2026年光学工程基础基础知识点测评练习题及解析

2026年光学工程基础基础知识点测评练习题及解析一、单选题（每题2分，共20题）1.在光学系统中，光阑的主要作用是A.增强成像质量B.控制光通量C.减少色差D.改变焦距2.下列哪种光学材料最适合用于制作红外透镜？A.硫化锌（ZnS）B.聚苯乙烯C.玻璃（BK7）D.石英3.衍射极限条件下，激光束的衍射角与光束腰半径的关系为A.正比B.反比C.无关D.平方成正比4.在光纤通信中，色散的主要来源是A.光纤弯曲B.材料不均匀性C.模式色散D.连接损耗5.全息照相的核心原理是A.干涉B.衍射C.偏振D.吸收6.以下哪种探测器对近红外波段最为敏感？A.碲镉汞（HgCdTe）B.硫化铅（PbS）C.碲化铟（InSb）D.碳化硅（SiC）7.光栅的光栅常数与衍射角度的关系遵循A.朗伯定律B.布拉格公式C.菲涅尔公式D.斯涅尔定律8.在激光谐振腔中，高斯光束的稳定性条件为A.g₁g₂>1/2B.g₁g₂<1/2C.g₁+g₂=1D.g₁g₂=19.以下哪种光学效应会导致光纤中的模式色散？A.材料色散B.波导色散C.模式色散D.偏振色散10.在光学系统设计中，光阑通常放置在A.物方B.像方C.光学系统中间D.任意位置均可二、多选题（每题3分，共10题）1.光学系统的像差主要包括A.球差B.色差C.像散D.像场弯曲E.像畸变2.光纤通信中，影响传输质量的主要因素有A.色散B.损耗C.偏振模色散D.弯曲损耗E.模式色散3.全息照相的优点包括A.三维成像B.高分辨率C.可重复记录D.对光照不敏感E.可进行多角度观察4.激光谐振腔的稳定性条件与哪些参数有关？A.谐振腔长度B.反射镜反射率C.光束腰半径D.光束发散角E.材料折射率5.光学薄膜的主要功能有A.增透B.高反C.分光D.调制E.抑制反射6.光栅的种类包括A.透射光栅B.反射光栅C.短焦光栅D.全息光栅E.准直光栅7.光电探测器的噪声类型包括A.热噪声B.散粒噪声C.闪烁噪声D.暗电流噪声E.相位噪声8.光学系统设计中的光阑类型有A.入瞳B.出瞳C.物方光阑D.像方光阑E.节点9.光纤的色散补偿方法包括A.使用色散补偿模块B.调整光纤长度C.采用色散平坦光纤D.使用色散管理光纤E.增加光源带宽10.全息照相的记录条件包括A.相干光源B.足够的光强C.光程差匹配D.调制深度合适E.记录介质特性三、填空题（每空2分，共10题）1.光学系统中的球差会导致不同焦距的光线聚焦在不同位置。2.光纤通信中，色散会导致信号脉冲展宽，影响传输速率。3.全息照相利用光的干涉和衍射原理记录和重建图像。4.激光谐振腔的稳定性条件通常用g₁和g₂参数表示。5.光栅的光栅常数越小，衍射角度越大。6.光电探测器的噪声主要包括热噪声和散粒噪声。7.光学薄膜的增透效果通常通过多层膜设计实现。8.光纤中的模式色散主要来源于不同模式的传播速度差异。9.光阑的孔径限制了光学系统的通光量。10.傅里叶变换全息照相可以实现实时全息显示。四、简答题（每题5分，共6题）1.简述光学系统中的球差及其消除方法。2.解释光纤通信中色散和损耗的概念及其影响。3.全息照相与普通照相的区别是什么？4.激光谐振腔的稳定性条件是什么？如何实现稳定输出？5.光学薄膜的增透原理是什么？如何设计高透膜系？6.光纤中的模式色散有哪些类型？如何补偿？五、计算题（每题10分，共4题）1.已知一个激光束腰半径为1mm，光束发散角为0.5mrad，求其远场衍射图案的尺寸。2.一个光纤的色散系数为16ps/(nm·km)，传输距离为50km，求信号脉冲的展宽量（假设初始脉宽为1ns）。3.设计一个三层增透膜，用于可见光（550nm）在玻璃（n=1.5）表面，要求透射率大于90%，计算膜层厚度（假设膜层折射率为1.38）。4.一个激光谐振腔长度为1m，两个反射镜的反射率分别为0.9和0.8，求该谐振腔的稳定性参数g₁和g₂，并判断是否稳定。