2011工程光学总复习
2011工程光学总复习
1、基本概念（光波、光源、光线、波面、光束）、基本定律（折射、全反射、费马、马吕斯）、成像（概念、虚实、物/像空间）；
2、基本参量（孔径角、截距）、符号法则（标示）；
3、四个常用的推导公式：
4、单面成象放大率及拉赫不变量：
5、转面公式、共轴系统放大率公式、球面反射镜；
6、基点、基面（焦点、主点、焦距）的作图与表示；
7、图解法求物象关系；
8、解析法求物象关系： 牛顿公式: 高斯公式： 9、光焦度： 10、双光组组合的图解法：
作图方法：1）从物方作图到像方2）从像方作图到物方
3）原则 物方平行光轴光线交像方焦点,
物方过焦点光线在像方平行光轴
11、双光组组合解析法（牛顿公式、高斯公式）——推导思路；
组合系统的垂轴放大率β： 12、透镜的焦点、焦距；多光组组合的正切计算法
13、平行平板（位移、等效空气层厚度）：
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n n l n l n -'=-''h r
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14、棱镜成像方向的判断；
共轴球面系统成倒像，则整个系统成像方向与棱镜系统成像方向相反。
共轴球面系统成正像，则整个系统成像方向与棱镜系统成像方向相同。
15、棱镜的展开与结构参数K 、等效空气平板 16、折射棱镜（最小偏向角、光楔）：
17、孔径光阑（概念、入/出瞳、判断方法、计算）；
18、视场光阑（概念、入/出窗、判断方法、计算）；
19、渐晕光阑（概念、入/出窗、图示、渐晕系数、消除渐晕条件）；
20、景深的概念与性质；
21、远心光路（物方远心、象方远心）；
22、球差（定义、图示、分布、齐明透镜）；
23、慧差（定义、图示、结构的影响）；
24、象散、场曲、畸变（定义、图示）；
25、正弦差（定义、图示、等晕条件）；
26、位置色差、倍率色差（定义、图示）；
27、初级象差、消初级位置色差条件：
28、光学系统象差校正（大/小孔径、大/小视场）；
29、放大镜（视角放大率、线视场）：
30、显微镜系统：
1）视角放大率：
2）出瞳直径：
3）视场光阑直径；
Φ
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4）景深：
5）分辨率：
6）镜目距、物镜/目镜的通光口径；（显微系统习题1、习题2）
31、眼睛系统：简化模型、视度、视力的矫正、光焦度
32、五个光学量的基本概念
33、望远系统：
1）视角放大率：
2）正常放大率：
3）孔阑：伽利略望远镜：瞳孔为孔阑、出瞳；开普勒望远镜：物镜框为孔阑、入瞳；
4）计算直径： 入瞳直径D 、出瞳直径D’： 视阑直径： 目镜口径： 5）焦距： 出瞳距： 目镜工作距： NA λ
σ5.0=NA U n λλσ61.0sin 222.1==NA λ
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工程光学期末考试题库试题含答案详解
一、填空题 1．在单缝衍射中，设缝宽为a，光源波长为λ，透镜焦距为f ′，则其衍射暗条纹间距e暗= ___ ，条纹间距同时可称为。2．当保持入射光线的方向不变，而使平面镜转15°角，则反射光线将转动角。3．光线通过平行平板折射后出射光线方向___ ___ ,但会产生轴向位移量，当平面板厚度为d，折射率为n，则在近轴入射时，轴向位移量为_______ 。4．在光的衍射装置中，一般有光源、衍射屏、观察屏，则衍射按照它们距离不同可分为两类，一类为 ____ ，另一类为 _____ 。5．光轴是晶体中存在的特殊方向,当光在晶体中沿此方向传播时不产生 ________ 。n e 第一章几何光学基本原理 光和人类的生产活动和生活有着十分密切的关系，光学是人类最古老的科学之一。 对光的每一种描述都只是光的真实情况的一种近似。 研究光的科学被称为“光学”（optics），可以分为三个分支： 几何光学物理光学量子光学 第一节光学发展历史 1，公元前300年，欧几里得论述了光的直线传播和反射定律。 2，公元前130年，托勒密列出了几种介质的入射角和反射角。 3，1100年，阿拉伯人发明了玻璃透镜。 4，13世纪，眼镜开始流行。 5，1595年，荷兰著名磨镜师姜森发明了第一个简陋的显微镜。 6，1608年，荷兰人李普赛发明了望远镜；第2年意大利天文学家伽利略做了放大倍数为30×的望远镜。7，1621年，荷兰科学家斯涅耳发现了折射定律；1637年法国科学家笛卡尔给出了折射定律的现代的表述。8，17世纪下半叶开始，英国物理学家牛顿和荷兰物理学家惠更斯等人开始研究光的本质。 9，19世纪初，由英国医生兼物理学家杨氏和法国土木工程师兼物理学家菲涅耳所发展的波动光学体系逐 渐被普遍接受。 10，1865年，英国物理学家麦克斯韦建立了光的电磁理论。 11，1900年，德国柏林大学教授普朗克建立了量子光学。 12， 1905年，德国物理学家爱因斯坦提出光量子（光子）理论。 13，1925年，德国理论物理学家玻恩提出了波粒二象性的几率解释，建立了波动性与微粒性之间的联系。14，1960年，美国物理学家梅曼研制成第一台红宝石激光器，给光学带来了一次革命，大大推动了光学以 及其他科学的发展。 