从物体传播出的光线的交点。

虚像在屏上不能显示，因为它不是实际光线会聚而成的。

7.在一光源前放一凸透镜，怎样放置在凸透镜前会出现平行光？答：使光源处于凸透镜的焦点处。

8、看电影时，不知你是否想过为什么电影银幕往往都是用粗糙的白布做呢？如改用大平面镜情况怎样呢？答：光照到粗糙的白布上时，会发生漫反射，坐在电影院内任何角度的人都能看到屏幕上的图像。

如果改用平面镜将会发生镜面反射，只有某个位置的人能看到非常强的光，看到到图像。

1近视镜为什么用凹透镜？而远视镜为什么用凸透镜？2矫正近视眼的近视镜为什么要用凹透镜？3小华家有四付眼镜：小明的近视眼镜、妈妈的平光眼镜、爸爸的老花眼镜和奶奶度数更深的老花眼镜。

镜片看起来都差不多，镜框也完全一样。

怎样区分哪一付是谁的？4小明想替爷爷买一副老花镜，约了几位同学到眼镜店去选购。

他看中一副样式新颖的眼镜，但不知道是老花镜还是近视眼镜，请你为小明提出一个既不伤害眼镜镜片，又能最简便最快的正确判断的方法，并简要说明你的理由。

5小明同学用镜头焦距为6 cm的普通照相机给小芳同学照相，按快门时不小心将中指的指尖触摸到镜头的一小部分．这张照片上能不能有小明同学指尖清晰的像?并说明理由．6在做“研究凸透镜成像规律”的实验中，某同学先把凸透镜固定在光具座上，然后将光屏和点燃的蜡烛分别放置在凸透镜两侧，如果它在光具座上无论怎样左右移动光屏，在光屏上都不能呈现烛焰的像则可能有几种原因？7把一支点燃的蜡烛立于凸透镜的一侧，在另一侧屏上可以得到烛焰的像，如果用黑纸遮住凸透镜的下半部，屏上还能得到烛焰的像吗?8为了防止森林火灾，在森林里不允许随地丢弃透明的装液体的饮料瓶，这是为什么？9有一透镜，不知是凸透镜还是凹透镜，你能至少用两种方法简单加以鉴别吗?请写出两种可以比较方便地估测一个凸透镜焦距的方法。

10 如何判断一个透镜是凹透镜还是凸透镜?简要写出判断方法。

11在做“探究平面镜成像特点”的实验中，（1）选用的器材有：玻璃板、两根相同的蜡烛、、（2）此实验不用平面镜而是用玻璃板，原因是：（3）实验时，我们在桌面上竖立一块玻璃板，把一支点燃的蜡烛放在玻璃板前面，可以看到玻璃板后面有烛焰的像。

