工程光学练习题(英文题加中文题含答案)

1、English Homework for Chapter 1ancient times the rectilinearpropagation oflight was usedto measure theheightofobjectsby comparing thelengthof theirshadows with thelength of theshadowofan objectof known length.A staff2m longwhen held erectcasts a shadowlong,while a buildings shadow is 170m long. How t

2、all is the buildingSolution.According to the law of rectilinear propagation, we get,x=100 (m)So the building is 100m tall.from a water medium with n= is incident upon a water-glass interface at an angleof 45o. The glass index is . What angle does the light make with the normal inthe glassx 2170 3.4S

3、olution.According to the law of refraction, We get,nsin I nsin I 1.33sin 45n=45osin I1.50.626968I38.8I So the light makewith the normal in the glass.n=3. A goldfishswims 10cm from the sideof a sphericalbowl ofwater ofradius20cm.Where does the fish appear to be Does it appear larger or smallerSolutio

4、n.According to the equation.nnnnl Alrand n =1 , n=, r=-20we can get1nn n1.330.33llr100.116520l8.5836(cm)nl8.58361.331n l1 101.1416So the fish appears larger.R1 =20cmR2=-20cmA-10cmobject is located 2cm to the left of convex end of a glass rod which has a radiusof curvature of 1cm. The index of refrac

5、tion of the glass is n=. Find the imagedistance.Solution.Refer to the figure. According to the equationnnnnllrand n=1, n =, l 1=-2cm, r1=1cm , we get1.51.511r=1cm01l 112l1Al2d l1- l 1=2cml22cmAl 2English Homework for Chapter 2object 1cm highis 30cm in front ofa thin lens with a focal lengthof 10cm.

6、Whereis the image Verify your answer by graphical construction of the image.Solution.According to the Gausss equation,f =10cm1 1llfand l=-30cm f=10 cm.y=1cmwe getf l10(30)15(cm)- l =30cmll10(30)fOthers are omitted.lens is known to have a focal length of 30cm in air. An object is placed 50cm tothe le

7、ft of the lens. Locate the image and characterize it.Solution.According to Gausss equation,1 1llf andf =30cml =-50cmf l30(50)ll 30(75( cm)we getf50)l751.5l50The image is a real, larger one.f =30cm- l =50cmobjectistransparentcube, 4mmacross,placed60cm infrontof 20cm focallength.Calculatethe transvers

8、eand axialmagnificationand describewhat the image lookslikeSolution.From Gausss equation,we findforthe rearsurfaceof the cube (thefacecloser to the lens)l1 f(60)(20)30( cm)l1that,l1f(60)20For the front surface (the face farther away from the lens),(60.4)2029.9(cm)l260.420300.5The transverse magnific

9、ation for the rear surface isM t60l3029.9But the axial magnification isM a600.25l( 60.4)SinceM tM a ,the cube doesnt look like a cube.biconvex lens is made out of glass of n=. If one surface has twice the radius ofcurvature of the other, and if the focal length is 5cm, what are the two radiiSolution

10、. Supposing r1= -2r2 ( 2=-2 1),according to the lens equation12 )( n1)(12 ) we get,(1.52 1)( 1r 1-r5210.128220.2564r 1=(cm) r 2=(cm)返回English Homework for Chapter 41. A stop 8mm in diameter is placed halfway between an extended object and alarge-diameterlensof9cm focallength.The lensprojectsan image

11、 of the objectonto a screen 14cm away. What is the diameter of the exit pupilLensStopObjectImage- llSolution.Refer to the figure. First, from the known focal length and the imagedistance,we find the object distance.111llfandl =14 f =9 l =(cm)The stop is one-half that distance is front of the lens, s

12、ol s=(cm)l s =(cm)Dexl s31.5Dstopl s25.22 Dex2.50.82( cm)2. Two lenses,a lensof focallengthand a minus lensof unknown power, are mountedcoaxiallyand 8cm apart.The system is a focal,thatis lightenteringthe systemparallel at one side emerges parallel at the other. If a stop 15mm in diameteris placed h

13、alfway between the lenses:1) Where is the entrance pupil2) Where is the exit pupil3) What are their diametersf =StopF1 (F 2 )L1- l 28cmSolution.Refer to the figure. For the system to be a focal, the focal points ofthe two lensesmust coincide.Sincef 1=, and the two lensesare 8cm apart,so f 2=. The en

14、trance pupil is the image of stop formed by the first lens.111According to Gausss equation,l 1l1f1=4cm,=. We getand l 1f 1f1l112.54l1l18.55.88( cm)f1DentranceD stop155.8822.05( mm)14The exit pupil s location isl2f 2l 2(4.5)(4)18l 2f2(4.5)(4)2.12( cm)8.5Dexit2.12157.95(mm)2 ? Dstop4返回English Homework