15，激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明。激光一问世，就获得了 异乎寻常的飞快发展，激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且导致整个一门新兴 产业的出现。 ●光学作为一门学科包含的内容非常多，作为在工程上应用的一个分支——工程光学， 内容主要包括几何光学、典型光学系统、光度学等等。 ●随着机械产品的发展，出现越来越多的机、电、光结合的产品。 ●光学手段越来越多用于机电装备的检测、传感、测量。 ●掌握好光学知识，为今后进一步学习机电光结合技术打好基础，也将会有更广阔的 适应面。 第二节光线和光波 1，光的本质 ●光和人类的生产、生活密不可分； ●人类对光的研究分为两个方面：光的本性，以此来研究各种光学现象，称为物理光学；光的传播规律 和传播现象称为几何光学。 ●1666年牛顿提出的“微粒说” ●1678年惠更斯的“波动说” ●1871年麦克斯韦的电磁场提出后，光的电磁波 ●1905年爱因斯坦提出了“光子”说 ●现代物理学认为光具有波、粒二象性：既有波动性，又有粒子性。 ●一般除研究光与物质相互作用，须考虑光的粒子性外，其它情况均可以将光看成是电磁波。 ●可见光的波长范围：380-760nm English Homework for Chapter 1 ancient times the rectilinear propagation of light was used to measure the height of objects by comparing the length of their shadows with the length of the shadow of an object of known length. A staff 2m long when held erect casts a shadow long, while a building’s shadow is 170m long. How tall is the building Solution. According to the law of rectilinear propagation, we get, 4.32170= x x=100 (m) So the building is 100m tall. from a water medium with n= is incident upon a water-glass interface at an angle of 45o. The glass index is . What angle does the light make with the normal in the glass Solution. According to the law of refraction, We get, ' 'sin sin I n I n = 626968 .05.145 sin 33.1sin =?= ' I 8.38='I So the light make 3. A goldfish swims 10cm from the side of a spherical bowl of water of radius 20cm. Where does the fish appear to be Does it appear larger or smaller Solution. According to the equation. r n n l n l n -'=-'' and n ’=1 , n=, r=-20 we can get 11416.110133 .15836.8)(5836.81165.02033.01033.11>-=??-=''= -='∴-=--+-=-'+='l n l n cm l r n n l n l β A 1．在单缝衍射中，设缝宽为a ，光源波长为λ，透镜焦距为f ′，则其衍射暗条纹间距e 暗=f a λ ' ， 条纹间距同时可称为线宽度。 2．当保持入射光线的方向不变，而使平面镜转15°角，则反射光线将转动 30° 角。 3．光线通过平行平板折射后出射光线方向__不变_ ___ ,但会产生轴向位移量，当平面板厚度为d ， 折射率为n ，则在近轴入射时，轴向位移量为1 (1)d n - 。 4．在光的衍射装置中，一般有光源、衍射屏、观察屏，则衍射按照它们距离不同可分为两类，一类为 菲涅耳衍射，另一类为 夫琅禾费衍射 。 5．光轴是晶体中存在的特殊方向,当光在晶体中沿此方向传播时不产生双折射。