要想研究平面镜成像的特点，关键是设法确定像的位置。

仔细想想，实验时具体的做法是这样我们就可以确定像的位置了。

（4）移去蜡烛B，并在其所在位置上放一光屏，则光屏上（选填“能或不能”）接收到烛焰的像。

这说明平面镜成的像是像。

（5）请归纳平面镜的成像特点（至少要写出2个特点）。

高中物理光学简答题实例分析光学是高中物理中的一个重要章节，其中简答题是考察学生对光学知识掌握和应用能力的重要方式。

在解答光学简答题时，我们需要注意题目的要求，合理运用所学的知识和解题技巧。

本文将通过几个典型的光学简答题来进行分析和说明，帮助高中学生和家长更好地理解和应对这类问题。

第一题：什么是光的直线传播？光的直线传播是指光在同一介质中沿直线传播的现象。

光的直线传播是光的一种基本特性，也是光学中的一个重要概念。

在光的直线传播过程中，光线的传播方向与光的传播速度成正比，与光的波长无关。

这个问题主要考察学生对光的传播特性的理解，以及对光线传播方向与速度的关系的把握。

第二题：为什么我们看到的物体是彩色的？我们看到的物体之所以呈现出彩色，是因为物体对光的吸收和反射的特性不同。

当光照射到物体上时，物体会吸收其中一部分光的能量，而反射出另一部分光。

根据物体对不同波长光的吸收和反射情况，我们才能看到不同颜色的物体。

比如，当我们看到一本红色的书时，是因为这本书吸收了其他颜色的光，只反射出了红色的光。

这个问题主要考察学生对光的吸收和反射的理解，以及对彩色形成原理的掌握。

第三题：为什么太阳看起来是红色的？太阳在空中看起来是红色的主要是因为光在大气中的散射现象。

当太阳光穿过大气层时，会与大气中的气体和粒子发生散射。

由于太阳光中的蓝色光波长较短，容易被大气中的气体和粒子散射，而红色光波长较长，能够相对稳定地穿过大气层到达地面。

因此，当我们看太阳时，太阳光中的蓝色光被散射掉了，只剩下红色光，所以太阳看起来是红色的。

这个问题主要考察学生对光的散射现象的理解，以及对太阳光颜色的形成原理的把握。

通过以上几个光学简答题的分析，我们可以发现，解答这类问题时，首先要理解题目的要求，明确考察的知识点。

其次，要运用所学的光学知识，合理解释问题，给出准确的答案。

在解答过程中，可以通过具体的例子或实验来加深理解和说明。

最后，要注意语言表达的准确性和清晰度，使答案更具说服力。

应用光学试题一、问答题1、在几何光学框架内，光的传播规律可归纳为四个基本定律，请分别简述其内容。

（1）光的直线传播定律：在各向同性介质中，光沿直线传播。

（2）光的独立传播定律：从不同的光源发出的光束以不同的方向通过空间某点时，彼此互不影响，各光束独立传播。

（3）反射定律：入射光线、反射光线和投射点法线三者在同一平面内，入射角和反射角二者绝对值相等且符号相反，即入射光和反射光在法线两侧。

（4）折射定律：入射光线、折射光线和投射点法线三者在同一平面内，入射角的正弦与折射角的正弦之比与入射角的大小无关，而与两种介质的性质有关。

对一定波长的光线，在一定温度和压力的条件下，该比值为一常数，等于折射光线所在介质的折射率ｎ＇和入射光线所在介质的折射率ｎ之比。

2、何为马吕斯定律？光学系统成完善像的条件是什么？（1）马吕斯定律：光线在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面的正交性；并且入射波面和出射波面对应点之间的光程均为定值。

（2）光学系统成完善像的条件：光束一致（入射、出射光束均为同心光束）；波面一致（入射、出射波面均为球面波）；物、像点间任意光路的光程相等。

3、何为阿贝不变量和拉赫不变量？它们的物理意义是什么？（1）阿贝不变量：1111''Q n n r l r l ⎛⎫⎛⎫=-=- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ ；其物理意义是，近轴区，一折射面的物空间和像空间的一对共轭点的位置是确定的。

（2）拉赫不变量：'''nyu n y u J == ，'''nytgu n y tgu J == ；进入光学系统的总能量是保持不变的（前者针对近轴区而言，后者是对前者的推广，是系统对任意大小物体用任意光束成像的普式）。

4、光学系统对轴上点成像时会存在哪些像差？它们有什么特点？会存在球差和位置色差。

（1）球差：轴上点发出的同心光束经过光学系统后，不在是同心光束，不同入射高度（h ）的光线将于光轴于不同的位置，相对近轴像点（理想像点）有不同程度的偏离，这种偏离称轴向球差。

