现代光学基础考卷09-10A及答卷.doc

东 南 大 学 考 试 卷（A卷）课程名称现代光学基础考试学期09-10-2得分适用专业考试形式闭卷考试时间长度120分钟学号 姓名 密封线自 觉 遵 守 考 场 纪 律 如 考 试 作 弊 此 答 卷 无 效一 选择和填空题(共18题,共36分, 每题二分)1. 杨氏双缝实验装置中，光源的波长为6000 。两狭缝的间距为2mm。在离缝300cm的一光屏上，观察到干涉图样的明条纹的间距为：( D )A4.5mm B4.1mm C3.1mm D0.9mm2. 焦距为4cm的薄凸透镜用作放大镜。若物置于透镜前3cm处。其横向放大率为：（ B ）A3 B4 C6 D12 3. 一束光强为 I0的自然光， 相继通过三个偏振片P1、 P2、 P3后， 出射光的光强为 II0 / 8 已知 P1和P3的偏振化方向相互垂直，若以入射光线为轴，旋转 P2，要使出射光的光强为零， P2最少要转过的角度是（ D ）。 A30O B90O C60O D45O 4. 设自然光以55的入射角射向平板玻璃表面, 反射光为平面偏振光，折射光为部分偏振光，折射光的折射角为（ B ）。A、0 B、35 C、55 D、905. 光栅光谱谱线的半角宽度与下列哪一项无关：（ B ）A谱线的衍射角 B光谱的级次jC光栅常数d D光的波长6. 严格地讲，空气折射率略大于1，因此在牛顿环实验中，若将玻璃夹层中的空气逐渐抽去而成为真空时，干涉环将：（ A ）A变大 B缩小 C不变 D消逝7. 若波长为 625 nm 的单色光垂直入射到一个每毫米有 800 条刻线的光栅上时，则第一级谱线的衍射角为_30度_ 8. 在双折射晶体内部，有某种特定方向称为晶体的光轴光在晶体内沿光轴传播时，_o_光和_e_光的传播速度相等9. 用波长=600nm的平行光照射一个狭缝，所得夫琅禾费衍射图样的第一极小值点对狭缝法线的夹角为30，该狭缝的宽度为（ D ）A600nm B300nm C2400nm D1200nm10.在菲涅耳圆孔衍射中，对轴线上P点而言，圆孔只能露出2个菲涅耳半带，设每个半波带对P点的振幅贡献均为a，则P点的合振幅为：（ C ）Aa B 2a C 0 D 4a211. 用直径为 5m 的望远镜从地球上观察火星，恰好能分辨火星上的两个物体。设地球到火星的距离为 8107 km，可见光的有效波长为550nm，在瑞利条件下，可推导出这两个物体的距离约为 ( 10.736 ) km。12.使一条不平行主轴的光线，无偏折（即传播方向不变）的通过厚透镜，满足的条件是入射光线必须通过（ C ）A光心 B物方主点 C物方节点 D像方焦点13.日光照在窗户玻璃上，从玻璃上、下表面反射的光叠加看不见干涉图样的原因是（ A ）A 在相遇点的光程差太大 B 在相遇点两束光振动方向不同C 在相遇点两束光的振幅相差太大 D两侧光的频率不同 14. 用迈克耳逊干涉仪做等倾干涉，所用光源为含有两个波长的钠黄光(这种黄光包含着钠双线的波长分别为589.0nm和589.6nm)，如果连续移动干涉仪的可动反射镜以使光程差增加，所观察到的等倾干涉圆环将不断地从中央产生向外扩大，并且干涉图样的可见度从最大到最小又从最小到最大周期性变化，当可见度变化一个周期时，从中央产生的干涉明圆环数最接近于（C）A、245 B、490 C、980 D、196015. 一只氦氖激光器发射出波长为632.8nm 的激光束3mW，此光束的光通量为（ 0.525 ）流明。（取明视觉光谱光效率函数V（632.8nm）=0.2560，Km=683流明/瓦）16. 利用三原色（R）、（G）、（B）颜色匹配实验来对某种光源色进行颜色匹配，结果需要用3份（R）、4份（G）、3份（B）能匹配出光源色，在CIE rg色度图中此光源的色度坐标应为（ C ）A （3 ，4）； B （0.4 ，0.3）； C （0.3 , 0.4）； D（0.3 , 03）。17.选出下列关于显微镜的正确描述 （ D ）A 与激光扫描共焦显微镜相比，宽场显微镜具有更高的横向分辨本领；B 激光扫描共焦显微镜与宽场显微镜都可以实现三维图像切片；C 只有激光扫描共焦显微镜可用于生物系统；D 激光扫描共焦显微镜的横向分辨本领比纵向分辨本领高。