n e 光学试题 (120分钟) 班级__________学号____________姓名____________ 一 选择题(每小题3分,共30分) 1 单色平行光垂直照射在薄膜上，经上下两表面 反射的两束光发生干涉，如图所示，若薄膜的厚 度为e ，且n 1＜n 2＞n 3，1为入射光在n 1中的波长， 则两束反射光的光程差为 (A) 2n 2e ． (B) 2n 2 e - λ1 / (2n 1)． (C) 2n 2 e - n 1 λ1 / 2． (D) 2n 2 e - n 2 λ1 / 2． [ ] 2 若把牛顿环装置(都是用折射率为1.52的玻璃制成的)由空气搬入折射率为1.33的水中，则干涉条纹 (A) 中心暗斑变成亮斑． (B) 变疏． (C) 变密． (D) 间距不变． [ ] 3 用劈尖干涉法可检测工件表面缺陷，当波长为的单色平行光垂直入射时， 若观察到的干涉条纹如图所示，每一 条纹弯曲部分的顶点恰好与其左边条 纹的直线部分的连线相切，则工件表 面与条纹弯曲处对应的部分 (A) 凸起，且高度为 / 4． (B) 凸起，且高度为 / 2． (C) 凹陷，且深度为 / 2． （D ）凹陷，且深度为 / 4． [ ] 4 在玻璃(折射率n 2＝1.60)表面镀一层MgF 2 (折射率n 2＝1.38)薄膜作为增透膜．为了使波 长为500 nm(1nm=10-9m)的光从空气(n 1＝1.00)正入射时尽可能少反射，MgF 2薄膜的最少厚度 应是 (A) 78.1 nm (B) ) 90.6 nm (C) 125 nm (D) 181 nm (E) 250nm ［ ］ 5 对某一定波长的垂直入射光，衍射光栅的屏幕上只能出现零级和一级主极大，欲使屏幕上出现更高级次的主极大，应该 (A) 换一个光栅常数较小的光栅． (B) 换一个光栅常数较大的光栅． (C) 将光栅向靠近屏幕的方向移动． (D) 将光栅向远离屏幕的方向移动． ［ ］ 6 在双缝衍射实验中，若保持双缝S 1和S 2的中心之间的距离d 不变，而把两条缝的宽度a n 1n 2n 3入射光 反射光1反射光2e 平玻璃 工件 空气劈尖 总 分 工程光学基础学习报告 ——典型光学系统之显微镜系统 由于成像理论的逐步完善，构成了许多在科学技术和国民经济中得到广泛应用的光学系统。为了观察近距离的微小物体，要求光学系统有较高的视觉放大率，必须采用复杂的组合光学系统，如显微镜系统。 ●显微镜的介绍 显微镜是由一个透镜或几个透镜的组合构成的一种光学仪器，是人类进入原子时代的标志。主要用于放大微小物体成为人的肉眼所能看到的仪器。光学显微镜是在1590年由荷兰的詹森父子所首创。现在的光学显微镜可把物体放大1600倍，分辨的最小极限达0.1微米，国内显微镜机械筒长度一般是160mm。列文虎克，荷兰显微镜学家、微生物学的开拓者。 显微镜是人类这个时期最伟大的发明物之一。在它发明出来之前，人类关于周围世界的观念局限在用肉眼，或者靠手持透镜帮助肉眼所看到的东西。 显微镜把一个全新的世界展现在人类的视野里。人们第一次看到了数以百计的“新的”微小动物和植物，以及从人体到植物纤维等各种东西的内部构造。显微镜还有助于科学家发现新物种，有助于医生治疗疾病。 ●显微镜的分类 显微镜以显微原理进行分类可分为光学显微镜与电子显微镜，而我们课堂上讲的是光学显微镜。 ●显微镜的结构 普通光学显微镜的构造主要分为三部分：机械部分、照明部分和光学部分。 ◆机械部分 （1）镜座：是显微镜的底座，用以支持整个镜体。 （2）镜柱：是镜座上面直立的部分，用以连接镜座和镜臂。 （3）镜臂：一端连于镜柱，一端连于镜筒，是取放显微镜时手握部位。 （4）镜筒：连在镜臂的前上方，镜筒上端装有目镜，下端装有物镜转换器。 （5）物镜转换器(旋转器)简称“旋转器”：接于棱镜壳的下方，可自由转动，盘上有3－4 个圆孔，是安装物镜部位，转动转换器，可以调换不同倍数的物镜，当听到碰叩声时，方可进行观察，此时物镜光轴恰好对准通光孔中心，光路接通。转换物镜后，不允许使用粗调节器，只能用细调节器，使像清晰。 （6）镜台(载物台)：在镜筒下方，形状有方、圆两种，用以放置玻片标本，中央有一通光孔，我们所用的显微镜其镜台上装有玻片标本推进器(推片器)，推进器左侧有弹簧夹，用以夹持玻片标本，镜台下有推进器调节轮，可使玻片标本作左右、前后方向的移动。 （7）调节器：是装在镜柱上的大小两种螺旋，调节时使镜台作上下方向的移动。 ①粗调节器(粗准焦螺旋)：大螺旋称粗调节器，移动时可使镜台作快速和较大幅度的升降，所以能迅速调节物镜和标本之间的距离使物象呈现于视野中，通常在使用低倍镜时，先用粗调节器迅速找到物象。 ②细调节器(细准焦螺旋)：小螺旋称细调节器，移动时可使镜台缓慢地升降，多在运用高倍 简答题、填空题： 1、光线的含义是什么？波面的含义是什么？二者的关系是什么？ 光线：发光点发出光抽象为许许多多携带能量并带有方向的几何线。 波面：发光点发出的光波向四周传播时，某一时刻起振动位相相同的点所构成的等相位面。 二者关系：波面法线即为光线。 2、什么是实像？什么是虚像？如何获得虚像？ 实像：实际光线相交所会聚成的点的所组成的像。 虚像：光线的延长线相交所形成的点所组成的像。 如何获得虚像：光线延长线所形成的同心光束。 3、理想光学系统几对基点？分别是什么？ 2对。像方焦点（F’），像方主点（H’），物方焦点（F），物方主点（H）。 4、什么是孔径光阑？什么是入瞳？什么是出瞳？孔径光阑与入瞳、出瞳之间有什么系？ 孔径光阑：限制进入光学系统的成像光束口径的光阑称为孔径光阑。 入瞳：孔径光阑在透镜后，经前面光学系统所成的像，称为入瞳。 出瞳：孔径光阑在透镜前，经后面光学系统所成的像，称为出瞳。 关系：入瞳、出瞳和孔径光阑对整个系统是共轭的，经过入瞳的光线必经过孔径光阑、也经过出瞳。 5、光学系统的景深是什么含义？ 能够在像面上获得清晰像的物空间深度，就是系统的景深。 6、发生干涉的条件是什么？发生干涉的最佳光源是什么类型的光源？ 