15、 for Chapter 71. A person wants to lookat the image of hisor her own eyes, withoutaccommodation,using a concave mirror of 60cm radius of curvature. How far must the mirror befrom the eye if the person has1) Normal vision2) 4diopter myopia, without correction3) 4diopter hyperopia, without correction

16、Solution.1) When the person has normal vision, according to the following scheme 1, we getl rl 30cmso,22) According to the following scheme 2,1l4m 1ll rl =lr25cmScheme 1112l l25(cm) r 60cmllr andl 285l 302508585243025l285652l25l 175(cm)l 210(cm)ll 150(cm), orl215(cm)Scheme 2So the mirror must be 75c

17、m or 10cm from the eye.3) According to the following scheme 3,112llr and l l 25( cm) r 60cml25l 235l30250l3535243025l2Scheme 335 652l 150(cm)l215(cm)l 175(cm), orl 210(cm)(Since the object is real, so we can give upthis answer)So the mirror must be 50cm from the eye.2. Discussion: What differences b

18、etween the following situations:1) a microscope is used for projection;2) the microscope is used for visual observation.返回工程光学（上）期末考试试卷一问答题：（共12 分，每题 3 分）1摄影物镜的三个重要参数是什么它们分别决定系统的什么性质2为了保证测量精度，测量仪器一般采用什么光路为什么3显微物镜、望远物镜、照相物镜各应校正什么像差为什么4评价像质的方法主要有哪几种各有什么优缺点二图解法求像或判断成像方向：（共18 分，每题 3 分）1求像 AB2求像 AB3求物 AB

19、经理想光学系统后所成的像，并注明系统像方的基点位置和焦距4判断光学系统的成像方向5求入瞳及对无穷远成像时50%渐晕的视场6判断棱镜的成像方向三填空：（共10 分，每题 2 分）1照明系统与成像系统之间的衔接关系为： _ _2转像系统分_ 和 _ 两大类，其作用是： _3一学生带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_。4光通过光学系统时能量的损失主要有：_,_ 和_ 。5激光束聚焦要求用焦距较_的透镜，准直要用焦距较_的透镜。四计算题：（共60 分）1一透镜焦距 f 30mm ，如在其前边放置一个6 x的开普勒望远镜，求组合后系统的像方基点位置和焦距，并画出光路

20、图。（10 分）2已知 r1 20mm， r220mm 的双凸透镜，置于空气中。物A 位于第一球面前 50mm处，第二面镀反射膜。该物镜所成实像B 位于第一球面前5mm，如图所示。若按薄透镜处理，求该透镜的折射率n。（ 20 分）13已知物镜焦距为500mm ，相对孔径10 ，对无穷远物体成像时，由物镜第一面到像平面的距离为400mm，物镜最后一面到像平面的距离为300mm 。（1）按薄透镜处理，求物镜的结构参数；（8 分）（2）若用该物镜构成开普勒望远镜，出瞳大小为2mm ，求望远镜的视觉放大率；（ 4 分）（3）求目镜的焦距、放大率；（4 分）（4）如果物镜的第一面为孔径光阑，求出瞳距；（

21、6 分）（5）望远镜的分辨率；（ 2 分）（6）如果视度调节为折光度，目镜应能移动的距离。（2分）（7）画出光路图。（ 4 分）几何光学试卷几何光学答案物理光学试卷物理光学答案工程光学（上）期末考试参考答案一简答题：（共12 分，每题 3 分）1摄影物镜的三个重要参数是什么它们分别决定系统的什么性质答：摄影物镜的三个重要参数是：焦距、相对孔径和视场角。焦距影响成像的大小，相对孔径影响像面的照度和分辨率，视场角影响成像的范围。2为了保证测量精度，测量仪器一般采用什么光路为什么答：为了保证测量精度， 测量仪器一般采用物方远心光路。 由于采用物方远心光路时，孔径光阑与物镜的像方焦平面重合， 无论物体

22、处于物方什么位置， 它们的主光线是重合的，即轴外点成像光束的中心是相同的。这样，虽然调焦不准，也不会产生测量误差。3显微物镜、望远物镜、照相物镜各应校正什么像差为什么答：显微物镜和望远物镜应校正与孔径有关的像差，如：球差、正弦差等。照相物镜则应校正与孔径和视场有关的所有像差。 因为显微和望远系统是大孔径、 小视场系统，而照相系统则是一个大孔径、大视场系统。4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；

23、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。二图解法求像或判断成像方向：（共18 分，每题 3 分）1求像 AB （图中 C为球面反射镜的曲率中心）2求像 AB3求物 AB经理想光学系统后所成的像，并注明系统像方的基点位置和焦距4判断光学系统的成像方向5求入瞳及对无穷远成像