18. 从以下选项中，关于近场光学显微镜的应用错误的是（ A ）A 利用空间滤波技术来实现逐点成像；B 可以结合光谱仪来分辨纳米尺度发光区域的光谱特性；C 能够对生物样品进行无损探测；D 可以对单分子实现超分辨成像。二.问答题(共三题, 共24分,每题8分)1. (8分) 光盘的表面非常平整，工厂要生产出合格的光盘必须对其平面度进行严格的测量。试用所学的光学知识设计一种能够精确测量光盘平面度的方法（请画出光路原理图,并说明）。答： 利用等厚干涉来精确测量光盘平面度 具体的光路图可用尖劈结构（斐索干涉仪）产生的等厚条纹，也可用迈克耳逊结构（泰曼干涉仪）产生的等厚条纹 光源：单色点光源加准直透镜产生的平行光或激光扩束产生的平行光 干涉条纹的弯曲程度反映了光盘表面的平面度情况2. (8分) 设物体经一焦距为f的正透镜成像，所成像垂轴放大率等于 1倍 ，试求物平面与像平面的位置，并用作图法验证。答： ，f= -f b =s/s =1 ，代入得s =2 f，s =2 f P -yy-yFF OyPf x-x-fAAB BB如图AFPBFO, AFPBFO因为b =y/y =1所以y= y所以AFPBFO, AFPBFO所以x = f , x= f得s =2 f，s =2 f3. (8分)光有几种可能的偏振态？列举三种以上获得线偏振光的器件？答：光有五种可能的偏振态：自然光、线偏振光、部分偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光。 获得线偏振光的设备有：偏振片（二向色性）、尼科耳棱镜、傅科棱镜、沃拉斯顿棱镜以及玻片堆（布儒斯特角）等。三. 计算题(共四题, 共40分,.每题10分)1. (10分) 用波长为的单色光垂直照射牛顿环装置时，从反射光中测得从中央向外的第1和第6亮环半径之差为，而用未知单色光垂直照射时，测得第1和第6亮环半径之差为，求未知单色光的波长。解：根据牛顿环形成的亮圈半径计算公式有：， ，R 为牛顿环曲率半径 （1）同样的有 （2） 用（1）/（2）, 得到： 2. (10分) 如图所示，单色自然光以q =60度角由空气入射到某单轴晶体表面，晶体的光轴与其表面平行且垂直于入射面，晶体对该单色光的主折射率分别为 no=1.512，ne=1.470。（1）试画出透射光及其偏振方向。（2）设晶体厚度 h=1cm，试求晶体出射面上两光束的间距。 光轴解：自然光进入晶体后分为o光和e光，qeqo，o光的偏振方向与纸面平行，e光的偏振方向与纸面垂直，出晶体后二束光以q =60度角进入空气。设晶体中o光的折射角为qo，e光的折射角为qe。sinqo/sin60=1/no , sinqe/sin60=1/ne得qo=34.94,qe=36.1;得X=h(tgqe-tgqo)=0.3mm3. (10分) 用白光垂直照射一光栅，在 30度角衍射方向观察到波长为 600nm的第二级主极大，并在该处能分辨 600nm 附近，D= 0.1 的两条谱线。但在该处却看不到波长为 400nm 的主极大。求：(1) 光栅常数 d；(2) 光栅的最少总缝数N；(3) 通光缝的最小宽度 a；(4) 单缝衍射中央主极大内的谱线数目；(5) 若光栅后透镜的焦距 f2= 10cm ，求400nm 和600nm 两种光的一级谱线的线距离？解： dsin30=20.6um,得d=2.4um l/l=jN, j=2, 得 N=6000/(0.12),N=30000条 dsin30=20.6um=30.4um,第三级缺级 通光缝的最小宽度=d/3=0.8um 能看到0，1，2级五条谱线。 dsinq1(400)=0.4u, 得q1(400)=9.59 dsinq1(600)=0.6u, 得q1(600)=14.48l= f2tgq1(600)- tgq1(400)=8.9mm4. (10分) 一显微镜的物镜和目镜相距为20cm。物镜焦距为7mm，目镜焦距为5mm，把物镜和