两列光波的频率相同，相位差恒定，振动方向一致的相干光源。 7、近场衍射和远场衍射的区别是什么？ 近场衍射：光源和衍射场或二者之一到衍射屏的距离比较小时的衍射。 远场衍射：光源和衍射场都在衍射屏无限远处的衍射。 8、什么是光学系统的分辨率？人眼的极限分辨率是多少？ 极限分辨角为60``(=1`) 9、完善像和理想光学系统的含义分别是什么？ 完善像：每一个物点对应唯一的一个像点。或者，物点发出的同心光束经过光学系统后仍为同心光束。或者，入射波面为球面波时，出射波面也为球面波。 理想光学系统：任何一个物点发出的光线在系统的作用下所有的出射光线仍然相交于一点的系统。 10、近轴光线的条件是什么？近轴光线所成像是什么像？ 条件：当孔径角U很小时，I、I’和U’很小。 成像：高斯像。 11、光学系统中主点有什么特点？节点有什么特点？ 12、一束光入射到平面镜上，有反射光从平面镜射出，当平面镜旋转了5°，试问反射光旋转过多少度？ 13、视场光阑的作用是什么？入窗、出窗和视场光阑的关系是什么？ 作用：限制物平面上或物空间中成像范围。 关系：入窗、出窗和视场光阑三者互为共轭。 1 、波面：点光源发出的光波向四周传播时，某一时刻其振动位相相同的点所构成的等相位面称为波阵面，简称波面。 2 、几何光学的四大基本定律 1 ）光的直线传播定律：在各向同性的均匀介质中，光是沿着直线传播的。 2 ）光的独立传播定律：不同光源发出的光在空间某点相遇时，彼此互不影响，各光束独立传播。 3 ）反射定律和折射定律（全反射）： 全反射：当光线从光密介质向光疏介质入射，入射角大于临界角时，入射到介质上的光会被全部反射回原来的介质中，而没有折射光产生。sinI m =n ’/n ，其中I m 为临界角。 3 、费马原理 光从一点传播到另一点，其间无论经历多少次折射和反射，其光程为极值。 4 、马吕斯定律 光线束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面正交，并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。 5 、完善成像条件（3种表述) 1）、入射波面为球面波时，出射波面也为球面波； 2）、入射光束为同心光束时，出射光束也为同心光束； 3）、物点A 1及其像点A k ’之间任意二条光路的光程相等。 6 、单个折射面的成像公式（定义、公式、意义） r n n l n l n -= -''' r l l 21'1=+ ( 反射球面，n n -=' ) 7 、垂轴放大率成像特性： β>0,成正像，虚实相反；β<0,成倒像，虚实相同。|β|>1,放大；|β|<1，缩小。 注：前一个系统形成的实像，若实际光线不可到达，则为下一系统的虚物。 若实际光线可到达，则为下一系统的实物。 8 、理想光学系统两焦距之间的关系 n n f f ''-= 9 、解析法求像方法为何？（牛顿公式、高斯公式） 1）牛顿公式： 2）高斯公式： ' 11'1f l l =- 《工程光学基础》考试大纲 主要参考书目 1．工程光学基础教程，郁道银，谈恒英，机械工业出版社，2008 2．工程光学（第4版），郁道银，谈恒英，机械工业出版社，2016 考试内容和考试要求 一、几何光学基本定律与成像概念 考试内容： 1、几何光学基本定律 2、成像基本概念与完善成像 3、近轴光学系统 考试要求： 1、掌握光学基本定律及几何光学基本概念 2、掌握成像概念与完善成像条件 3、掌握近轴光线及成像特点、掌握光轴光线成像计算 二、理想光学系统 考试内容 1、理想光学系统的基点与基面 2、理想光学系统的物像关系 3、理想光绪系统的放大率 4、理想光学系统的组合 考试要求： 1、掌握理想光学系统的基点与基面概念 2、掌握理想光学系统的求物像关系（作图法与计算法） 3、掌握理想光绪系统的放大率概念与相关计算 4、理解理想光学系统的组合方法及计算 三、平面系统 考试内容 1、平面镜成像 2、平行平板 3、反射棱镜 4、折射棱镜与光楔 考试要求： 1、掌握平面镜成像规律 2、掌握平行平板成像规律 3、掌握反射棱镜成像与成像方向判断 4、了解折射棱镜与光楔传光特性 四、光学系统中的光阑和光束限制 考试内容 1、光阑 2、照相系统中的光阑 3、望远镜系统中成像光束的选择 4、显微镜系统中的光束限制与分析 考试要求： 1、掌握光阑的分类及作用 2、掌握照相系统中光束限制分析 3、掌握望远镜系统中成像光束分析方法 4、掌握显微镜系统中的光束限制与分析 五、光度学 考试内容 1、辐射量与光学量及其单位 2、光传播过程中光学量的变化规律 3、成像系统像面的光照度 考试要求： 1、掌握光学量及其单位 2、理解光传播过程中光学量的变化规律 3、理解成像系统像面的光照度的计算 六、典型光学系统 考试内容 1、眼睛及其光学系统 河北工业大学2019年硕士研究生招生考试 自命题科目考试大纲 科目代码：822 科目名称：工程光学基础 适用专业：仪器科学与技术、仪器仪表工程（专业学位） 一、考试要求 工程光学基础适用于河北工业大学机械工程学院仪器科学与技术专业、仪器仪表工程（专业学位）专业硕士研究生招生专业课考试。主要考察对于工程光学基础的基本概念、方法及运用所学知识分析问题和解决问题的能力。 二、考试形式 试卷采用客观题型和主观题型相结合的形式，主要包括选择题、填空题、判断题、简答题、计算题、分析论述题、设计题等。