2011应用光学-期末复习_

北京化工大学2009——2010学年第二学期
《应用光学》期末考试试卷 B
班级：姓名：学号：分数：
一．名词解释
1.费马原理
2.余弦发光体
3.拉曼散射
二．简答分析题
1.有人设想用下图所示的反射圆锥腔使光束的能量集中到极小的面积上，因为出口
可以做得任意小，从而射出的光束的能流密度可以任意大。

这种想法正确吗？(4分)
2.试着讨论当白光垂直照射到空气中一厚度为380 nm的肥皂水膜上，肥皂水折射率
n=1.33，试问水膜正面呈什么颜色？背面呈什么颜色？(6分)
3.试讨论用波长为589.3 nm的平行钠光垂直照射光栅，已知光栅上每毫米有500条
刻痕，且透明和不透明的宽度相等，问最多能观察到几条亮条纹？(6分)
三．画图题
1、利用惠更斯作图法画出下图中自然光斜入射到负晶体后的折射光线，其中光轴（如
图中虚线所示）与晶体表面斜交。

四．计算题
1.一光源与屏间的距离为1.6 m，用焦距为30 cm的凸透镜插在二者之间，透镜应放
在什么位置，才能使光源成像于屏上。

2.强度为I o的单色平行光通过正交尼克耳棱镜。

现在两尼克耳棱镜之间插入一λ/4
片，其主截面与第一尼克耳棱镜的主截面成60o角，求出射光的强度（忽略反射、吸收等损失）。

应⽤光学期末复习题⼀学⽣带500度近视镜，则该近视镜的焦距为_________________,该学⽣裸眼所能看清的最远距离为_________________。

10.在通常所说的七种像差中，沿轴⽅向度量的有__ _ 、__ 、__和__ __。

11.在七种初级像差中，宽光束像差有⼏种？ _______。

12．在带分划板的开普勒望远镜中，是孔径光阑，是视场光阑，若存在渐晕，则是渐晕光阑。

13.唯⼀没有像差的光学零件为（）。

14、当保持⼊射光线的⽅向不变，⽽使平⾯镜转150⾓，则反射光线将转动（ 300）⾓。

15. ⼀平⾏细光束经⼀个球⾯镜后汇聚于镜前50mm处，则该球⾯镜的曲率半径等于（）。

2．理想光学系统中，⽆限远轴上物点与（）是⼀对共轭点，⽽⽆限远轴上像点的共轭点是（）。

3．光线经过夹⾓为的双平⾯镜反射后，出射线与⼊射线的夹⾓为（）。

4．光学系统的⼏何像差可分为（）种，其中（）种为单⾊像差，（）种为⾊差。

（）是轴上点唯⼀的单⾊像差，⽽（）是主光线像差，只使像产⽣失真，并不影响像的清晰度。

5．⾓放⼤率、轴向放⼤率和垂轴放⼤率三者之间的关系为拉赫不变⽜顿公式以为坐标原点。

6．转像系统分__ _和_____两⼤类，其作⽤是：_1、偶数个平⾯反射镜成 ( )，奇数个平⾯反射镜则成 ( )。

单个平⾯镜绕着和⼊射⾯垂直的轴转动α⾓,反射光线和⼊射光线之间的夹⾓将改变 ( )。

2、物⽅节点与（）共轭，像⽅焦点与（）共轭，物⽅焦点与（）共轭。

3、单个折射球⾯的主点位在（）；反射球⾯的焦点位于（）。

4、光学系统的孔径光阑限制（），视场光阑限制（）。

在物⽅远⼼光路中，孔径光阑位于（）。

5、共轴系统中（）放⼤率等于1的⼀对共轭⾯叫主平⾯，（）放⼤率等于1的⼀定共轭⾯叫节平⾯，在（）的情况下，主平⾯与节平⾯重合。

6、轴上像点的像差有（）和（）。

8．在球差、彗差、像散、像⾯弯曲、畸变、位置⾊差、倍率⾊差中，对轴上点成像产⽣圆形弥散斑的有a. 1 种 b. 2 种 c. 3 种d. 以上都不对9 以下⼏种初级像差中，当视场很⼩时就要考虑的是a. 畸变 b. 彗差 c. 像散 d. 场曲7．⼏何光学所⽤到的参量有符号规定，下列符号规定中错误的是：（）（A）沿轴线段，与光线传播⽅向相同为正。

