(完整word版)郁道银主编_工程光学(知识点)
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《工程光学基础》考试大纲主要参考书目1.工程光学基础教程,郁道银,谈恒英,机械工业出版社,2008 2.工程光学(第4版),郁道银,谈恒英,机械工业出版社,2016考试内容和考试要求一、几何光学基本定律与成像概念考试内容:1、几何光学基本定律2、成像基本概念与完善成像3、近轴光学系统考试要求:1、掌握光学基本定律及几何光学基本概念2、掌握成像概念与完善成像条件3、掌握近轴光线及成像特点、掌握光轴光线成像计算二、理想光学系统考试内容1、理想光学系统的基点与基面2、理想光学系统的物像关系3、理想光绪系统的放大率4、理想光学系统的组合考试要求:1、掌握理想光学系统的基点与基面概念2、掌握理想光学系统的求物像关系(作图法与计算法)3、掌握理想光绪系统的放大率概念与相关计算4、理解理想光学系统的组合方法及计算三、平面系统考试内容1、平面镜成像2、平行平板3、反射棱镜4、折射棱镜与光楔考试要求:1、掌握平面镜成像规律2、掌握平行平板成像规律3、掌握反射棱镜成像与成像方向判断4、了解折射棱镜与光楔传光特性四、光学系统中的光阑和光束限制考试内容1、光阑2、照相系统中的光阑3、望远镜系统中成像光束的选择4、显微镜系统中的光束限制与分析考试要求:1、掌握光阑的分类及作用2、掌握照相系统中光束限制分析3、掌握望远镜系统中成像光束分析方法4、掌握显微镜系统中的光束限制与分析五、光度学考试内容1、辐射量与光学量及其单位2、光传播过程中光学量的变化规律3、成像系统像面的光照度考试要求:1、掌握光学量及其单位2、理解光传播过程中光学量的变化规律3、理解成像系统像面的光照度的计算六、典型光学系统考试内容1、眼睛及其光学系统2、放大镜3、显微镜系统4、望远镜系统5、目镜6、其它光学系统考试要求1、掌握眼睛的成像系统2、掌握放大镜成像规律3、掌握显微镜结构与相关计算4、掌握望远系统结构与相关计算5、了解其它典型光学系统的结构与成像规律五、光的干涉考试内容1、光波的叠加2、光波干涉条件3、杨氏干涉实验4、平板的双光束干涉5、典型干涉仪结构与工作原理考试要求1、理解光波叠加原理2、掌握光波干涉条件3、掌握杨氏干涉实验与相关计算4、掌握平板干涉原理及相关计算5、掌握典型干涉仪结构与相关计算六、光的衍射考试内容1、光波的标量衍射理论2、典型孔径的夫朗和费衍射3、光学成像系统的衍射和分辨本领4、多缝的夫朗和费衍射5、衍射光栅6、菲涅尔衍射考试要求1、理解光波标量衍射理论2、掌握狭缝和圆孔的夫朗和费衍射及计算3、理解光学成像系统的衍射和分辨本领4、理解多缝的夫朗和费衍射5、掌握光栅衍射原理及计算6、理解菲涅尔衍射分析方法七、光的偏振考试内容1、偏振光概述2、晶体的双折射3、晶体偏振器件考试要求1、掌握偏振光的概念及分类2、掌握晶体双折射规律及概念3、掌握晶体偏振器件传光原理试卷结构:填空、简答与计算题。
1 、波面:点光源发出的光波向四周传播时,某一时刻其振动位相相同的点所构成的等相位面称为波阵面,简称波面。
2 、几何光学的四大基本定律1 )光的直线传播定律:在各向同性的均匀介质中,光是沿着直线传播的。
2 )光的独立传播定律:不同光源发出的光在空间某点相遇时,彼此互不影响,各光束独立传播。
3 )反射定律和折射定律(全反射):全反射:当光线从光密介质向光疏介质入射,入射角大于临界角时,入射到介质上的光会被全部反射回原来的介质中,而没有折射光产生。
sinI m =n ’/n ,其中I m 为临界角。
3 、费马原理光从一点传播到另一点,其间无论经历多少次折射和反射,其光程为极值。
4 、马吕斯定律光线束在各向同性的均匀介质中传播时,始终保持着与波面正交,并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。
5 、完善成像条件(3种表述)1)、入射波面为球面波时,出射波面也为球面波;2)、入射光束为同心光束时,出射光束也为同心光束; 3)、物点A 1及其像点A k ’之间任意二条光路的光程相等。