考试时间为3小时，总分为150分。 三、考试内容 （一）几何光学基本定律与成像概念 1、几何光学的基本定律：折射定律、反射定律、全反射定律、马吕斯定律、费马原理等。 2、几何光学的基本概念：光波、折射率等。 （二）光线光路计算及近轴区成像 1、单个折射球面光线计算 能够利用公式进行实际光路中的光线轨迹运算。 2、近轴区单个折射球面及球面系统的成像物象位置关系计算 能够利用光线追迹计算结果初步判断光学系统的像差；能够利用近轴区的各种公式计算像的位置，像的大小并判断像的虚实。 （三）理想光学系统 1、理想光学系统的基本理论 能够利用共线成像理论求解基点和基面，并完成图解法求像。 2、理想光学系统的解析法求像 能够利用工作理想光学系统的各种计算公式计算理想光学系统的物象位置关系、计算像的大小、位置并判断像的虚实；能够利用节点的性质进行实际问题的分析。 3、光学系统的组合 利用两个理想光学组合等效系统的基点和基面的几何求解方法求解任何所需要的透镜。利用正切法将三个及以上系统的组合等效系统求解。 4、透镜 能够利用透镜的相关公式求解透镜的焦距和基点位置。 （四）平面与平面元件 1、平面元件简介 能够利用平面镜的成像特性解释各种有关平面镜的光学现象及成像特点。能够利用平面镜的旋转性、平移性、双面镜的成像特性进行系统设计。 2、平行平板 能够平行平板成像公式及成像特性解释有关光学现象并应用到实际之中。 3、反射棱镜及像方坐标系求解 能够利用反射棱镜像方坐标系及透镜在不同情况下的像方坐标系的求解方法求解系统的像方坐标系；能够利用棱镜的光学系统的成像方法进行光学系统分析。 4、折射棱镜及光楔 利用折射棱镜最小偏向角的原理解决实际光学问题；学生能够利用光楔的作用分析其在光学系统中的作用。 班号学号姓名成绩 2013年北京航空航天大学《工程光学（I）》期中考试试题 一、填空题（本题共20分，每空2分） 1、一个折射率为1.52的双凸薄透镜，其中一个折射面的曲率半径是另一个折 射面的2倍，且其焦距为5cm，则这两个折射面的曲率半径分别是（）cm和（）cm。 2、一个物方、像方折射率相同的折射光学系统对实物成像时，其垂轴放大率 -1<β<0 ，则成（）（正立/倒立）的实像。 3、限制轴上物点成像光束宽度的光阑是（），而（）在此基础上进一步限制轴 外物点的成像光束宽度。 4、为减小测量误差，测量仪器一般采用（）光路。 5、一个透镜紧贴水面使用，如果测得空气端的焦距为100mm，则水面端的焦距 大小为（）mm（设水的折射率为1.33）。 6、厚度为L、折射率为n的玻璃板，其等效空气层的厚度为（）。 7、在组合系统中，光学间隔定义为（）。有时 用它来区分显微镜和望远镜，那么对于望远镜，光学间隔 等于（）。 二、简答题（本题共20分，每题4分）。 1、光线的含义是什么？波面的含义是什么？二者的关系是什么？ 2、请描述马吕斯定律，并说明它的含义是什么，且与折射与反射定律、费马原理的关系。 3、请写出发生全反射的条件，若光从折射率n 1的介质到折射率n 2 的介质界面发 生全反射，请写出全反射临界角公式。 4、在光学系统中，棱镜主要起什么作用，且普通棱镜与屋脊棱镜在结构、作用上的主要区别是什么？ 5、利用解析法来研究物像关系有哪两种公式，请写出关系式并说明每个物理量的含义。 三、作图题（本题共16分，每题4分）。 1、用图解法求下列图中物体的像，并指出像的虚实： 2、用图解法求下列图中物体的像，并指出像的虚实： 3、求物AB的像，并注明系统像方的基点位置和焦距 4、判断光学系统成像的方向 第一章 几何光学基本定律 1. 已知真空中的光速c ＝38 10?m/s ，求光在水（n=1.333）、冕牌玻璃（n=1.51）、火石玻璃（n=1.65）、加拿大树胶（n=1.526）、金刚石（n=2.417）等介质中的光速。 解： 则当光在水中，n=1.333时，v=2.25 m/s, 当光在冕牌玻璃中，n=1.51时，v=1.99 m/s, 当光在火石玻璃中，n ＝1.65时，v=1.82 m/s ， 当光在加拿大树胶中，n=1.526时，v=1.97 m/s ， 当光在金刚石中，n=2.417时，v=1.24 m/s 。 2. 一物体经针孔相机在 屏上成一60mm 大小的像，若将屏拉远50mm ，则像的大小变为70mm,求屏到针孔的初始距离。 解：在同种均匀介质空间中光线直线传播，如果选定经过节点的光线则方向不变，令屏到针孔的初始距离为x ，则可以根据三角形相似得出： ,所以x=300mm 即屏到针孔的初始距离为300mm 。 3. 一厚度为200mm 的平行平板玻璃（设n =1.5），下面放一直径为1mm 的金属片。若在玻璃板上盖一圆形的纸片，要求在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属片，问纸片的最小直径应为多少？ 2211sin sin I n I n = 66666.01 sin 2 2== n I 745356.066666.01cos 22=-=I 1mm I 1=90? n 1 n 2 200mm L I 2 x 88.178745356 .066666 .0* 200*2002===tgI x mm x L 77.35812=+= 4.