光学基础与先进应用竞赛试题2026年度

光学基础与先进应用竞赛试题2026年度一、单选题（共5题，每题2分）1.在光学系统中，下列哪一项不属于光学像差的主要类型？A.球差B.色差C.像散D.波前畸变2.光的相干性可以分为时间相干性和空间相干性，以下哪一项主要描述时间相干性？A.光源横向尺寸B.相干长度C.光源发散角D.光束孔径3.在光纤通信中，色散会导致信号传输质量下降，以下哪种色散主要来源于光纤材料的折射率随波长变化？A.模式色散B.材料色散C.波导色散D.模间色散4.激光器的输出功率主要取决于以下哪一项？A.光源的光谱宽度B.激活介质的粒子数反转C.光学系统的透过率D.外界环境温度5.在全息照相中，记录全息图的关键条件是物光和参考光的以下哪一项？A.相位差B.光强比C.光源相干性D.光束发散角二、多选题（共5题，每题3分）1.光学系统的成像质量评价标准包括哪些？A.分辨率B.色差C.像场弯曲D.波前畸变E.放大率2.激光器的输出特性可能受到以下哪些因素的影响？A.激活介质的增益系数B.光学谐振腔的损耗C.激光器的泵浦功率D.外界环境振动E.光源的相干长度3.光纤通信系统中，色散补偿技术主要包括哪些方法？A.使用色散补偿光纤B.采用色散管理技术C.调制信号频率D.改变光纤传输距离E.使用色散移位激光器4.全息照相的记录条件包括哪些？A.物光和参考光的相干性B.光束的干涉条纹C.全息底片的曝光时间D.光学系统的透过率E.物体的三维信息5.光学系统的像差校正方法包括哪些？A.调整光学元件的曲率半径B.使用非球面镜片C.增加光学元件的数量D.采用衍射光学元件E.调整光学系统的光阑位置三、填空题（共5题，每题2分）1.光的衍射现象是光具有______的表现，其典型实验包括单缝衍射和圆孔衍射。2.在光纤通信中，色散补偿的主要目的是减少信号传输过程中的______失真。3.激光器的粒子数反转是指激发态粒子的数量大于______态粒子的数量。4.全息照相的再现过程需要使用与记录时相同或相似的______光束。5.光学系统的分辨率是指系统能够分辨的最小______的能力。四、简答题（共5题，每题4分）1.简述光的干涉现象的基本原理及其应用。2.解释光纤色散的类型及其对信号传输的影响。3.描述激光器的谐振腔结构及其对激光输出特性的影响。4.说明全息照相的记录和再现过程，并简述其应用领域。5.分析光学系统的像差类型及其对成像质量的影响。五、计算题（共5题，每题6分）1.已知单缝衍射的中央亮纹宽度为Δx，光源波长为λ，缝宽为a，求中央亮纹的半角宽度。2.一根光纤的长度为10km，材料色散为D=16ps/nm/km，求该光纤传输信号时的色散延迟。3.某激光器的泵浦功率为5W，量子效率为0.7，求其输出激光功率。4.全息照相中，物光和参考光夹角为30°，求干涉条纹的间距（设光源波长为632.8nm）。5.光学系统的焦距为100mm，物距为500mm，求像距和放大率。六、论述题（共2题，每题10分）1.论述光纤通信的优势及其在未来通信中的应用前景。2.分析光学相干层析（OCT）技术的原理、应用及其发展方向。答案与解析一、单选题答案与解析1.D.波前畸变解析：光学像差主要包括球差、色差、像散和场曲，波前畸变不属于主要类型。2.B.相干长度解析：时间相干性描述光波在时间上的相干性，相干长度是衡量时间相干性的指标。3.B.材料色散解析：材料色散源于光纤材料的折射率随波长变化，是光纤色散的主要来源。4.B.激活介质的粒子数反转解析：激光器的输出功率取决于粒子数反转程度，粒子数反转越高，输出功率越大。5.C.光源相干性解析：全息照相要求物光和参考光具有高度相干性，这是记录全息图的关键条件。二、多选题答案与解析1.A.分辨率、B.色差、C.像场弯曲、D.波前畸变解析：成像质量评价标准包括分辨率、色差、像场弯曲和波前畸变，放大率不是评价标准。2.A.激活介质的增益系数、B.光学谐振腔的损耗、C.激光器的泵浦功率解析：激光器的输出特性受增益系数、损耗和泵浦功率影响，外界振动和相干长度影响较小。3.A.使用色散补偿光纤、B.采用色散管理技术、E.使用色散移位激光器解析：色散补偿技术包括补偿光纤、色散管理技术和色散移位激光器，调制频率和传输距离不是直接方法。4.A.物光和参考光的相干性、B.光束的干涉条纹、C.全息底片的曝光时间解析：全息记录条件包括相干性、干涉条纹和曝光时间，透过率和三维信息不是直接条件。5.A.调整光学元件的曲率半径、B.使用非球面镜片、D.采用衍射光学元件、E.调整光学系统的光阑位置解析：像差校正方法包括调整曲率半径、使用非球面镜片、采用衍射光学元件和调整光阑位置，增加元件数量不是直接方法。三、填空题答案与解析1.波动性解析：衍射是光波特有的波动性表现，实验如单缝衍射验证了光的波动性。2.脉冲展宽解析：色散导致信号脉冲展宽，影响传输质量，补偿目的是减少脉冲展宽。3.基态解析：粒子数反转指激发态粒子数多于基态粒子数，这是激光产生的条件。4.参考解析：全息再现需要用与记录时相同的参考光，才能重建物体三维图像。5.细节解析：分辨率是系统分辨最小细节的能力，与光学元件的孔径和数值孔径有关。四、简答题答案与解析1.光的干涉现象：原理：两列相干光波叠加时，光强分布发生周期性变化，形成明暗条纹。应用：光学仪器的校准、干涉测量、全息照相等。2.光纤色散：类型：材料色散、模式色散、波导色散。影响：导致信号脉冲展宽，降低传输速率和距离。3.激光器谐振腔：结构：由反射镜和激活介质组成，光束在腔内来回反射形成振荡。影响：决定激光的频率、方向性和输出功率。4.全息照相：记录：物光和参考光在底片上干涉形成全息图。再现：用参考光照射全息图，重建物体三维图像。应用：三维显示、光学存储、医疗成像等。5.光学系统像差：类型：球差、色差、像散、场曲、波前畸变。影响：导致成像模糊、失真，降低成像质量。五、计算题答案与解析1.单缝衍射中央亮纹半角宽度：公式：θ=λ/a解：θ=632.8nm/a，Δx=2fθ=2fλ/a。2.光纤色散延迟：公式：Δτ=DL(Δλ/λ)解：Δτ=16ps/nm/km10km(Δλ/1550nm)。3.激光器输出功率：公式：P_out=ηP_in解：P_out=0.75W=3.5W。4.全息干涉条纹间距：公式：d=λ/(2sinθ)解：d=632.8nm/(2sin30°)=632.8nm。5.光学系统像距和放大率：公式：1/f=1/u+1/v，M=-v/u解：1/100=1/500+1/v，v=125mm，M=-125/500=-0.25。六、论述题答案与解析1.光纤通信：优势：