光学试题及答案1. 光的波动理论是由哪位科学家首次提出的？2. 请解释什么是光的干涉现象，并给出一个实际的例子。

3. 什么是衍射现象？并简述其与干涉现象的区别。

4. 什么是全内反射，它在哪些领域有应用？5. 描述一下光的偏振现象，并解释其在日常生活中的应用。

6. 什么是光的色散现象？请解释为什么天空是蓝色的。

7. 请解释什么是光的折射，以及折射率是如何定义的。

8. 什么是光的多普勒效应？请给出一个实际的例子。

9. 什么是激光，它有哪些特性？10. 请描述一下光纤通信的基本原理。

答案1. 光的波动理论最初是由荷兰物理学家惠更斯提出的。

2. 光的干涉现象是指两个或多个相干光波在空间相遇时，它们的振幅相加产生加强或减弱的现象。

例如，肥皂泡上彩色条纹就是光的干涉现象。

3. 衍射现象是指光波在遇到障碍物或通过狭缝时，波前发生弯曲，形成新的波前分布的现象。

与干涉不同，衍射不要求光波相干，而是波的自然传播特性。

4. 全内反射是指当光从光密介质射向光疏介质，且入射角大于临界角时，光完全反射回光密介质中的现象。

这一现象在光纤通信、潜水镜等应用中非常重要。

5. 光的偏振现象是指光波振动方向的有序排列。

偏振光在日常生活中的应用包括偏振太阳镜，可以减少眩光，提高视觉舒适度。

6. 光的色散现象是指光通过介质时，不同波长的光以不同速度传播，导致光的分离。

天空呈现蓝色是因为大气中的分子和微小颗粒对短波长的蓝光散射效果更强。

7. 光的折射是指光从一种介质进入另一种介质时，传播方向发生改变的现象。

折射率定义为光在真空中的速度与在介质中速度的比值。

8. 光的多普勒效应是指当光源和观察者相对运动时，观察者接收到的光频率与光源发射的频率不同的现象。

例如，救护车的警笛声在接近和远离时音调会发生变化。

9. 激光是一种特殊的光，具有单色性、相干性和方向性。

激光在医疗、通信、工业加工等领域有广泛应用。

10. 光纤通信是利用激光在光纤中传播的特性进行信息传输的技术。

光学设计考试题及答案1. 光学设计中的基本概念- 什么是光学系统的焦距？- 简述光学系统的视场和视场角。

2. 光学系统的基本类型- 列举三种常见的光学系统类型，并简要说明其特点。

3. 光学设计中的参数- 解释什么是光学系统的光圈数和相对孔径。

- 描述焦距与视场角之间的关系。

4. 光学系统的成像质量评价- 什么是光学系统的分辨率？- 简述光学系统的色差和如何减少色差。

5. 光学设计中的像差分析- 列举并解释五种主要的像差类型。

- 描述如何通过光学设计减少像差。

6. 光学设计中的光学元件- 简述透镜和反射镜在光学设计中的作用。

- 解释什么是光学滤波器及其作用。

7. 光学系统的设计与优化- 描述光学系统设计的基本步骤。

- 简述如何使用计算机辅助设计（CAD）软件进行光学系统优化。

8. 现代光学设计技术- 简述衍射光学元件（DOE）的概念及其在光学设计中的应用。

- 描述自由曲面光学元件的优势和设计挑战。

答案1. 光学设计中的基本概念- 焦距是光学系统成像点到焦点的距离。

- 视场是光学系统能够观察到的区域，视场角是该区域的夹角。

2. 光学系统的基本类型- 望远镜、显微镜和相机镜头是三种常见的光学系统类型。

望远镜用于观察远距离物体，显微镜用于观察微小物体，相机镜头用于捕捉图像。

3. 光学设计中的参数- 光圈数是光学系统光圈直径与焦距的比值，相对孔径是光圈直径与焦距的比值。

- 焦距越短，视场角越大。

4. 光学系统的成像质量评价- 光学系统的分辨率是指系统能够区分两个相邻物体的最小距离。

- 色差是由于不同波长的光在光学系统中的折射率不同而产生的，可以通过使用消色差透镜来减少。

5. 光学设计中的像差分析- 主要的像差类型包括球面像差、色差、场曲、畸变和像散。

- 通过选择合适的光学元件组合和调整光学系统参数来减少像差。

6. 光学设计中的光学元件- 透镜用于聚焦或发散光线，反射镜用于改变光线的传播方向。

- 光学滤波器用于选择性地传输特定波长的光，用于改善成像质量或实现特定效果。

1.2光学系统有哪些特性参数和结构参数？特性参数：（1）物距L（2）物高y或视场角①（3）物方孔径角正弦sinU或光速孔径角h（4）孔径光阑或入瞳位置（5）渐晕系数或系统中每一个的通光半径结构参数：每个曲面的面行参数（r,K,a4,a6,a8,a10）、各面顶点间距（d）、每种介质对指定波长的折射率（n）、入射光线的位置和方向1.3轴上像点有哪几种几何像差？轴向色差和球差1.4列举几种主要的轴外子午单色像差。

子午场曲、子午慧差、轴外子午球差1.5什么是波像差？什么是点列图？它们分别适用于评价何种光学系统的成像质量？波像差：实际波面和理想波面之间的光程差作为衡量该像点质量的指标。

适用单色像点的成像。

点列图：对于实际的光学系统,由于存在像差,一个物点发出的所有光线通过这个光学系统以后,其像面交点是一弥散的散斑。

适用大像差系统2.1叙述光学自动设计的数学模型。

把函数表示成自变量的幂级数,根据需要和可能,选到一定的幂次,然后通过实验或数值计算的方法,求出若干抽样点的函数值,列出足够数量的方程式,求解出幂级数的系数,这样,函数的幂级数形式即可确定。

像差自动校正过程,给出一个原始系统,线性近似,逐次渐进。

2.2适应法和阻尼最小二乘法光学自动设计方法各有什么特点,它们之间有什么区别？适应法：参加校正的像差个数m必须小于或等于自变量个数n，参加校正的像差不能相关,可以控制单个独立的几何像差,对设计者要求较高,需要掌握像差理论阻尼最小二乘法：不直接求解像差线性方程组,把各种像差残量的平方和构成一个评价函数①。

