物理光学二零零 八 至二零零九期末考试题B

d = 0.009 mm 3
5．记单轴晶体的主折射率 nx = n y = n0 , nz = ne ， “寻常光的折射率为 n0 ，非寻常光的折射 率为 ne ” 这一说法对吗？为什么？
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r
10. 自然光通过半波片后，一定是 A．线偏振光
B．圆偏振光 B
11. 折射率椭球中的矢径方向代表 A．E 矢量的方向 B．D 矢量的方向
C．k 矢量的方向 D．s 矢量的方向
12. 光在水平面内传播，如果在水平面内沿垂直于入射光束的方向观察散射光的强度为零，则入射光必 为 D 。 B．铅垂方向的线偏振光 D．水平方向的线偏振光 A 。
4． 钠黄光垂直照射一光栅，它的第二级光谱恰好分辨开钠双线( λ1=589 nm, λ2=589.6 nm)，并测得 589 nm 的第二级光谱线所对应的衍射角θ＝2.5°，第三级缺级，试求该光栅的总缝数 N，光栅常数 d 和缝 宽(已知 sin 2.5 = 0.0436 )。
o
A=
解：光栅的分辨本领为：
一．选择题（每题 3 分）
1. 某种透明媒质对于空气的临界角（指全反射）等于 45° ° ， 光从空气射向此媒质时的布儒斯特角 是 D 度。 B． 30° C． 45° D．大于 45
A． 小于 45° 2.
把一平凸透镜放在平玻璃上，构成牛顿环装置，当平凸透镜慢慢地向上平移时，由反射光形成的牛 顿环 B 。
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sin u = 1.62 2 − 1.52 2 = 0.56 ∴最大孔径角为： 2u = 68°
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D．增加
5. 闪耀光栅中，使刻槽面与光栅面成 θ 角, 目的是使 A 。
A．干涉零级与衍射零级在空间分开。 B．干涉零级与衍射零级在空间重合。 C．条纹变宽 D．自由光谱范围增大
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6. 在单缝夫琅和费衍射实验中，波长为 λ 的单色光垂直入射在宽度为 a＝6λ 的单缝上， 对应于衍射角为 30° 的方向，单缝处波阵面可分成的半波带数目为 A 2个 B 4个 u v C 6个 D 8个 uv
A 。
C
。
7. 光波沿晶体主轴方向传播时，其场矢量 E 和相应的电位移矢量 D A．一定平行 B．一定垂直 C．可能平行
D．可能垂直
8. 如果不考虑吸收、散射等损耗机制，光通过波片之后，强度 A．增加 B．降低 C．不变
C
。 D．不定
9. 记单轴晶体的主折射率 nx = n y = n0 , nz = ne ，光在其中传播时，无论 k 沿什么方向，总有一束光 波的折射率 A．= ne D 。 B．> ne D C．< ne 。 C．椭圆偏振光 。 D．自然光 D． ∈ [ no , ne ]
8. 如图所示是一根直圆柱形光纤，光纤芯的折射率为 n1，光纤包层的折射率为 n2，并且 n1
2 >n2。 （1）证明入射光的最大孔径角 2u 满足： sin u = n12 − n2 ； （2）若 n1 = 1.62 ， n2 = 1.52 ，
最大孔径角为多少？
n2
u u
θc
n1
解： （1）如图，为保证光线在光纤内的入射角大于临界角，必须使入射到光纤端面的光线 限制在最大孔径角 2u 范围内。由折射定律： sin u = n1 sin(90° − θ c ) = n1 cos θ c
2. 如何提高光学显微镜的分辨本领？ 答：提高显微镜分辨本领的途径有两种： （1）增大物镜的数值孔径； （2）减小波长，即使用短波长的光 来照明。增大数值孔径的方法包括： （1）减小物镜的焦距，使孔径角增大；(2) 用油浸物镜以增大物方 折射率。
3. 如图所示的杨氏双缝干涉实验装置中，S 为中心波长λ0＝600 nm、线宽∆λ＝6 nm 的点光源，求观察屏 上干涉条纹消失时的级次。
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ϕ2 =
－Ⅱ过程中产生相位延迟的大小为：
V2 π Vπ
ϕ = ϕ1 + ϕ 2 =
∴总的相位延迟为：
V1 + V2 1600 + 8000 π = π =π Vπ 9600
Ii 自然光通过偏振片 1 后光强变为： 2 ，由偏光干涉公式，其出射光强度 I o 为： Io = Ii I ϕ π (1 − sin 2 2α sin 2 ) = i (1 − sin 2 90° sin 2 ) = 0 2 2 2 2