第五章1. 光阑的基本概念光学系统中限制成像光束的元件称为光阑2. 视场光阑决定物平面上或物空间中成像范围大小的光阑3. 入窗、出窗及其求解方法入窗：视场光阑经它前面的光学元件在系统的物空间所成的像, 称为系统的入射窗，简称为入窗。

入窗限制了物方空间的成像范围，即物方视场:视场光阑通过它后面的光学元件在系统的像空间所成的像， 称为系统的出射窗，简称为出窗。

出窗限制了像方空间的成像范 围,即像方视场 孔径光阑为无限小时：将系统除孔径光阑外的所有光阑都经前面的光学元件成像到系统 的物空间去，其中对入瞳中心张角最小的那个光阑的像即为系统将系统中除孔径光阑外的所有光阑都经它后面的光学元件成像到系统的像空间去，对出瞳中心张角最小的那个即为出窗，与之共 辄的即为视场光阑。

4. 孔径光阑——P89孔径光阑：限制轴上物点成像光束立体角。

孔径光阑决定了轴上点发出的平面光束的立体角，所以又叫做有 效光阑。

5. 入瞳入瞳：又称入射光瞳，是系统的孔径光阑通过在它前面的光学系 统在物空间的像。

入瞳限制了轴上点物方孔径角的大小。

即它决定了能进入系统的 最大光束孔径，它也是物面上各点发出的成像光束进入系统的公 共入口。

6. 出瞳出瞳：也称出射光瞳，是系统的孔径光阑经它后面的光学元件在 像空间成的像。

出瞳决定了轴上像点的像方孔径角的大小。

即它决定了成像光束 在像空间的最大孔径，它是系统成像光束的公共出口。

Tip 的入 与之共辄的即为视场光阑。

7. 三种经典光学系统的光阑(1 )照相系统的光阑孔径光阑的位置对选择光束的作用就限制轴上点的光束宽度而言，孔径光阑位于A或者A，的位置，情况并无差别。

对轴外点的成像光束来说，孔径光阑的位置不同，参与成像的轴外光束不一样，轴外光束通过透镜L的部位也不一样，需要透过全部成像光束的透镜口径大小也就不一样。

光阑位置的变动可以影响轴外点的像质。

从这个意义上来说, 孔径光阑的位置是由轴外光束的要求决定的。

2011应用光学期末复习提纲2009级应用光学期末复习提纲第一章几何光学基本定律与成像概念1.几何光学与物理光学的区别？2.理解几何光学的基本概念：可见光、单色光、复色光、光源；均匀介质、各向同性介质；光线、法线、波面、光束等。

3.理解并掌握几何光学的基本定律：直线传播、独立传播定律的内容及限制；折射与反射、全反射定律的内容及应用；光的可逆性原理的内容。

了解费马原理、马吕斯定律的内容。

4.理解并掌握光学系统成完善像的概念及条件（三种表述）5.掌握光路计算的基本概念与符号规则。

（在习题中体会其应用）6.掌握光路计算的一般思路：(1)理解单个折射球面元件具有的普遍意义：平面看做球面的特例，反射看做折射的特例。

(2)宽光束——近轴细光束：a.理解物点发出的宽光束经单个折射球面成非完善像的概念，如存在球差；b.理解物点在近轴区内以细光束成完善像（高斯像）、物像共轭的概念，掌握近轴光路计算的公式：近轴条件，阿贝不变式、拉赫不变量，三种放大率及成像特性分析。

（包括单个折射球面和单个反射球面两种情况）(3)单个球面元件——共轴球面光学系统：理解二者的关系及相关概念，明确物体经光学系统成像是物点发出的光线经光学系统逐面折、反射的结果；理解并掌握共轴球面系统在近轴区的过渡公式、拉赫不变量、成像放大率的公式。

第二章理想光学系统7.理解理想光学系统、物像共轭的定义、共轴理想光学系统的成像性质；体会理想光学系统中三对基点（面）的提出，对成像位置的确定有何意义？8.基点和基面：(1) 理解各基点（面）的定义，其物像共轭点（面）分别是什么？(2) 理解各基点（面）的性质，特别是物点位于该位置时的成像性质，如垂轴放大率、角放大率的值以及相应的物理意义？理想光学系统两焦距之间的关系？(3) 掌握其在图解法求像中的应用。

