2026年光学工程基础实操相关练习题集含解析

2026年光学工程基础实操相关练习题集（含解析）一、选择题（每题2分，共20题）说明：请选择最符合题意的选项。1.在光学系统中，为了减少球面像差，常采用以下哪种方法？A.增加透镜厚度B.使用非球面镜片C.减少透镜直径D.增加透镜折射率2.光学系统中，光阑的主要作用是？A.增强成像亮度B.减少光束发散C.控制光通量，减少杂散光D.提高成像分辨率3.某光学系统的焦距为100mm，物距为200mm，根据薄透镜成像公式，像距约为？A.50mmB.66.67mmC.200mmD.300mm4.在光学检测中，使用干涉仪测量工件表面平整度，属于哪种测量方法？A.比较测量法B.绝对测量法C.干涉测量法D.激光扫描法5.光学系统中，菲涅尔透镜主要用于？A.增强成像对比度B.聚焦平行光束C.扩展光束范围D.减少球面像差6.光纤通信中，常用的数值孔径（NA）范围是多少？A.0.1～0.2B.0.2～0.3C.0.4～0.5D.0.6～0.87.光学系统中，阿贝成像定律描述了什么现象？A.球面像差B.色差C.瑞利判据D.点扩散函数8.某光学系统采用衍射光学元件（DOE）实现光束整形，其基本原理是？A.透镜折射成像B.光的干涉叠加C.光的衍射效应D.光的反射成像9.光学检测中，使用轮廓仪测量工件表面形貌，属于哪种传感器类型？A.接触式传感器B.非接触式传感器C.激光传感器D.电容传感器10.光学系统中，准直镜的主要作用是？A.聚焦光束B.扩展光束C.使光束平行传播D.减少光束发散二、填空题（每空1分，共10空）说明：请根据题意填写正确答案。1.光学系统的像差主要分为球面像差、______和色差。2.光纤通信中，常用的芯径范围是______μm。3.光学系统中，光阑的位置会影响______和成像质量。4.衍射光学元件（DOE）利用光的______效应实现光束调控。5.光学检测中，干涉测量法常用于______测量。6.光学系统中，准直镜通常由______和反射镜组合而成。7.光纤的数值孔径（NA）与______有关，影响光耦合效率。8.光学系统的分辨率受限于______和探测器像素尺寸。9.光学系统中，菲涅尔透镜通过______实现光束扩展。10.光学检测中，轮廓仪常用于______的测量。三、简答题（每题5分，共4题）说明：请简要回答下列问题。1.简述光学系统中球面像差的产生原因及其改善方法。2.解释光纤通信中数值孔径（NA）的概念及其作用。3.比较干涉测量法和激光扫描法在光学检测中的优缺点。4.简述准直镜在光学系统中的主要作用及其应用场景。四、计算题（每题10分，共2题）说明：请根据题意进行计算，并写出公式和步骤。1.某光学系统使用两片薄透镜组合，第一片焦距为f₁=100mm，第二片焦距为f₂=-50mm，两片透镜相距d=20mm。物距为无限远，求该系统的等效焦距。2.光纤通信中，某光纤的数值孔径（NA）为0.4，入射角θ₁=30°，求该光纤的最大接受角度。五、论述题（每题15分，共2题）说明：请结合实际应用，深入分析下列问题。1.分析光学系统中像差的类型及其对成像质量的影响，并探讨现代光学设计如何减少像差。2.结合实际应用，论述衍射光学元件（DOE）在光学系统中的优势及其未来发展趋势。答案与解析一、选择题答案与解析1.B-解析：非球面镜片可以通过特殊设计减少球面像差，提高成像质量。2.C-解析：光阑通过限制光束范围，减少杂散光和光通量，提高成像对比度。3.B-解析：根据薄透镜成像公式1/f=1/u+1/v，1/100=1/200+1/v，解得v≈66.67mm。4.C-解析：干涉测量法利用光的干涉原理，精确测量工件表面平整度。5.C-解析：菲涅尔透镜通过光的衍射效应，实现光束扩展，常用于照明系统。6.C-解析：光纤通信中，常用NA=0.4～0.5，影响光耦合效率。7.D-解析：阿贝成像定律描述了光学系统的点扩散函数，与成像分辨率相关。8.C-解析：衍射光学元件利用光的衍射效应，实现光束整形和调控。9.A-解析：轮廓仪通过接触式探针测量工件表面形貌，属于接触式传感器。10.C-解析：准直镜使光束平行传播，常用于激光系统和光学测量仪器。二、填空题答案与解析1.彗形像差-解析：光学系统中的像差包括球面像差、彗形像差和色差。2.9～10-解析：光纤芯径通常为9～10μm，保证信号传输质量。3.光通量-解析：光阑位置影响光通量分布，进而影响成像亮度和质量。4.衍射-解析：衍射光学元件利用光的衍射效应，实现光束调控，无需透镜。5.绝对-解析：干涉测量法可测量工件表面绝对平整度，精度高。6.透镜-解析：准直镜通常由透镜和反射镜组合，实现光束准直。7.纤芯直径-解析：光纤的数值孔径与纤芯直径和包层折射率有关。8.衍射极限-解析：光学系统的分辨率受限于衍射极限和探测器像素尺寸。9.衍射-解析：菲涅尔透镜通过光的衍射效应，实现光束扩展。10.表面形貌-解析：轮廓仪常用于测量工件表面形貌，精度高。三、简答题答案与解析1.球面像差的产生原因及其改善方法-产生原因：光线经过球面透镜时，不同区域的光线聚焦位置不同，导致成像模糊。-改善方法：使用非球面镜片、多片透镜组合或衍射光学元件。2.光纤通信中数值孔径（NA）的概念及其作用-概念：NA是光纤纤芯与包层折射率差的函数，影响光耦合效率。-作用：NA越大，光纤接受角度越宽，光耦合效率越高。3.干涉测量法和激光扫描法的优缺点-干涉测量法：精度高，但设备昂贵，适用于高精度测量。-激光扫描法：速度快，但精度相对较低，适用于大面积测量。4.准直镜的主要作用及其应用场景-作用：使光束平行传播，提高光学系统成像质量。-应用场景：激光雷达、光学测量仪器、照明系统等。四、计算题答案与解析1.等效焦距计算-公式：1/f=1/f₁+1/f₂-d/(f₁f₂)-计算：1/f=1/100+1/(-50)-20/(100×(-50))=0.01-0.02+0.004=-0.006f≈-166.67mm（负值表示发散光束）2.光纤接受角度计算-公式：sinθ₂=NA/n₁，其中n₁为空气折射率（≈1）-计算：sinθ₂=0.4，θ₂≈23.58°-最大接受角度：2θ₂≈47.16°五、论述题答案与解析1.光学系统像差及其减少方法-像差类型：球面像差、彗形像差、色差、像散等，影响成像质量。-减少方法：现代光学设计采用非球面镜