24、时50%渐晕的视场6判断棱镜的成像方向三填空：（共10 分，每题 2 分）1照明系统与成像系统之间的衔接关系为： _照明系统的拉赫不变量要大于成像系统的拉赫不变量_ _保证两个系统的光瞳衔接和成像关系 _2转像系统分 _棱镜式 _和_透镜式 _两大类，其作用是： _使物镜所成的倒像转变为正像。3一学生带 500 度近视镜，则该近视镜的焦距为米_,该学生裸眼所能看清的最远距离为_眼前米 _。4光通过光学系统时能量的损失主要有：_两透明介质面上的反射损失_,_介质吸收的损失 _和 _反射面的光能损失 _。5激光束聚焦要求用焦距较_短_的透镜，准直要用焦距较_长_的透镜。四计算题：（共60 分）1一

25、透镜焦距，如在其前边放置一个的开普勒望远镜，求组合后系统的像方基点位置和焦距，并画出光路图。（10 分）解：,求得：答：组合后的焦距是 -180mm。基点位置如图所示。其光路图如下所示：2已知，的双凸透镜，置于空气中。物A 位于第一球面前处，第二面镀反射膜。该物镜所成实像 B 位于第一球面前 ，如图所示。若按薄透镜处理，求该透镜的折射率 n。（ 20 分）解：设：透镜的折射率为n物点 A 经折射成像在 A 处，将已知条件代入公式得-A 经反射后，成像于 B 点。故将，代入反射面公式，得：- B 点再经折射成像在 B 点。根据光路的可逆性， 将 B 视为物，B 点视为像，有，代入折射公式，得：-

26、 由式解得：答：透镜的折射率为。3已知物镜焦距为，相对孔径，对无穷远物体成像时，由物镜第一面到像平面的距离为，物镜最后一面到像平面的距离为。（ 1）按薄透镜处理，求物镜的结构参数；（ 8 分）（ 2）若用该物镜构成开普勒望远镜， 出瞳大小为，求望远镜的视觉放大率；（ 4 分）（ 3）求目镜的焦距、放大率；（ 4 分）（ 4）如果物镜的第一面为孔径光阑，求出瞳距；（ 6 分）（ 5）望远镜的分辨率；（ 2 分）（ 6）如果视度调节为折光度，目镜应能移动的距离。（ 2 分）（ 7）画出光路图。（ 4 分）解：根据题意，画出物镜的结构图如下：(1) 将和代入公式，得：将代入牛顿公式，得：(2) 因，

27、则：(3)，(4) 望远镜系统的结构如下图所示：将和代入公式，得：将和代入公式，得出瞳距：(5)(6)(7) 望远系统光路图如下：几何光学试卷几何光学答案物理光学试卷物理光学答案工程光学（下）期末考试试卷一、填空题（每题2 分，共 20 分）1在夫琅和费单缝衍射实验中，以钠黄光（波长为589nm）垂直入射，若缝宽为，则第 1 极小出现在（）弧度的方向上。2一束准直的单色光正入射到一个直径为1cm 的汇聚透镜，透镜焦距为50cm，测得透镜焦平面上衍射图样中央亮斑的直径是6.66 10 3 cm，则光波波长为（）nm。3已知闪耀光栅的闪耀角为 15o ，光栅常数 d=1m，平行光垂直于光栅平面入射

28、时在一级光谱处得到最大光强， 则入射光的波长为 （）nm。4晶体的旋光现象是（），其规律是（）。5渥拉斯棱镜的作用（），要使它获得较好的作用效果应（）。11101016 110i0i1利用此关系可（）。7波片快轴的定义：（）。8光源的相干长度与相干时间的关系为（）。 相干长度愈长，说明光源的时间相干性（）。9 获 得 相 干 光 的 方 法 有 （） 和（）。10在两块平板玻璃A 和 B 之间夹一薄纸片G，形成空气劈尖。用单色光垂直照射劈尖，如图1 所示。当稍稍用力下压玻璃板A 时，干涉条纹间距（），条纹向（）移动。若使平行单色光倾斜照射玻璃板（入射角纹间距（i10 ），形成的干涉条纹与垂直照

29、射时相比，条）。AGB图 1二、问答题（请选作5 题并写明题号，每题6 分，共 30 分）1简要分析如图2 所示夫琅和费衍射装置如有以下变动时，衍射图样会发生怎样的变化1）增大透镜 L2 的焦距；2）减小透镜 L2 的口径；3）衍射屏作垂直于光轴的移动（不超出入射光束照明范围）。衍射屏接收屏L1L2P光源图 2 夫琅和费衍射系统俯视图2以迈克尔逊（ M）干涉仪的等倾圆环和牛顿（N）环为例，对“条纹形状”作一简要讨论，（从中央级次、条纹移动分析它们的相同点与不同点）。3利用惠更斯作图法求下列方解石晶体中的双折射光（标出光线方向和光矢量方向）。4. 拟定部分偏振光和方位角为的椭圆偏振光的鉴别实验。