（结合8中最后一问，理解11中解析法求像的理论依据）(4) 特例：物像空间介质相同（折射率相同）时：一对节点与主点重合；物、像两方焦距的绝对值相等。

………密………封………线………以………内………答………题………无………效……电子科技大学二零壹壹至二零壹贰学年第一学期期末考试应用光学课程考试题A 卷( 120 分钟考试形式:闭卷考试日期2011年 12 月15日课程成绩构成:平时 30 分,期中 0 分,实验 0 分,期末 70 分一二三四五六七八九十合计复核人签名得分签名《应用光学》期末试题答案一、填空选择题(共20分,每题1分备注:题目中有选项的是选择题,无选项的为填空题。

1.在均匀各向同性线性介质中,光束的波面与传播方向相互垂直。

2.费马原理指出,光从一点传播到另一点,其间无论经过多少次折、反射,其光程为极值。

3.符号规则规定,光线与光轴的夹角是由光轴转向光线所形成的锐角度量,顺时针为正,逆时针为负。

4.单个折射球面的轴向放大率C。

A.大于1B.小于1C.恒为正D.可为负5.有一个无限远物点,经某一理想光学系统成像,则其像点必在理想光学系统的B。

A.像方焦点上B.像方焦平面上C.物方焦点处D.物方焦平面上6.理想光学系统的所有基点包括D。

A.一对主点、一对焦点B.一对焦点、一对节点C.一对节点、一对焦点D.一对主点、一对焦点和一对节点7.一副近视眼镜为200度,其适合的焦距,f为C。

A.200mmB.500mmC.-500mmD.-200mm8.唯一能成完善像的光学元件是C。

A.薄透镜B.球面反射镜C.平面反射镜D.棱镜得分………密………封………线………以………内………答………题………无………效……9.光学系统中与孔径光阑共轭的是C。

A.入射窗B.像平面C.出瞳D.出窗10.光学系统的实际像与理想像之间的差异称为像差,包括单色像差和色差两大类。

11.单正透镜产生负球差,单负透镜产生正球差,因此它们组合可以校正球差。

12.望远系统的光学结构特点是光学间隔为零。

13.评价光学系统成像质量最全面客观的方法是C。

A.瑞利判断B.分辨率C.光学传递函数D.点列图14.光通量的国际度量单位是A。

光学期末复习提纲1.1几个基本概念E = Aexp[ -i（ωt+φ0)］振动E = Aexp[ —i(ω（t-Δt) +φ0)] 波函数更常用的表达式E = Aexp[ -i（wt—k•r +φ0)]时间：T ，f=1/T , ω=2π/T 周期，频率,圆频率空间：λ, 1/λ, k=2π/λ波长，波数,角波数（波矢）1。

2三个光学基本原理（直线传播、反射折射、全反射）光程（L=nl）与费马原理：由费马原理推导光的反射定律和折射定律费马原理：光总沿着光程最短的路径传播ⅆLⅆx=0证明：反射: 光程L=n√(x1−x)2+y12+n√(x2−x)2+y22由费马原理ⅆLⅆx =0得：12√(x1−x)2+y1−22√(x2−x)2+y2=0又sin⁡i1=1√(x1−x)+y12, sin⁡i1′=2√(x2−x)2+y2代入得: sin⁡i1=sin⁡i1′, 即i=i′，证毕。

折射：L′=n1√(x1−x)2+y12+n2√(x2−x)2+y22由费马原理：ⅆL′ⅆx =0得：112√(x1−x)2+y1−222√(x2−x)2+y2=0又sin i1=1√(x1−x)2+y12⁡⁡，sini2⁡=2√(x2−x)2+y22代入得：n1sin⁡i1−n2sin⁡i2=0，即sin⁡i1sin⁡i2=n2n1,证毕.1。

3什么是偏振？偏振光的分类(哪几类，怎么分）错误!完全偏振光：错误!平面偏振光(线偏振光):偏振面方位恒定的光，可看成振动方向正交、相位相同（或相反）的两个平面偏振光的合成错误!圆偏振光:偏振面相对于传播方向随时间以圆频率ω旋转，其光矢量末端轨迹位于一个圆。

可看成振幅相等、振动方向正交、相位差为±π/2的两个同频率的平面偏振光合成（正号右旋，负号左旋）错误!椭圆偏振光：偏振面相对于传播方向随时间以圆频率ω旋转，其光矢量末端轨迹位于一个椭圆螺旋线上，在垂直于传播方向的平面上的投影构成一个椭圆。