6 、单个折射面的成像公式(定义、公式、意义)rnn l n l n -=-''' r l l 21'1=+ ( 反射球面,n n -=' )7 、垂轴放大率成像特性:β>0,成正像,虚实相反;β<0,成倒像,虚实相同。
|β|>1,放大;|β|<1,缩小。
注:前一个系统形成的实像,若实际光线不可到达,则为下一系统的虚物。
若实际光线可到达,则为下一系统的实物。
8 、理想光学系统两焦距之间的关系nn f f ''-= 9 、解析法求像方法为何?(牛顿公式、高斯公式)1)牛顿公式:2)高斯公式:'11'1f l l =-10 、理想光学系统的组合公式为何?正切计算法'tan '31U h f11 、几种典型的光组组合及其特点(组成、特点和应用)?12、平面光学元件的种类?作用?(4种)平面反射镜,唯一能成完善像的最简单的光学元件,可用于做光杠杆 平行平板,平行平板是个无光焦度的光学元件,不使物体放大或缩小, 反射棱镜,实现转折光路、转像和扫描等功能。
第三章1.人照镜子时,要想看到自己的全身,问镜子要多长?人离镜子的距离有没有关系?解:镜子的高度为1/2人身高,和前后距离无关。
2、有一双面镜系统,光线平行于其中一个平面镜入射,经两次反射后,出射光线与另一平面镜平行,问两平面镜的夹角为多少?解:OAM M //323211M M N M ⊥∴1''1I I -= 又2''2I I -=∴α同理:1''1I I -=α321M M M ∆中︒=-+-+180)()(1''12''2I I I I α ︒=∴60α答:α角等于60︒。
3、如图3-4所示,设平行光管物镜L 的焦距'f =1000mm ,顶杆离光轴的距离 a =10mm 。
如果推动顶杆使平面镜倾斜,物镜焦点F 的自准直象相对于F 产生了y =2mm 的位移,问平面镜的倾角为多少?顶杆的移动量为多少?解:θ'2f y = rad 001.0100022=⨯=θ Oθx=mm a x 01.0001.010=⨯=⨯=∴θ图3-44、一光学系统由一透镜和平面镜组成,如图3-29所示。
平面镜MM 与透镜光轴垂直交于D 点,透镜前方离平面镜600mm 有一物体AB ,经透镜和平面镜后,所成虚像''A ''B 至平面镜的距离为150mm,且像高为物高的一半,试分析透镜焦距的正负,确定透镜的位置和焦距,并画出光路图。
图3-29 习题4图解: 由于平面镜性质可得''B A 及其位置在平面镜前150mm 处''''B A 为虚像,''B A 为实像则211-=β21'1-==L L β450150600'=-=-L L解得 300-=L 150'=L又 '1L -L 1='1f mmf150'=∴答:透镜焦距为100mm 。
⼯程光学郁道银版本,单章整理好的第四章1、设照相物镜的焦距等于75mm,底⽚尺⼨为5555,求该照相物镜的最⼤视场⾓等于多少?解:第六章7、.设计⼀双胶合消⾊差望远物镜,,采⽤冕牌玻璃K9(,)和⽕⽯玻璃F2(,),若正透镜半径,求:正负透镜的焦距及三个球⾯的曲率半径。
解:2.设照相物镜的焦距等于75mm,底⽚尺⼨为5555,求该照相物镜的最⼤视场⾓等于多少?解:第五章习题⼀个100W的钨丝灯,发出总光通量为,求发光效率为多少?解:2、有⼀聚光镜,(数值孔径),求进⼊系统的能量占全部能量的百分⽐。
解:⽽⼀点周围全部空间的⽴体⾓为3、⼀个的钨丝灯,已知:,该灯与⼀聚光镜联⽤,灯丝中⼼对聚光镜所张的孔径⾓,若设灯丝是各向均匀发光,求1)灯泡总的光通量及进⼊聚光镜的能量;2)求平均发光强度解:4、⼀个的钨丝灯发出的总的光通量为,设各向发光强度相等,求以灯为中⼼,半径分别为:时的球⾯的光照度是多少?解:5、⼀房间,长、宽、⾼分别为:,⼀个发光强度为的灯挂在天花板中⼼,离地⾯,1)求灯正下⽅地板上的光照度;2)在房间⾓落处地板上的光照度。
