天津大学光学工程真题

1、7一.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A'B'2.求像A'B'3.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时50%渐晕的视场6.判断棱镜的成像方向F'HH'F题2-2图题2-4图题2-6图三.填空：

2、（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. 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，准直要用焦距的透镜。四计算题：（共60分）1. 一透镜焦距广二30mm，如在其前边放置一个r=-6x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。（io分）2. 已知r=2°mm,r2=-20mm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。

3、若按薄透镜处理，求该透镜的折射率n°（20分）3. 已知物镜焦距为500mm，相对孔径!1o,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；（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）一、填空题（每题2分，共20分1.2.在夫琅和费单缝衍射实验中，以钠

4、黄光（波长为589nm）垂直入射，若缝宽为0.1mm,则第1极小出现在（）弧度的方向上。3.4.5.图样中央亮斑的直径是6.66x10-3cm，则光波波长为（）nm。已知闪耀光栅的闪耀角为15o,光栅常数d=1pm，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（晶体的旋光现象是（渥拉斯棱镜的作用（）nm。，其规律是（），要使它获得较好的作用效果应（）。）。6.=(7.8.利用此关系可（波片快轴的定义：（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）。9.10.）。获得相干光的方法有（）和（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

5、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11>0），形成的干涉条纹与垂直照射时相比，条纹间距（）。图1一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）。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（

6、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）。Ji-'4. 拟定部分偏振光和方位角为a的椭圆偏振光的鉴别实验。（包括光路、器件方位、实验步骤。）5. 试述如图3所示格兰一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。图31.2.6. Agrating,usedinthesecondorder,diffractslightof632.8nmwavelengththroughanangleof30。

7、.Howmanylinespermillimeterdoesthegratinghave?7. Anoilfilm(n=1.47,thickness0.12pm)restsonapoolofwater.Iflightstrikesthefilmatanangleof60。,whatisthewavelengthreflectedinthefirstorder?三、计算（共50分）（15分）平行的白光（波长范围为390nm700nm）垂直照射到平行的双缝上，双缝相距1mm,用一个焦距f=1m的透镜将双缝的衍射图样聚焦在屏幕上。若在幕上距中央白色条纹3mm处开一个小孔，在该处检查透过小孔的光，问将

8、缺少哪些波长？1）论P0点的光强度特性图4（20分）图4所示一双缝实验，波长为九的单色平行光入射到缝宽均为d（d>>九）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。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，Po点的光强发生怎样的变化？（假设薄片不吸收光）。3. （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一60。和30。,求光强为I0的自然光通过这一系统后的强度是多少？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

9、要参数是：焦距广、相对孔径D/广和视场角加。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

10、、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；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

11、学系统的评价也适用于小像差光学系统的评价。图解法求像或判断成像方向：（共18分，每题3分）1.求像A'B'（图中C为球面反射镜的曲率中心）2.求像A'B'3. 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时50%渐晕的视场6. 判断棱镜的成像方向百度文库4.5.9题2-3图1.2.3.题2-4图题2-6图填空：（共10分，每题2分）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转像系统分和透镜式其作用是：使物镜所成的倒

12、像转变为正像。一学生带500度近视镜，则该近视镜的焦距为-0.2米该学生裸眼所能看清的最远距离为眼前0.2米。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。激光束聚焦要求用焦距较短的透镜，准直要用焦距较长三.两大类,的透镜。百度文库223001A12四计算题：（共60分）1. 一透镜焦距广=30mm，如在其前边放置一个r=-6x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:h2f3=-6求得：f=-180(mm)l'二f'+(-f')=30+180=210(mm)H3lF=30（讪）答：组合后

13、的焦距是-180mm。基点位置如图所示。其光路图如下所示:2已知，r2=-20mm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）解:设：透镜的折射率为nnnn-n物点A经r1折射成像在A'处，将已知条件l=-50mm代入公式1'lr得-If5020112A经r2反射后，成像于B'点。故将12li'd11，代入反射面公式1'1r,1丄_丄+得:一一1 'l'102 1B'点再经ri折射成像在B点。根据光路的

14、可逆性，将B视为物，B'点视为像，有13(d+5)5，代入折射公式，得：11n1+一一12'520由式解得：n1-6答：透镜的折射率为1.6。3.已知物镜焦距为500mm，相对孔径110，对无穷远物体成像时，由物镜第一面到像平面的距离为4°°mm，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；(6分)(5) 望远镜的分辨率；(2分)(6) 如果视度调节

15、为±5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：f1'tgU2tgu1h一dtgu'11(1)将广500mm和d100mm代入公式tgu1，得：f1'250(mm)将Adf1'f代入牛顿公式，得：f2'300(mm)百度文库17(2)因广10则:D=500x=50(mm)1050=-25=2525025020=12.525=20(mm)(4)望远镜系统的结构如下图所示:将12得出瞳距：J'=21-09(mm)=(66.67+320)=386.67mm和f140"140&

16、quot;帖方=益=2.8"5f'2,5x202Ax=±e=+=±2(mm)10001000(7)望远系统光路图如下: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0.1mm,则第1极小出现在（5.89x10-3）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50cm，测得透镜焦平面上衍射图样中央亮斑的直径是6-66x10一3cm,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=1ym，平行光垂直于光栅平面入射时在一级光谱处得到最

17、大光强，则入射光的波长为（500）nm。AfVl4. （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1。1ax式中°为旋光系数，1为光在晶体中传播的距离，九2）。2©=2sint（nn）tg05. （它能将自然光分解成两个分得较开光矢量相互丄的线偏振光），（由oe知，可以选用双折射率差值较大的材料制作）。利用此关系可（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）。S=CAt8. 光源的相干长度与相干时间的关系（mu）。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i0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1形成的干涉条纹