与光轴平行时， 两列光波的折射率为都为 n0 ；一般情况下， 非寻常光的折射率介于 n0 、
ne 之间，因此不能说非寻常光的折射率一定为 ne 。
6． 有电场数值为 E 的圆偏振光和电场振幅为 E 的线偏振光。请给出两束光的强度关系并 简要说明其原因。 答: 圆偏振光的强度为线偏振光强度的两倍。 原因：电场为 E 的圆偏振光可以分解为两个互相垂直的方向上电场振幅为 E 的线偏振 光，因为这两束线偏振光的强度相等，且偏振方向互相垂直，不会发生干涉，故圆偏振 光的强度就等于上述为两束线偏振光的强度之和，也就是一束线偏振光强度的两倍。 （注：也可以应用光的强度公式直接计算,得到同样的结果） 7. 强度为 I i 的自然光依次通过线偏振器 P1 、KDP－Ⅰ、KDP－Ⅱ和线偏振器 P2 。 P1 、 P2 的 通光方向、KDP－Ⅰ、KDP－Ⅱ的光轴方向及外电压施加方向都示于图中。KDP－Ⅰ与 KDP－Ⅱ的切割方式、放置方向等条件相同，其 Vπ = 9600 V。不加电压时，KDP－Ⅰ、 KDP－Ⅱ的 y 轴方向均在铅垂面内，已知 V1 = 1600 V， V2 = 8000 V，求输出光强 I o 。
A．自然光 C．圆偏振光
13. 对于单轴晶体中的 O 光，以下说法正确的是 A．E 矢量和 D 矢量平行 B．E 矢量和 D 矢量有一定夹角
ห้องสมุดไป่ตู้
C．偏振方向平行于光轴 D．K 矢量和 S 矢量有一定夹角
14． 光波在真空中传播，波矢方向如图所示，已知其 电场的方向平行于纸面向上，相应磁场的方向 一定 A 。 B. 垂直于纸面向内
试题审核人：
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电子科技大学二零零 八 至二零零九 学年第 学期
物理光学（A）课程考试题（120 分钟）考试形式：以页开卷 一 二 三 四 五 六 七 八 考试日期 08 年 1 月 九 十 总分 6 日 评卷教师
随着光程差的增加，干涉级次也不断增加，当光程差增加到等于或大于波列长度时，从同一波列分 成的两个相干波列在观察点 P 处不能相遇，屏幕上光强分布的可见度下降为零，即：
∆ = r2 − r1 = kλ0 = L 0 =
λ2 0 ∆λ
时，对应干涉级次 k 就是观察屏上条纹消失时的级次，所以得：
k=
λ0 = 100 ∆λ
KDP－Ⅱ
Ii
KDP－Ⅰ
Io
P 1
- V1 +
- V2 +
P2
解： 由于 KDP 的 y 轴方向在铅垂面内， 因此自然光通过 P1 后， 线偏振光的偏振方向与 KDP 晶体新的折射率主轴 y ′ 方向成 45°角。入射光通过 KDP－Ⅰ后，其相位延迟为：
ϕ1 =
V1 π Vπ
由于为纵向应用， 因此光通过 KDP－Ⅰ后， o 光和 e 光仍然沿光轴方向传播， 通过 KDP
A. 向中心收缩， 条纹间隔不变 B. 向中心收缩，环心呈明暗交替变化 C. 向外扩张，环心呈明暗交替变化 D. 向外扩张，条纹间隔变大
3. 闪耀光栅的主闪耀波长为 12 µm ，对该光栅不满足主闪耀条件的波长是 A．8 4. B．6 D C．4 。 C．趋于零 D．2
A
µm 。
F-P 腔反射率 R 增加时，其分辨能力 A．下降 B．恒定不变
λ = mN ∆λ
λ =
其中
589 + 589.6 = 589.3 2 nm
∴光栅的总缝数为： N =
λ 589.3 = = 491 m∆λ 2 × (589.6 − 589)
第二级光谱满足： d sin θ = 2λ ∴光栅常数为： d = ∵第三级缺级 ∴缝宽为： a = 2λ 2 × 589 × 10 −6 = = 0.027 mm sin θ sin 2.5°
A. 垂直于纸面向外
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C. 平行于纸面向上
D. 平行于纸面向下
二．计算简答（每题 6 分）
1．停舟广阔平静的湖面，很难低头看到自己的面部经水面反射的像，却可以看到远岸景物明亮的倒影。 为什么？ 答：由菲涅耳公式可知水面的光强反射率随入射角的变化关系：在入射角较小时，反射率很低；光线 的入射角较大时，特别是掠射时，其反射率会急剧增大，几乎全部反射。 所以当我们低头洗脸时， 其 入射角接近于零，反射率非常小，反射光强很弱，很难看到自己脸部经水面反射的像。 而站在广阔平 静的湖面的岸边观看对岸的景物时，景物接近于掠入射，光线几乎全部反射，反射光强很强，所以可 以看到对岸景物明亮的反射倒像。