光纤芯的折射率为1n ，包层的折射率为2n ，光纤所在介质的折射率为0n ，求光纤的数值孔径（即10sin I n ，其中1I 为光在光纤内能以全反射方式传播时在入射端面的最大入射角）。 解：位于光纤入射端面，满足由空气入射到光纤芯中，应用折射定律则有： n 0sinI 1=n 2sinI 2 (1) 而当光束由光纤芯入射到包层的时候满足全反射，使得光束可以在光纤内传播，则有： (2) 由（1）式和（2）式联立得到n 0 . 5. 一束平行细光束入射到一半径r=30mm 、折射率n=1.5的玻璃球上，求其会聚点的位置。如果在凸面镀反射膜，其会聚点应在何处？如果在凹面镀反射膜，则反射光束在玻璃中的会聚点又在何处？反射光束经前表面折射后，会聚点又在何处？说明各会聚点的虚实。 解：该题可以应用单个折射面的高斯公式来解决， 设凸面为第一面，凹面为第二面。 （1）首先考虑光束射入玻璃球第一面时的状态，使用高斯公式： 会聚点位于第二面后15mm 处。 （2） 将第一面镀膜，就相当于凸面镜 简答题、填空题： 1、光线的含义是什么波面的含义是什么二者的关系是什么 光线：发光点发出光抽象为许许多多携带能量并带有方向的几何线。 波面：发光点发出的光波向四周传播时，某一时刻起振动位相相同的点所构成的等相位面。 二者关系：波面法线即为光线。 2、什么是实像什么是虚像如何获得虚像 实像：实际光线相交所会聚成的点的所组成的像。 虚像：光线的延长线相交所形成的点所组成的像。 如何获得虚像：光线延长线所形成的同心光束。 3、理想光学系统几对基点分别是什么 2对。像方焦点（F’），像方主点（H’），物方焦点（F），物方主点（H）。 4、什么是孔径光阑什么是入瞳什么是出瞳孔径光阑与入瞳、出瞳之间有什么系 孔径光阑：限制进入光学系统的成像光束口径的光阑称为孔径光阑。 入瞳：孔径光阑在透镜后，经前面光学系统所成的像，称为入瞳。 出瞳：孔径光阑在透镜前，经后面光学系统所成的像，称为出瞳。 关系：入瞳、出瞳和孔径光阑对整个系统是共轭的，经过入瞳的光线必经过孔径光阑、也经过出瞳。 5、光学系统的景深是什么含义 能够在像面上获得清晰像的物空间深度，就是系统的景深。 6、发生干涉的条件是什么发生干涉的最佳光源是什么类型的光源 两列光波的频率相同，相位差恒定，振动方向一致的相干光源。 7、近场衍射和远场衍射的区别是什么 近场衍射：光源和衍射场或二者之一到衍射屏的距离比较小时的衍射。 远场衍射：光源和衍射场都在衍射屏无限远处的衍射。 8、什么是光学系统的分辨率人眼的极限分辨率是多少 极限分辨角为60``(=1`) 9、完善像和理想光学系统的含义分别是什么 完善像：每一个物点对应唯一的一个像点。或者，物点发出的同心光束经过光学系统后仍为同心光束。或者，入射波面为球面波时，出射波面也为球面波。 理想光学系统：任何一个物点发出的光线在系统的作用下所有的出射光线仍然相交于一点的系统。 10、近轴光线的条件是什么近轴光线所成像是什么像 条件：当孔径角U很小时，I、I’和U’很小。 成像：高斯像。 11、光学系统中主点有什么特点节点有什么特点 12、一束光入射到平面镜上，有反射光从平面镜射出，当平面镜旋转了5°，试问反射光旋转过多少度 13、视场光阑的作用是什么入窗、出窗和视场光阑的关系是什么 作用：限制物平面上或物空间中成像范围。 关系：入窗、出窗和视场光阑三者互为共轭。 1简答 （1）何为完善成像？轴上物点在近轴区内以细光束成的完善像称为什么？ （2）什么是孔径光阑、入瞳和出瞳？三者是什么关系？画图表示生物显微镜的孔径光阑、入瞳和出瞳，并标出系统的物方孔径角和像方孔径角。 （3）什么是像差？共有哪几种像差？只与孔径相关的像差是什么？只与视场相关的像差是什么？ 2．已知一台显微镜的物镜和目镜相距200mm，物镜焦距为7.0mm，目镜焦距为 5.0mm，若物镜和目镜都可看成是薄透镜，试计算： （1）如果物镜把被观察物体成像于目镜前焦点附近，那么被观察物体到物镜的距离是多少？物镜的垂轴放大率β是多少？ （2）xx的视觉放大率是多少？ 提示： （1）根据xx公式 （2）视觉放大率为物镜的垂轴放大率于目镜的视觉放大率之积 3一平行细光束入射到一半径r =30mm、折射率n=1.5的玻璃球上，①求其会聚点的位置和虚实；②若将一个半径相同但表面镀有反射膜的玻璃球紧挨放置时（如图1），则反射光束经玻璃折射后，会聚点又在何处？虚实如何？ n=1.5r=30mm 图1 提示A2l2l2A 1 (A 2)l1 4已知组合物镜由两片薄透镜组成，其焦距为500mm，相对孔径为。它对无穷远物体成像时，第一片薄透镜到像平面的距离为400mm，第二片薄透镜到像平面的距离为300mm。 （1）求组合物镜的结构参数。 （2）若用该组合物镜和另一目镜构成开普勒望远镜，出瞳大小为2mm，求望远镜的视觉放大率。 （3）求目镜的焦距和放大率。 （4）如果物镜组中第一片薄透镜为孔径光阑，求出瞳距。 5如图所示，有一半径为r的折射球面，球心位于C处，物、像方折射率分别为n和n′，物点位于A处，经球面折射后成像于A′处。 （1）请根据符号规则标出物距、物方孔径角、入射角、折射角、像距、像方 xx角以及半径r； （2）假设物距和物方孔径角已知，请推导计算像距和像方孔径角的实际光路 计算公式。（必须有推导过程，只写出公式不得分） n n′··· A A’C 6两个薄透镜L1和L2的孔径均为4cm，L1的焦距为8㎝，L2的焦距为3㎝，L2在L1之 后5㎝，对于平行于光轴入射的光线，求系统的孔径光阑、入射光瞳和出射光瞳。 