概念题：1、直线传播定律及使用条件2、理想光学系统成像性质。

3、什么是像空间、什么是物空间？4、什么是理想光学系统？什么是理想像？5、什么是实物？什么是虚物？6、什么是完善像？完善成像的条件是什么？7、反射和折射之间有什么联系？8、主平面有什么特点？节点？9、物方焦点的共轭点是什么？像方焦点的共轭点是什么？物方焦距和像方焦距的关系？10、近轴光线是如何定义的？近轴光线成什么像？11、牛顿公式是以为原点的物像公式；高斯公式是以为原点的物像公式。

12、折射球面的主平面在什么地方？反射球面与折射球面的成像公式？焦距和半径的关系。

13、孔径光阑是什么？主要作用是什么？14、视场光阑是什么？主要作用是什么？15、什么是景深？分辨率？16、什么是物方远心光路？其主要作用是什么？17、什么是棱镜展开？等效空气层18、光线的物理含义是什么？19、波面的分类？光线和波面之间的关系？20、可见光的范围？21、光学系统的光轴是如何定义的？22、什么是共轴球面系统？23、符号规则对于线段和角度是如何规定的？并能根据已知条件熟练标注。

24、近轴光路计算公式（2-12）、（2-15）25、在什么情况下，光学系统的节点与主点重合？26、利用（2-12）式推导单个折射球面的焦距公式。

反射球面的焦距与曲率半径之间的关系？27、作图法求物像28、牛顿公式（2-22）、（2-23）；高斯公式（2-25）、（2-26）29、无限远轴外物点所成的像高计算公式（2-47），就是视场光阑口径的计算。

30、人眼的分辨率？近视眼和远视眼的调节？31、视放大率的定义？32、望远镜的结构、工作原理和相关的计算公式（3-9）、（3-10）。

33、显微镜的结构、工作原理和相关的计算公式（3-7）。

34、放大镜（或者目镜）的视放大率公式（3-5）35、平面镜成像性质及平面镜旋转特性。

36、屋脊棱镜的结构及成像特性。

37、平行平板的成像性质38、等效空气层的含义39、棱镜成像方向判断方法。

《应用光学》总复习提纲第一章★1、光的反射定律、折射定律I1 = R1；n1sinI1=n2sinI22、绝对折射率介质对真空的折射率。

通常把空气的绝对折射率取作1，而把介质对空气的折射率作为“绝对折射率”。

★3、光路可逆定理假定某一条光线，沿着一定的路线，由A传播到B。

反过来，如果在B点沿着相反的方向投射一条光线，则此反向光线仍沿原路返回，从B传播到A。

★4、全反射光线入射到两种介质的分界面时，通常都会发生折射与反射。

但在一定条件下，入射到介质上的光会全部反射回原来的介质中，没有折射光产生，这种现象称为光的全反射现象。

发生全反射的条件可归结为:（1）光线从光密介质射向光疏介质；（2）入射角大于临界角。

(什么是临界角？)★5、正、负透镜的形状及其作用正透镜：中心比边缘厚度大，起会聚作用。

负透镜：中心比边缘厚度小，起发散作用。

★7、物、像共轭对于某一光学系统来说，某一位置上的物会在一个相应的位置成一个清晰的像，物与像是一一对应的，这种关系称为物与像的共轭。

例1：一束光由玻璃（n=1.5）进入水中(n=l.33)，若以45°角入射，试求折射角。

解：n1sinI1=n2sinI2n1=1.5; n2=l.33; I1=45°代入上式得I2=52.6°折射角为52.6°第二章★1、符号规则；2、大L公式和小l公式★3、单个折射球面物像位置公式例：一凹球面反射镜浸没在水中，物在镜前300mm 处，像在镜前90mm 处，求球面反射镜的曲率半径。

n ′l ′－n l=n ′－n r l =-300mm ，l ′=-90mm求得r=-138.46mm由公式解：由于凹球镜浸没在水中，因此有n ′=-n=n 水★4、单个球面物像大小关系例：已知一个光学系统的结构参数：r = 36.48mm ；n=1；n ′=1.5163；l = -240mm ；y=20mm ；可求出：l ′=151.838mm ，求垂轴放大率β与像的大小y ′。