通过求评价函数的极小值解，使像差残量逐步减小，达到校正像差的目的。

它对参加校正的像差数m没有限制。

区别：适应法求出的解严格满足像差线性方程组的每个方程式；如果m>n或者两者像差相关,像差线性方程组就无法求解,校正就要中断。

3.1序列和非序列光线追迹各有什么特点？序列光线追迹主要用于传统的成像系统设计。

以面作为对象,光线从物平面开始,按照表面的先后顺序进行追迹,对每个面只计算一次。

光学设计cad答案三----2ad5d14a-7157-11ec-9085-7cb59b590d7d光学设计cad答案三光学设计CAD应答LPAR；（三） rPar；光学系统设计(三)一、单选题（本主题共有20个子题，每个子题得1分，共20分）在每小题列出的四个备选项中只有一个是正确的，请将其代码填写在题后的括号内。

错选、多选或未选均无分。

1.如果系统的像散为零，则系统的子午场曲率（）。

a.大于零b.小于零c.等于零d.无法判断2.对于双胶薄透镜组，如果位置色差校正为零，则放大色差值为（）。

a.大于零b.小于零c.等于零d.无法判断3.在以下像差中，影响光圈光圈大小和位置的像差为（）。

a.球差b.彗差c.像散和场曲d.畸变4.除球中心和顶点外，第三对无球障碍物的截距为（）。

a、 l=n+n'n+n'n-n-n'rb。

l=rc。

l=rd.l=rnn'nn'5．下列像差中，属于轴外点细光束像差的是()。

a、球差B.经向彗差C.经向场曲线D.畸变6．瑞利判据表明，焦深是实际像点在高斯像点前后一定范围内时，波像差不会超过()。

a.1111λb.λc.λd.λ3524nd-1nd+1nd+1nd-1b。

νd=c.νd=d.νd=NF-NCNF+NCNF-NCNF+nc7。

对于视觉光学系统，介电材料的阿贝常数定义为（）。

a、νd=8．k9玻璃和zf6玻璃属于()。

a、王冠玻璃和燧石玻璃B.燧石玻璃和王冠玻璃c.均属火石玻璃d.均属冕牌玻璃9.在ZEMAX软件中设计微物镜。

输入视野数据时，选择（）。

a.angle（deg）b.objectheightc.paraxialimageheightd.realimageheight10.以下哪个缩写图标（）表示ZEMAX软件中的传递函数。

a.fieb.optc.sptd.mtf11.在下列透镜中，设计中应使用追逐光线的透镜（）。

光学工程师试题及答案解析一、选择题1. 光的波长范围是多少？A. 10^-10 m 至 10^-6 mB. 10^-6 m 至 10^2 mC. 10^-7 m 至 10^3 mD. 10^-8 m 至 10^4 m答案：B2. 什么是衍射现象？A. 光的直线传播B. 光的反射现象C. 光绕过障碍物继续传播D. 光的折射现象答案：C3. 光纤通信中，信号传输的媒介是什么？A. 空气B. 真空C. 玻璃或塑料纤维D. 水答案：C二、填空题4. 光的折射定律是______定律。

答案：斯涅尔（Snell）定律5. 光学系统中，透镜的焦距越短，其视角______。

答案：越大三、简答题6. 简述光学干涉的条件。

答案：光学干涉的条件包括：两束光的频率相同，相位差恒定，振动方向一致。

7. 什么是光学成像的基本原理？答案：光学成像的基本原理是光线通过光学系统（如透镜或反射镜）后，按照一定的规律在成像面形成物体的像。

四、计算题8. 已知一束光的波长为500 nm，求其在真空中的波速。

答案：光在真空中的波速是一个常数，为 \( c = 3 \times 10^8 \) m/s。

波长（\( \lambda \)）与波速（\( c \)）和频率（\( f \)）之间的关系为 \( c = \lambda f \)。

由于题目中只给出了波长，而没有给出频率，因此无法直接计算波速。

但是，由于光在真空中的波速是一个已知常数，所以可以直接给出答案。

9. 一个凸透镜的焦距为20 cm，物体距离透镜15 cm，求像的性质和位置。

答案：根据透镜公式 \( \frac{1}{f} = \frac{1}{d_o} +\frac{1}{d_i} \)，其中 \( f \) 是焦距，\( d_o \) 是物距，\( d_i \) 是像距。

将给定的数值代入公式，可以解得像距 \( d_i \)。

由于物距小于焦距，根据透镜成像规律，会形成一个正立、放大的虚像。