2026年光学工程知识要点解析练习题

2026年光学工程知识要点解析练习题一、单选题（每题2分，共10题）1.题干：在光学系统中，为了减少色差，通常采用哪种透镜组合？A.双胶合透镜B.单透镜C.棱镜D.透镜组+棱镜答案：A解析：双胶合透镜通过合理选择玻璃材料组合，可以有效校正球差和色差，提高成像质量。单透镜色差明显，棱镜主要用于分光或偏转，透镜组+棱镜组合较少用于普通成像系统。2.题干：光纤通信中，常用的低损耗波段是？A.400-500nm（可见光波段）B.850nm（短波长）C.1310nm（常规单模）D.1550nm（长波长）答案：D解析：1550nm波段在光纤中损耗最低，适合长途高速光通信，而850nm主要用于短距离局域网。1310nm损耗次之，但应用较少。3.题干：激光器的输出功率与哪些因素密切相关？（多选）A.泵浦功率B.温度稳定性C.光子寿命D.工作物质种类答案：A、B、C、D解析：泵浦功率决定了激发效率，温度稳定性影响激光器性能，光子寿命影响弛豫过程，工作物质种类决定激光波长和效率。4.题干：以下哪种光学元件可用于光束扩束？A.准直镜B.扩束镜组C.分束镜D.调制器答案：B解析：扩束镜组通过透镜或反射镜组合实现光束放大，准直镜用于光束方向控制，分束镜用于光路分权，调制器用于信号调制。5.题干：衍射极限光束的衍射角与什么无关？A.波长B.光束直径C.孔径数值孔径D.光源类型答案：D解析：衍射角由λ/D和NA决定，与光源具体类型无关，但与物理参数有关。二、多选题（每题3分，共5题）6.题干：全息术的关键技术包括哪些？A.相干光源B.记录介质C.友好性D.振幅和相位记录答案：A、B、D解析：全息术依赖相干光源、高灵敏度记录介质以及能同时记录振幅和相位的能力，"友好性"非技术要素。7.题干：光学系统设计中的像差包括？A.球差B.色差C.像散D.像畸变答案：A、B、C、D解析：像差包括球差、色差、像散、畸变、场曲等，均为光学系统需校正的缺陷。8.题干：光刻技术中，影响分辨率的关键因素有？A.照明波长B.投影透镜数值孔径EUV技术D.衬底材料答案：A、B、C解析：分辨率与λ/NA成正比，EUV（极紫外）技术可实现更高分辨率，衬底材料影响较小。9.题干：非线性光学效应产生的条件是？A.强光场B.频率匹配C.相位匹配D.媒介折射率答案：A、B、C解析：非线性效应需强光（高于阈值）、光频叠加满足能量守恒（频率匹配）、相位条件（相位匹配），与介质本身折射率相关但非产生条件。10.题干：光学测量技术中，干涉仪主要应用场景包括？A.光程差测量B.波长测量C.平面度检测D.温度测量答案：A、B、C解析：干涉仪通过光程差变化实现精密测量，可测波长、表面形貌等，但与温度测量关联较弱。三、填空题（每题2分，共10题）11.题干：光学系统的阿贝数表示色差校正能力，其值越大，色差越______。答案：小解析：阿贝数（nF-1）越大，表示色散越小，色差校正越好。12.题干：光纤通信中，色散补偿通常采用______或色散平坦光纤。答案：色散补偿模块解析：通过特殊模块或光纤实现反向色散抵消。13.题干：全息照相的记录原理基于光的______和干涉。答案：衍射解析：全息术记录物光和参考光的干涉条纹，利用衍射重现图像。14.题干：激光雷达（LiDAR）的核心技术是______和距离测量。答案：脉冲激光发射解析：通过发射激光脉冲并测量回波时间计算距离。15.题干：光学相干层析（OCT）利用______原理实现高分辨率成像。答案：低相干干涉解析：通过测量反射光干涉信号实现深度分辨。16.题干：衍射极限条件下，光束扩散角θ≈______（λ为波长，D为孔径）。答案：1.22λ/D解析：基于惠更斯原理和菲涅尔积分推导。17.题干：光刻机中的关键光学元件是______，其NA直接影响分辨率。答案：浸没式透镜解析：高NA透镜（如浸没式）可突破衍射极限。18.题干：非线性光学中，倍频效应产生的光频为入射光频的______倍。答案：2解析：二次谐波为基频的两倍。19.题干：自适应光学主要解决大气湍流导致的______问题。答案：波前畸变解析：通过实时补偿波前误差提高成像质量。20.题干：量子光学研究的是______的光学现象。答案：单个光子解析：关注光的量子特性，如光子统计分布。四、简答题（每题5分，共4题）21.题干：简述光学系统设计中的“像差平衡”原则及其应用场景。答案：像差平衡原则指在多组元系统中，通过合理分配各元件的像差贡献，使系统总像差最小化。应用场景包括望远镜、显微镜、投影仪等复杂成像系统，尤其在高精度光学设计（如空间望远镜）中至关重要。22.题干：光纤通信中，色散和非线性效应分别会导致什么问题？如何缓解？答案：色散导致脉冲展宽，降低传输速率；非线性效应（如自相位调制）引起信号失真。缓解方法：色散补偿模块/平坦光纤；非线性效应可通过色散管理（交替使用正负色散光纤）、低功率传输或色散抑制技术。23.题干：全息术与普通照相有何本质区别？答案：全息术记录光的振幅和相位信息，能三维成像；普通照相仅记录振幅（灰度）。全息图需参考光重建，具有立体感，而普通照片是二维平面图像。24.题干：激光器的谐振腔设计需要考虑哪些因素？答案：谐振腔需满足光子能量与腔内模式匹配（选模），通过反射镜镀膜控制透射率；模式选择决定激光线宽和稳定性；光束质量（M²因子）也与腔内增益分布相关。五、计算题（每题10分，共2题）25.题干：一束波长为632.8nm的氦氖激光通过直径D=2mm的光束孔径，求其衍射极限的扩散角（θ）。若改为光纤输出（NA=0.2），其有效扩散角是多少？答案：θ=1.22λ/D=1.22×632.8×10⁻⁹/2×10⁻³≈0.389mrad光纤有效孔径d=2×NA=0.4mm，θ=1.22×632.8×10⁻⁹/0.4×10⁻³≈0.19mrad26.题干：某光刻机浸没式透镜NA=1.35，光源波长λ=13.5nm，计算其理论分辨率极限（d）。若实际使用中透镜温度升高导致折射率下降（n→1.33），分辨率如何变化？答案：d=0.61λ/NA=0.61×13.5/1.35≈6nm若n=1.33，NA实际为1.35/1.33≈1.02，d=0.61×13.5/1.02≈8nm，分辨率下降。六、论述题（15分）27.题干：结合具体应用场景，论述光学工程在半导体制造中的核心作用及其面临的挑战。答案：核心作用：光刻技术是半导体制造的关键（如EUV光刻突破7nm节点），光学系统设计决定芯片性能；检测