解:第六章习题1.如果⼀个光学系统的初级⼦午彗差等于焦宽(),则应等于多少?解:2.如果⼀个光学系统的初级球差等于焦深(),则应为多少?解:3.设计⼀双胶合消⾊差望远物镜,,采⽤冕牌玻璃K9(,)和⽕⽯玻璃F2(,),若正透镜半径,求:正负透镜的焦距及三个球⾯的曲率半径。
解:4.指出图6-17中解:第七章1、.⼀个⼈近视程度是D 2-(屈光度),调节范围是D 8,求:(1)远点距离;(2)其近点距离;(3)配戴100度近视镜,求该镜的焦距;(4)戴上该近视镜后,求看清的远点距离;(5)戴上该近视镜后,求看清的近点距离。
解:① 21-==rl R )/1(m∴ m l r5.0-=②P R A -= D A 8= D R 2-=∴D A R P 1082-=--=-=m P l p1.01011-=-==③fD '=1∴m f 1-=' ④D D R R 1-=-=' m l R1-='⑤P R A '-'= D A 8= D R 1-='D A R P 9-=-'=' m l P11.091-=-='2、⼀放⼤镜焦距,通光孔径,眼睛距放⼤镜为50mm ,像距离眼睛在明视距离250mm ,渐晕系数K=50%,试求:(1)视觉放⼤率;(2)线视场;(3)物体的位置。
第一章习题1、已知真空中的光速c=3 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,问纸片最小直径应为多少?解:令纸片最小半径为x,则根据全反射原理,光束由玻璃射向空气中时满足入射角度大于或等于全反射临界角时均会发生全反射,而这里正是由于这个原因导致在玻璃板上方看不到金属片。
而全反射临界角求取方法为:(1)其中n2=1, n1=1.5,同时根据几何关系,利用平板厚度和纸片以及金属片的半径得到全反射临界角的计算方法为:(2)联立(1)式和(2)式可以求出纸片最小直径x=179.385mm,所以纸片最小直径为358.77mm。
4、光纤芯的折射率为n1、包层的折射率为n2,光纤所在介质的折射率为n0,求光纤的数值孔径(即n0sinI1,其中I1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:n0sinI1=n2sinI2 (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n0 sinI1 .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。
《工程光学》郁道银版第一章1、已知真空中的光速c=3 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,问纸片最小直径应为多少?解:令纸片最小半径为x,则根据全反射原理,光束由玻璃射向空气中时满足入射角度大于或等于全反射临界角时均会发生全反射,而这里正是由于这个原因导致在玻璃板上方看不到金属片。
而全反射临界角求取方法为:(1)其中n2=1, n1=1.5,同时根据几何关系,利用平板厚度和纸片以及金属片的半径得到全反射临界角的计算方法为:(2)联立(1)式和(2)式可以求出纸片最小直径x=179.385mm,所以纸片最小直径为358.77mm。
4、光纤芯的折射率为n1、包层的折射率为n2,光纤所在介质的折射率为n0,求光纤的数值孔径(即n0sinI1,其中I1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:n0sinI1=n2sinI2 (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n0 sinI1 .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。
第一章习题1、已知真空中的光速c=3 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,问纸片最小直径应为多少?解:令纸片最小半径为x,则根据全反射原理,光束由玻璃射向空气中时满足入射角度大于或等于全反射临界角时均会发生全反射,而这里正是由于这个原因导致在玻璃板上方看不到金属片。