参考答案及解析一、单选题1.B解析：光阑的主要作用是限制光通量，减少杂光干扰。2.A解析：硫化锌（ZnS）在红外波段具有较好的透过率，适合制作红外透镜。3.B解析：衍射极限条件下，激光束的衍射角与光束腰半径成反比，即光束腰半径越小，衍射角越大。4.C解析：模式色散是光纤中不同模式传播速度差异导致的色散，是光纤通信的主要色散来源。5.A解析：全息照相的核心原理是光的干涉，通过记录物光和参考光的干涉条纹来重建图像。6.A解析：碲镉汞（HgCdTe）在近红外波段具有极高的灵敏度，常用于红外探测器。7.B解析：光栅的衍射角度与光栅常数遵循布拉格公式，即λ=dsinθ。8.A解析：激光谐振腔的稳定性条件为g₁g₂>1/2，其中g₁和g₂是稳定性参数。9.B解析：波导色散是光纤中由于模式传播路径不同导致的色散，属于模式色散的一种。10.C解析：光阑通常放置在光学系统中间，以有效控制光通量。二、多选题1.A,B,C,D,E解析：光学系统的像差包括球差、色差、像散、像场弯曲和像畸变。2.A,B,C,D,E解析：光纤通信中，色散、损耗、偏振模色散、弯曲损耗和模式色散都会影响传输质量。3.A,B,E解析：全息照相可以实现三维成像、高分辨率和多角度观察，但对光照敏感，且不可重复记录。4.A,B,D解析：激光谐振腔的稳定性与腔长、反射镜反射率和光束发散角有关。5.A,B,C,D解析：光学薄膜的主要功能包括增透、高反、分光和调制。6.A,B,D解析：光栅种类包括透射光栅、反射光栅和全息光栅。7.A,B,C,D解析：光电探测器的噪声类型包括热噪声、散粒噪声、闪烁噪声和暗电流噪声。8.A,B,C,D解析：光学系统中的光阑类型包括入瞳、出瞳、物方光阑和像方光阑。9.A,C,D解析：光纤色散补偿方法包括使用色散补偿模块、采用色散平坦光纤和色散管理光纤。10.A,B,C,D解析：全息照相的记录条件包括相干光源、足够的光强、光程差匹配和调制深度合适。三、填空题1.球差会导致不同焦距的光线聚焦在不同位置，影响成像质量。2.色散会导致信号脉冲展宽，降低传输速率。3.全息照相利用光的干涉和衍射原理记录和重建图像。4.激光谐振腔的稳定性条件通常用g₁和g₂参数表示。5.光栅的光栅常数越小，衍射角度越大。6.光电探测器的噪声主要包括热噪声和散粒噪声。7.光学薄膜的增透效果通常通过多层膜设计实现。8.光纤中的模式色散主要来源于不同模式的传播速度差异。9.光阑的孔径限制了光学系统的通光量。10.傅里叶变换全息照相可以实现实时全息显示。四、简答题1.球差是指不同孔径的光线聚焦在不同距离的现象，导致成像模糊。消除方法包括使用非球面镜、光阑限制孔径或采用补偿透镜。2.色散是不同波长的光在光纤中传播速度不同导致的脉冲展宽，损耗是光信号在传输过程中能量衰减。色散影响传输速率，损耗降低信号强度。3.全息照相利用干涉记录物光和参考光的叠加，实现三维成像；普通照相仅记录二维平面图像。4.激光谐振腔的稳定性条件为g₁g₂>1/2，其中g₁=1-(1-R₁)/(1+R₂)cos(2kL)，g₂=1-(1-R₂)/(1+R₁)cos(2kL)。实现稳定输出可通过调整腔长和反射镜参数。5.增透原理是利用多层薄膜的干涉效应，使特定波长的光尽量透射。设计高透膜系需根据目标波长和基底折射率计算膜层厚度和折射率。6.模式色散类型包括色散位移光纤中的模式色散和单模光纤中的模式色散。补偿方法包括使用色散补偿模块或色散平坦光纤。五、计算题1.远场衍射图案尺寸解析：远场衍射图案尺寸公式为D=2λL/πω₀，其中λ为波长（假设为632.8nm），L为距离，ω₀为光束腰半径。计算得D≈2.5mm。2.信号脉冲展宽量解析：脉冲展宽量公式为Δτ=(Δτ₀²+(λL/Δλ)²)½，其中Δτ₀为初始脉宽。计算得Δτ≈1.1ns。3.增透膜厚度解析：增透膜厚度公式为d=(m+1/4)