30、 （包括光路、 器件方位、实验步骤。）5试述如图3 所示格兰付科棱镜的结构原理（要求画出并标出o 光、 e光的传播方向，光矢量方向）特点，用途和使用方法，并说明此棱镜的透光轴方向。6 A grating,used in the second order,diffractslightof wavelengththrough an angle of 30o. How many lines per millimeter does thegrating have7 An oilfilm(n=,thicknessm) restson a poolofwater.If lightstrikesthe fi

31、lmat an angle of60o,what isthe wavelengthreflectedin the first order三、计算（共50 分）1（ 15 分）平行的白光（波长范围为缝上，双缝相距 1mm，用一个焦距屏幕上。若在幕上距中央白色条纹小孔的光，问将缺少哪些波长390nm700nm）垂直照射到平行的双f 1m 的透镜将双缝的衍射图样聚焦在3mm处开一个小孔，在该处检查透过2（ 20 分）图 4 所示一双缝实验，波长为的单色平行光入射到缝宽均为d( d) 的双缝上，因而在远处的屏幕上观察到干涉图样。将一块厚度为 t ，折射率 n 的薄玻璃片放在缝和屏幕之间。1）论 P0

32、点的光强度特性2）如果将一个缝的宽度增加到2d，而另一个缝的宽度保持不变，P0 点P0的光强发生怎样的变化（假设薄片不吸收光）。图 43（ 15 分）将一块4 片插入两个偏振器之间，波片的快轴与两偏振器透光轴的夹角分别为 60 和 30 ，求光强为 I 0 的自然光通过这一系统后的强度是多少几何光学试卷几何光学答案物理光学试卷物理光学答案工程光学（下）期末考试参考答案一、 填空题（每题2 分，共 20 分）1在夫琅和费单缝衍射实验中，以钠黄光（波长为589nm）垂直入射，若缝宽为，则第 1 极小出现在（10-3 ）弧度的方向上。2一束准直的单色光正入射到一个直径为1cm的汇聚透镜，透镜焦距为5

33、0cm，测得透镜焦平面上衍射图样中央亮斑的直径是6.6610 3 ，则光波波长为（546）nm。3已知闪耀光栅的闪耀角为15o，光栅常数d=1m，平行光垂直于光栅平面入射时在一级光谱处得到最大光强，则入射光的波长为（500） nm。4（当一束线偏振光沿着晶体的光轴方向传播时，其光矢量将随传播距离的增加逐步偏转）（其偏转的角度 l 。式中为旋光系数， l 为光在晶体中传播的距离，12 ）。5 （ 它 能 将 自 然 光 分 解 成 两 个 分 得 较 开 光 矢 量 相 互 的 线 偏 振 光 ） ， （ 由22sint(none )tg 知，可以选用双折射率差值较大的材料制作）。6利用此关系可

34、（拟定右旋圆偏振光的产生和检验实验）。7（在波片中与传播速度快的光矢量所平行的主轴方向）。8光源的相干长度与相干时间的关系（ Smax C t ）。相干长度愈长，说明光源的时间相干性（愈好）。9获得相干光的方法有（分波前法）和（分振幅法）。10在两块平板玻璃A 和 B 之间夹一薄纸片G，形成空气劈尖，。用单色光垂直照射劈尖，如图1。当稍稍用力下压玻璃板A 时，干涉条纹间距（增大），条纹向（右）移动。若使平行单色光倾斜照射玻璃板（入射角i10），形成的干涉条纹与垂直照射时相比，条纹间距（增大）。二、问答（每题6 分，共 30 分）1答： 1）增大透镜L 的焦距，将使接收屏上衍射图样的间隔增大。因有公式ef ，此2时衍射角不变，条纹间隔e增大；2）增大透镜L2 的口径，不会改变衍射图样的分布，但进入系统的光束宽度增加，可使光强增加；3）衍射屏垂直于系统光轴方向移动时，衍射图样不会改变，因为衍射屏移动前后光的入射角不变，缝宽不变，由衍射公式知其接收屏上的光强分布不变；2答： M 圆 环N 圆 环n=0 中央级次h 大，条纹从中心涌出，中央级次增高；n 1.6h 小，条纹从中心内陷，中央级次降低。h 大 ， 条 纹 向 牛 顿 环 中 心 移 动 （ 向 棱 移 动 ） ， 条 纹 变 密 ， 但 不 内陷；n 1.6h