而全反射临界角求取方法为:(1)其中n2=1, n1=1.5,同时根据几何关系,利用平板厚度和纸片以及金属片的半径得到全反射临界角的计算方法为:(2)联立(1)式和(2)式可以求出纸片最小直径x=179.385mm,所以纸片最小直径为358.77mm。
4、光纤芯的折射率为n1、包层的折射率为n2,光纤所在介质的折射率为n0,求光纤的数值孔径(即n0sinI1,其中I1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:n0sinI1=n2sinI2 (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n0 sinI1 .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。
第一章几何光学基本原理与成像概念在工农业,科学技术以及人类生活的各个领域,使用着种类繁多的的光学仪器,如望远镜,显微镜,投影仪等。
光学系统:千差万别但是其基本功能是共同的:传输光能或对所研究的目标成像。
研究光的传播和光学成像的规律对于设计光学仪器具有本质的意义!§1 光波和光线第一节几何光学的基本定律•从本质上讲,光是电磁波,按照波动理论进行传播。
•但是按照波动理论来讨论光经透镜和光学系统是的传播规律或成像问题时将会造成计算和处理上的很大困难,在实际解决问题时也不方便。
好累!太不方便了!•按照近代物理学的观点,光具有波粒二象性,那么如果只考虑光的粒子性,把光源发出的光抽象成一条条射线,然后来研究光学系统成像。
问题变得简单而且实用!几何光学:以光线为基础,用几何的方法来研究光在介质中的传播规律及光学系统的成像特性。
•点:光源、焦点、物点、像点•线:光线、法线、光轴•面:物面、像面、反射面、折射面由于光具有波动性,因此这种只考虑粒子性的研究方法只是一种对真实情况的近似处理方法。
必要时要辅以波动光学理论。
几何上的点:既无大小,又无体积。
当光源的大小与其作用距离相比可以忽略不计时,也可认为是一个点。
天体遥远的距离观察者一. 发光点任何被成像的物体,也是由无数个发光点组成。
1.本身发光。
2. 反射光。
因此研究物体成像时,可以用某些特征点的成像规律来推断整个物体的成像。
二、光线•发光点向四周辐射光能量,在几何光学中将发光点发出的光抽象为带有能量的射线,它代表光的传播方向。
三、光束一个位于均匀介质中的发光点,它所发出的光向四周传播,形成以发光点为球心的球面波。
某一时刻相位相同的点构成的面称为波面波面上某一点的法线就是这一点上光的传播方向,波面上的法线束称为光束•同心光束:发自一点或会聚于一点,为球面波•平行光束:光线彼此平行,是平面波•像散光束:光线既不平行,又不相交,波面为曲面。
在几何光学中研究成像时,主要要搞清光线在光学元件中的传播途径,这个途径称为光路。
第一章习题1 知真空中的光速c=3 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,问纸片最小直径应为多少?解:令纸片最小半径为x,则根据全反射原理,光束由玻璃射向空气中时满足入射角度大于或等于全反射临界角时均会发生全反射,而这里正是由于这个原因导致在玻璃板上方看不到金属片。
而全反射临界角求取方法为:(1)其中n2=1, n1=1.5,同时根据几何关系,利用平板厚度和纸片以及金属片的半径得到全反射临界角的计算方法为:(2)联立(1)式和(2)式可以求出纸片最小直径x=179.385mm,所以纸片最小直径为358.77mm。
4、光纤芯的折射率为n1、包层的折射率为n2,光纤所在介质的折射率为n0,求光纤的数值孔径(即n0sinI1,其中I1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: n0sinI1=n2sinI2 (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n0 sinI1 .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。