1．在单缝衍射中，设缝宽为a ，光源波长为λ，透镜焦距为f ′，则其衍射暗条纹间距e 暗=f a λ ' ， 条纹间距同时可称为线宽度。 2．当保持入射光线的方向不变，而使平面镜转15°角，则反射光线将转动 30° 角。 3．光线通过平行平板折射后出射光线方向__不变_ ___ ,但会产生轴向位移量，当平面板厚度为d ，折射率为n ，则在近轴入射时，轴向位移量为1 (1)d n - 。 4．在光的衍射装置中，一般有光源、衍射屏、观察屏，则衍射按照它们距离不同可分为两类，一类为 菲涅耳衍射，另一类为 夫琅禾费衍射 。 5．光轴是晶体中存在的特殊方向,当光在晶体中沿此方向传播时不产生双折射。n e 工程光学实验I复习提纲 考试形式：闭卷考试时间: 120 分钟 题型大致分布：填空24分简答20分综合56分 要求：必须在答题纸上作答，否则无效； 作图题必须使用铅笔直尺作图，否则零分。 椭偏仪： 1．椭圆偏振测量（椭偏术）是研究光在两媒质界面发生的现象及介质特性的一种光学方法，其原理是利用偏振光在界面反射或透射时发生的偏振态的改变。 2．椭偏仪实验中检偏器读数头位置的调整与固定时，使激光束按布儒斯特角(约57) 入射到黑色反光镜表面并反射入望远镜到达半反目镜上成为一个圆点。 3．椭偏仪实验中，圆偏振光的获得使入射光的振动平面和四分之一波片的光轴成45度角。 4．椭偏仪实验中，将被测样品，放在载物台的中央，旋转载物台使望远镜和平行光管夹角为 45度。 5．测量薄膜厚度和折射率实验中，椭偏参数为Ψ和Δ。（写字母）， 6．椭偏术。 椭偏术是研究光在两媒质界面发生的现象及介质特性的一种光学方法。7．下图为椭偏仪结构，请写出1-10仪器名称。 1 半导体激光器 2平行光管 3起偏器读数头（与6可换用） 4 1/4波片读数头 5氧化锆标准样 6检偏器读数头 7望远镜筒 8 半反目镜 9光电探头 10信号线 11分光计 12 数字式检流计 平行光管： 1．凸透镜的鉴别率角值表达式。 " 206256 ' 2 f a = θ 2．根据衍射理论和瑞利准则，仪器的最小分辨角。 D λ θ22 .1 = 3．平行光管有4种分划板。 4．简述什么是光学系统的鉴别率。 答：光学系统能够把这种靠得很近的两个衍射花样分辨出来的能力，称为光学系统的鉴别率。 5．画出平行光管测量凸透镜焦距的原理图，并写出焦距表达式。 答： （分） ' ' y y f f ? 式中f为被测透镜焦距，'f为平行光管焦距实测值，'y为玻罗板上所选用线距实测值（' ' 'Y B A=），y为测微目镜上玻罗板低频线的距离（Y AB=，即测量 测微目镜 焦距 被测凸透镜 焦距 平行光管物镜 玻罗板 .4 ) ( .3 )' ( .2 .1f f A B f α 'α 'f ' B 1 2 3 4α 《工程光学基础》（科目代码841）考研大纲 注意：本考试大纲仅适用2015年浙江大学研究生入学考试 1、考研建议参考书目 郁道银、谈恒英主编《工程光学》第1～7，10～16章，机械工业出版社。 2、基本要求： 1)熟练掌握几何光学的基本定律，了解费马原理，掌握完善成像条件； 2)熟练掌握共轴球面系统、平面系统和理想光学系统成像的基本特征，掌 握基点、焦距、放大率、物像关系、拉赫不变量等概念及相关计算并能 熟练作图，掌握光组组合的计算与作图方法；掌握光的色散原理和光学 材料的描述参数； 3)熟练掌握光学系统的孔径光阑及入瞳出瞳、视场光阑、渐晕光阑的概念、 判断、作用和计算方法，光学系统景深及远心光学系统的基本特征； 4)熟练掌握光度学各物理量的意义和国际标准量纲体系，掌握光学系统传 输光能的特征； 5)熟练掌握各种几何像差的概念和基本特征； 6)熟练掌握各种典型光学系统的成像原理、光束限制、放大倍率、分辨本 领，掌握显微镜、投影系统及其照明系统、望远镜和转像系统的关系， 能够解决典型光学系统的外形尺寸计算问题。 7)熟练掌握光的电磁波表达形式和电磁场的复振幅描述；掌握光在介质分 界面上的反射和折射，尤其是正入射的情况；掌握光波的叠加原理与方 法。 8)熟练掌握光程差概念以及对条纹的影响及基本的等厚等倾干涉系统。掌 握条纹定域和非定域的概念及条纹可见度概念；典型的多光束干涉系统 以及单层增透、减反膜的计算结论和实际应用。 9)熟练掌握典型的夫朗和费衍射系统概念和计算；掌握闪耀光栅的原理和 计算；衍射极限的概念及在典型光学系统设计中的运用；夫朗和费衍射 与傅立叶变换的关系；菲涅耳波带片的概念和使用。 10)熟练掌握电磁场叠加以及空间频率的概念；掌握4F系统光学系统用于光 学信息处理的概念和过程；相干光学系统和非相干光学系统对成像影响 的结论和运用；空间滤波的概念及简单计算。 11)熟练掌握平面电磁波在晶体中的传播过程及寻常光线、非寻常光线各电 磁分量之间的关系；掌握惠更斯作图法及应用；典型晶体器件的琼斯矩 阵表示及其应用；典型类型偏振光的判断。 12)熟悉平板波导基本原理及特性；掌握激光器基本原理、组成及特性；熟 悉激光器的谐振腔理论及速率方程理论；了解半导体激光器基本原理， 并熟悉双异质结半导体激光器的基本结构及特点；了解电光调制基本原 理。 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3 1066.6-?