1、zxy物镜题2-4图题2-6图 三填空:(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:_3一学生带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,准直要用焦距较_的透镜。四计算题:(共60分)1一透镜焦距,如在其前边放置一个的开普勒望远镜,求组合后系统的像方基点位置和焦距,并画出光路图。(10分)2已知,的双凸透镜,置于空气中。物A位于第一球面前处,第二面镀反射膜。该物镜所成实像B位于第一球面前,如图所示。若按薄透镜处理,求该透镜的折射率
2、n。(20分)3已知物镜焦距为,相对孔径,对无穷远物体成像时,由物镜第一面到像平面的距离为,物镜最后一面到像平面的距离为。(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,求望远镜的视觉放大率;(4分)(3)求目镜的焦距、放大率;(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。(7)画出光路图。工程光学(上)期末考试参考答案一 简答题:答:摄影物镜的三个重要参数是:焦距、相对孔径和视场角。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。为了保证测
3、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。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、小视场系统,而照相系统则是一个大孔径、大视场系统。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
4、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,既适用于大像差光学系统的评价也适用于小像差光学系统的评价。二 图解法求像或判断成像方向:(图中C为球面反射镜的曲率中心)Af 入瞳视场角2出瞳三 填空:_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_2转像系统分_棱镜式_和_透镜式_两大类,_使物镜所成的倒像转变为正像。3一学生带
5、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_。_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_。5激光束聚焦要求用焦距较_短_的透镜,准直要用焦距较_长_的透镜。四 计算题:解:, 求得: 组合后的焦距是-180mm。基点位置如图所示。其光路图如下所示:f3=30-h2-fF3(F)(F2)h1-fefo目镜lHl2-l3-l2=-l3-l=50dl1 设:透镜的折射率为n 物点A经折射成像在A处,将已知条件代入公式 得 - A经反射后,成像于B点。故将,代入反射面公式,得: - B点再经折射成像在B点。根据光路的可逆
6、性,将B视为物,B点视为像,有,代入折射公式,得: - 由式解得:透镜的折射率为1.6。(6)如果视度调节为5折光度,目镜应能移动的距离。根据题意,画出物镜的结构图如下:f=500400300u2h2u1(1)将和代入公式 ,得:将代入牛顿公式,得:(2)因,则:(3),(4)望远镜系统的结构如下图所示:-fe=20孔径光阑将和代入公式,得:将和代入公式,得出瞳距:(5)(6)(7)望远系统光路图如下:lzFo (Fe)工程光学(下)期末考试试卷一、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( )弧度的方向
7、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cm,则光波波长为( )nm。3已知闪耀光栅的闪耀角为15o,光栅常数d=1mm,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(4晶体的旋光现象是( ),其规律是( )。5渥拉斯棱镜的作用( ),要使它获得较好的作用效果应(6利用此关系可(7波片快轴的定义:(8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获得相干光的方法有( )和(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所示。当
8、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),形成的干涉条纹与垂直照射时相比,条纹间距(aG图1二、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)。qL1L2P接收屏衍射屏光源图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(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
9、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)。4 拟定部分偏振光和方位角为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36 A grating, used in the second order, diffracts light of 632.8nm wavelength through an angle of 30o. How many lines per millimeter does the grating have?7 An
10、 oil film (n=1.47, thickness 0.12mm) rests on a pool of water. If light strikes the film at an angle of 60o, what is the wavelength reflected in the first order?三、计算(共50分)1(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,问将缺少哪些波长?2(20分)图4所示一双缝实验,
11、波长为的单色平行光入射到缝宽均为d()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,折射率的薄玻璃片放在缝和屏幕之间。1)论点的光强度特性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,点的光强发生怎样的变化?(假设薄片不吸收光)。 tP0图43(15分)将一块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和,求光强为I0的自然光通过这一系统后的强度是多少?工程光学(下)期末考试参考答案一、 填空题(每题2分,共20分) 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( 5.8910-3 )弧度的方向上
12、。 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cm,则光波波长为(546)nm。 已知闪耀光栅的闪耀角为15o,光栅常数d=1mm,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( 500 )nm。 (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。式中为旋光系数,l为光在晶体中传播的距离,)。 (它能将自然光分解成两个分得较开光矢量相互的线偏振光),(由知,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)。 (在波片
13、中与传播速度快的光矢量所平行的主轴方向)。8 光源的相干长度与相干时间的关系()。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)。 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),形成的干涉条纹与垂直照射时相比,条纹间距(增大)。二、问答(每题6分,共30分)1答:1)增大透镜L2的焦距,将使接收屏上衍射图样的间隔增大。因有公式,此时衍射角不变,条纹间隔增大;2)增大透镜L2的口径,不会改变衍射图样的分布,但
14、进入系统的光束宽度增加,可使光强增加;3)衍射屏垂直于系统光轴方向移动时,衍射图样不会改变,因为衍射屏移动前后光的入射角不变,缝宽不变,由衍射公式知其接收屏上的光强分布不变;2答:M 圆 环 N 圆 环n=0 中央级次h大,条纹从中心涌出,中央级次增高; h小,条纹从中心内陷,中央级次降低。大,条纹向牛顿环中心移动(向棱移动),条纹变密,但不内陷;小,条纹向外移动,条纹变疏。条纹移动 红内紫外 红外紫内 白光照射(同一级次,) 3作图4答:用一偏振器正对着入射光并旋转之,观察透射光强,如图a所示,使偏振器P转到透射光最弱的位置,然后插入1/4波片(在P前)并使其快轴平行于此位置,如图b所示,再
15、旋转P,若有消光出现,说明入射光为椭圆偏振光,若转一周内无消光,则入射光为部分偏振光。l/4(b5答:将方解石晶体按长/宽=0.83的比例,平行光轴切制成一长方体并沿对角面如图所示再切开,然后贴合在一起,其间为薄的空气层。当一束自然光垂直入射到此棱镜上时,在第一个直角镜中产生两个光矢量相互垂直,以不同速度沿同一直线传播的线偏振光(o,e)。其中o光在斜面处因满足全反射条件而全部反射,只有e光在两直角镜中的折射率均为ne。所以仍沿同一直线传播并透出整个棱镜。可见:这种棱镜可用作激光紫外波段的起偏和检偏,并且因透射光不改传播方位即仍沿直线传播。因此旋转此镜时,出射光不绕入射光传播方向打转。其透光轴
16、为平行于主截面或平行于光轴的方向。此外,由于从棱镜出射的光矢量为平行于入射面的P分量,它的反射损失低,因此透射光强较大。但由于此棱镜的孔径角约为。因此使用时入射光最好接近垂直入射。6Solution. According to the equation , we get So 7Solution. According to the Snells law, , we getwhen m=1,1(15分)由已知条件知小孔位置对应的衍射角由双缝衍射公式其中 , , a为缝宽、d为相邻两缝间隔得:当 时, I=0。 即 I=0上式整理得: 代入m=4,5,6,7得: 为缺少的波长。2(20分)1)从两个缝发出的光到达P0点时的相位差为 P0点的光强为当相位差满足 或薄片厚度满足 时, P0点的光强最大。当相位差满足时,P0点的光强最小。2) 上面的缝宽增加到2d时,P0点的光强复振幅为此时P0点的光强度为3(15分)如图所示P1P2=
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