第一章习题1、已知真空中的光速c=3 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,问纸片最小直径应为多少?解:令纸片最小半径为x,则根据全反射原理,光束由玻璃射向空气中时满足入射角度大于或等于全反射临界角时均会发生全反射,而这里正是由于这个原因导致在玻璃板上方看不到金属片。
而全反射临界角求取方法为:(1)其中n2=1, n1=1.5,同时根据几何关系,利用平板厚度和纸片以及金属片的半径得到全反射临界角的计算方法为:(2)联立(1)式和(2)式可以求出纸片最小直径x=179.385mm,所以纸片最小直径为358.77mm。
4、光纤芯的折射率为n1、包层的折射率为n2,光纤所在介质的折射率为n0,求光纤的数值孔径(即n0sinI1,其中I1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: n0sinI1=n2sinI2 (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n0 sinI1 .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。
1 、波面:点光源发出的光波向四周传播时,某一时刻其振动位相相同的点所构成的等相位面称为波阵面,简称波面。
2 、几何光学的四大基本定律1 )光的直线传播定律:在各向同性的均匀介质中,光是沿着直线传播的。
2 )光的独立传播定律:不同光源发出的光在空间某点相遇时,彼此互不影响,各光束独立传播。
3 )反射定律和折射定律(全反射):全反射:当光线从光密介质向光疏介质入射,入射角大于临界角时,入射到介质上的光会被全部反射回原来的介质中,而没有折射光产生。
sinI m =n ’/n ,其中I m 为临界角。
3 、费马原理光从一点传播到另一点,其间无论经历多少次折射和反射,其光程为极值。
4 、马吕斯定律光线束在各向同性的均匀介质中传播时,始终保持着与波面正交,并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。
5 、完善成像条件(3种表述)1)、入射波面为球面波时,出射波面也为球面波;2)、入射光束为同心光束时,出射光束也为同心光束; 3)、物点A 1及其像点A k ’之间任意二条光路的光程相等。
6 、单个折射面的成像公式(定义、公式、意义)rnn l n l n -=-''' r l l 21'1=+ ( 反射球面,n n -=' )7 、垂轴放大率成像特性:β>0,成正像,虚实相反;β<0,成倒像,虚实相同。
|β|>1,放大;|β|<1,缩小。
注:前一个系统形成的实像,若实际光线不可到达,则为下一系统的虚物。
若实际光线可到达,则为下一系统的实物。
8 、理想光学系统两焦距之间的关系nn f f ''-= 9 、解析法求像方法为何?(牛顿公式、高斯公式)1)牛顿公式:2)高斯公式:'11'1f l l =-10 、理想光学系统的组合公式为何?正切计算法'tan '31U h f11 、几种典型的光组组合及其特点(组成、特点和应用)?12、平面光学元件的种类?作用?(4种)平面反射镜,唯一能成完善像的最简单的光学元件,可用于做光杠杆 平行平板,平行平板是个无光焦度的光学元件,不使物体放大或缩小, 反射棱镜,实现转折光路、转像和扫描等功能。
折射棱镜,改变光线的出射角,可用于放大偏转量。
通过色散进行分光 13、平面镜的成像特点和性质?平面镜的旋转特性?每一点都能成完善像,并且像与物虚实相反。
奇数次反射成镜像,偶数次反射成一致像。
平面镜转动α,反射光线转动2α。
14、平行平板的成像特性?(3点)近轴区内的轴向位移公式?平行平板是个无光焦度的光学元件,不使物体放大或缩小,只将像从物位置进行一个轴向平移。