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=1μm ，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（ ）nm 。 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．() =?? ? ?????????-??????-??????110 01 01 1111i i 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01>i ），形成的干涉条纹与垂直照射时相比，条纹间距（ ）。 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L 2的焦距； 2）减小透镜L 2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）。 浙江大学《工程光学基础》（科目代码841）考研大纲 注意：本考试大纲仅适用2018年浙江大学研究生入学考试 1、考研建议参考书目 郁道银、谈恒英主编《工程光学》第1～7，10～16章，机械工业出版社。 2、基本要求： 1)熟练掌握几何光学的基本定律，了解费马原理，掌握完善成像条件； 2)熟练掌握共轴球面系统、平面系统和理想光学系统成像的基本特征，掌握基点、焦距、放大率、物像关系、拉赫不变量等概念及相关计算并能熟练作图，掌握光组组合的计算与作图方法；掌握光的色散原理和光学材料的描述参数； 3)熟练掌握光学系统的孔径光阑及入瞳出瞳、视场光阑、渐晕光阑的概念、判断、作用和计算方法，光学系统景深及远心光学系统的基本特征； 4)熟练掌握光度学各物理量的意义和国际标准量纲体系，掌握光学系统传输光能的特征； 5)熟练掌握各种几何像差的概念和基本特征； 6)熟练掌握各种典型光学系统的成像原理、光束限制、放大倍率、分辨本领，掌握显微镜、投影系统及其照明系统、望远镜和转像系统的关系，能够解决典型光学系统的外形尺寸计算问题。 7)熟练掌握光的电磁波表达形式和电磁场的复振幅描述；掌握光在介质分界面上的反射和折射，尤其是正入射的情况；掌握光波的叠加原理与方法。 8)熟练掌握光程差概念以及对条纹的影响及基本的等厚等倾干涉系统。掌握条纹定域和非定域的概念及条纹可见度概念；典型的多光束干涉系统以及单层增透、 减反膜的计算结论和实际应用。 9)熟练掌握典型的夫朗和费衍射系统概念和计算；掌握闪耀光栅的原理和计算；衍射极限的概念及在典型光学系统设计中的运用；夫朗和费衍射与傅立叶变换的关系；菲涅耳波带片的概念和使用。 10)熟练掌握电磁场叠加以及空间频率的概念；掌握4F系统光学系统用于光学信息处理的概念和过程；相干光学系统和非相干光学系统对成像影响的结论和运用；空间滤波的概念及简单计算。 11)熟练掌握平面电磁波在晶体中的传播过程及寻常光线、非寻常光线各电磁分量之间的关系；掌握惠更斯作图法及应用；典型晶体器件的琼斯矩阵表示及其应用；典型类型偏振光的判断。 12)熟悉平板波导基本原理及特性；掌握激光器基本原理、组成及特性；熟悉激光器的谐振腔理论及速率方程理论；了解半导体激光器基本原理，并熟悉双异质结半导体激光器的基本结构及特点；了解电光调制基本原理。 工程光学复习题 1 填空题 (1) 在光传播中，某一时刻振动相位相同的点构成的等相位面称为 。 (2) 光传播的方程为()[]kz t E E +-=ωi exp 0描述的是沿z 轴 (A. 正 B.负) 方向传播的光。 (3) 光传播的方程为()[]kz t E E --=ωi exp 0描述的是沿z 轴 (A. 正 B.负) 方向传播的光。 (4) 光学系统完善成像的条件可简述为 。 (5) 一般地，称光组的光焦度 为 。 (6) 夫琅和费衍射形成的爱里（Airy ）斑直径与衍射屏圆孔半径成 比，与波长成 比。 (7) 当两相干光束振幅比为 时，形成的干涉条纹的可见度最好。 (8) 一般地讲，眼睛在没有调节的松弛状态下，能分辨的物点间最小视角为 。 (9) 提高显微镜分辩率的途径 有 。 (10) 对于玻璃球与玻璃盘形成的牛顿环等厚干涉，当球和盘间的距离进一步减小时，可以看到条纹的移动方向为： 。 (11) 电磁场连续的条件是：在没有传导电流和自由电荷的介质中， 的法向分量在界面上连续。 (12) 当光正入射到光学透明介质的界面，半波损失是指 。 (13) 在光传播中，发生全反射的条件为 。 (14) 光组中，节点的定义为 。 (15) 物方主平面与像方主平面之间互为 关系，横向放大率为 (16) 对于折射棱镜，偏向角取最小的条件 为 。 (17) 当光线垂自入射或接近垂直入射时，光楔所产生的偏向角仅由光 楔的 和 决定。 (18) 杨氏双缝干涉实验中，条纹的间距与波长成 比，与会聚集角 成 比。 (19) 形成驻波的两束叠加光波满足的条件 。 (20) 一般地讲，光学玻璃根据折射率或阿贝常数的不同可分 为 。 (21) BK7玻璃 nd = 1.51680 νd = 64.17 牌号: 。 (22) 对于显微镜，增大数值孔镜的途径 有 。工程光学第一章知识点
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