近轴区能成完善像,非近轴区不能成完善像。
轴向位移量:等效空气层厚度:d/n15、反射棱镜的种类(4种)简单棱镜,改变出射角,增加光程屋脊棱镜,得到与物体一致的像立方角锥棱镜,出射光线平行于入射光线,像与物仅发生一个平行平移复合棱镜,实现特殊功能,如分光、分色、转像、双像等16、折射棱镜的作用?其最小偏向角公式及应用改变光线的出射角,可用于放大偏转量。
最小偏向角:α为棱镜顶角,δ为偏向角。
当光线的光路对称与折射棱镜时,偏向角最小。
已知α,测的最小偏向角δ,即可求得棱镜的折射率n。
17、光楔的偏向角公式及其应用(测小角度和微位移)δ=2(n-1)αcosφ, φ为两光楔相对旋转的角度。
当φ=90°时可用于测微小位移,单个棱镜的偏向角δ已知,棱镜间距离Δz已知,则垂轴方向的微小位移Δy=Δzδ = (n-1)αΔz18、孔径光阑:限制轴上物点孔径角大小,并有选择轴外物点成像光束作用的光阑。
入瞳/出瞳:孔径光阑经前/后光学系统在物/像空间所成的像。
孔径角:光轴上的物体点与透镜的有效直径所形成的角度。
孔径光阑、入瞳和出瞳三者是物像关系。
主光线:通过入瞳中心的光线。
19、视场光阑:限制成像范围的光阑。
入窗/出窗:视场光阑经前/后光学系统在物/像空间所成的像。
视场角:主光线与光轴的夹角物方视场角:在物空间,入窗边缘对入瞳中心张的角像方视场角:在像空间,出窗边缘对出瞳中心张的角。
视场光阑、入窗、出窗三者成物像关系20、渐晕:由轴外点发出的充满入瞳的光线被其他光孔遮拦的现象渐晕光阑:为了改善轴外点的成像,有意识的缩小某一二个透镜直径,挡去一部分成像光线,这种被缩小孔径的透镜或光阑被称为渐晕光阑。
渐晕系数:轴向光束的口径为D,视场角为ω的轴外光束在子午截面内的光束宽度为Dω,这Dω与D之比称为“渐晕系数”,用Kω表示,即Kω=Dω/D21、远心光路:孔径光阑在物镜像方焦平面上,入瞳位于无穷远处,轴外点主光线平行于光轴。
作用:物即使不在设计位置,所成像调焦不准,但弥散圆中心间距不变,不会产生太大误差。
22、光瞳衔接原则:前面系统的出瞳和后面系统的入瞳重合,使前面得入射光线能全部透过后面的系统。
23、场镜的定义、作用在一次实像面处所加的起收敛孔径角作用的透镜。
收敛目镜物方孔径角,还能调节出瞳距离,增大光路,减小筒长。
24、人眼:具有瞳孔调节和视度调节的能力。
人眼极限分辨角ε≈60″。
25、 显微镜系统:1)视觉放大率公式:2)线视场公式:光学系统在物空间能成清晰像的范围250tan y=ω ''60'=ω 显微镜的视觉放大率越大,其在物空间的线视场越小。
3)数值孔径、出瞳出D : NA=nsinu出D =500NA/Γ4)物镜的分辨率:光学系统所成像符合理想时,光学系统能分辨的最小间隔 道威判据:NAu n aλλβσ5.0sin 5.0===(斜入射时是道威判据) 5)显微镜的有效放大率:7)目镜的视度调节:(8)生物显微镜物出入出目D D D D ==β 出D =500NA/Γ渐晕系数K=50%,目镜的通光孔径入入l l y l h D z e *=*==''2tan 221ω 渐晕系数K=100%,目镜的通光孔径)2(2出D h D z e += 渐晕系数K=0,目镜的通光孔径)2(2出D h D z e -= (9)测量显微镜1tan l h U -=- ')''(h 2111l f l D -=孔 孔物入D D β= 孔出D f D e ∆='26、 开普勒望远系统分辨率和放大率:γβωω==-=-==Γ目出人1'''D D f f tg tg e o 工作放大率: Γ ’=物D =2.3*Γ 分辨率: φ=60''/Γ=140''/物D渐晕系数K=50%,目镜的通光孔径出入l l h D z e *=*=='tan 2tan 22ωω 渐晕系数K=100%,目镜的通光孔径)2(2出D h D z e += 渐晕系数K=0,目镜的通光孔径)2(2出D h D z e -= 最大极限视场角 ''tan o f y =ω y ’为视场光阑的高度,)''(2)'(2'2'tan o e e f f l D f l y l D ++=+==出物出出目ω 目镜承担的视场角为'2ω27、瑞利判据:定义一:一个点物衍射图样的中央极大与近旁另一点物衍射图样的第一极小重合,作为光学系统的分辨极限,认为此时系统恰好可以分辨开两个点物,称此分辨标准为瑞利判据。
定义二:两个波长的亮条纹只有当它们合强度曲线中央极小值低于两边极大值的0.81时才能被分辨开。
28、 平面波、球面波、柱面波的一般式: f v BEλ== ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-•=→→→→wt r k i A E exp ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-•=→→→→wt r k i r A E ex p ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-•=→→→→wt r k i r A E ex p 29、 球面波的傍轴近似:222d y x r ++= r 为到点源(0,0,-d )的距离)exp()}(2exp{)exp(22iwt y x dk i ikd d A E -+=→→30、 相速度:等相面的传播速度。
k 相v w =31、 群速度:振幅恒值点的移动速度。
32、 维纳光驻波实验:证实了光驻波的存在,光波中对乳胶起感光作用的主要是电矢量。
33、 反射系数:)sin()sin(2121θθθθ+--=s r )tan()tan(2121θθθθ+-=p r34、 反射比:21212⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-=n n n n ρ35、 光波的叠加原理:当光波在空间某区域相遇时,在相遇点产生的合振动是各个波单独在该点产生振动的矢量和。
36、 准单色光:波长宽度为λ∆与中心波长λ之比远远小于1的光波。
37、 干涉:在两个(或多个)光波叠加的区域,某些点的振动始终加强,另一些点的振动始终减弱,形成在该区域内稳定的光强强弱分布的现象。
38、 在扩展光源照明下楔形平板产生的干涉条纹的定域面应如何确定:定域面可由照明场中对应于β=0的光线通过干涉系统后在干涉场中的交点的轨迹来确定。
39、 干涉滤光片在可见光区内的中心波长:2nhcos Θ=m λ。
40、 横向相干宽度:当光源宽度等于临界宽度时,通过s1,s2两点的光不能发生干涉,则称此时的s1,s2两点之间的距离为横向相干宽度。
41、 空间相干性:若通过光波场横方向上两点的光在空间相遇时能够发生干涉,则称通过这两点的光具有空间相干性。
空间相干性源于光源的大小。
42、 时间相干性:若同一光源在相干时间∆t 内不同时刻发出的光,经过不同的路径相遇时能够产生干涉,则称光的这种相干性为时间相干性。
43、 相干时间:我们把光通过波列长度或相干长度所需的时间称为相干时间。
44、 眼睛直接观察楔板干涉场比用仪器观察更容易观察到干涉条纹①人眼具有自动调节能力,能使最清晰的干涉条纹成像在视网膜上;②人眼的瞳孔比一般地透镜的孔径小得多,限制了扩展光源的实际有效尺寸,加大了人眼观察干涉区域的定域深度。
45、 衍射:当入射光波面受到限制后,将会背离原来的几何传播路径,并呈现光强不均匀分布的现象。
46、 惠更斯-菲涅耳衍射理论的核心内容:子波相干叠加。
47、 第i 带波带片的半径λif r i =248、 光学薄膜的作用:减小光能在光学元件表面上的反射损失。
49、 单层膜 G n n n 0= 2nh=λ/2 200⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-=n n n n n nn n G G ρ 50、 双层膜102n n n n G=51、 倏 逝 波:沿着第二介质表面流动的波。
52、 光拍现象:光强随时间时大时小变化的现象。