东北大学工程光学试卷

东北大学考试试卷（A卷）2012—2013学年第二学期课程名称：工程光学┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄一、问答题（每题6分共48分）总分一二三得分学院班级学号姓名……………○……………密……………○……………封……………○…………线………………………………1．解释概念：光谱光效率函数；1/4波片；半波损失.3．什么是齐明点，对于单个折射面，有哪几个点是齐明点。4．用劈尖等厚干涉检测工件的表面，当波长为λ的单色光垂直入射时，观察到干涉条纹如图，请写出凹槽深度h的计算关系式。若波长为500nm时，图中每一条纹弯曲部分的顶点恰与左边相邻的直线部分的连线相切，则h是多少?2．什么是双平面镜的连续一次像，它有哪些特性？6．什么是光的衍射现象？如何解释光的衍射现象？答：（1）光谱光效率函数：是指人对不同波长光响应的灵敏度是波长的函数。（2分）（2）1/4波片：垂直振动的两个光线垂直入射到波片，经过波片后它们的光程差为1/4波长。（2分）（3）半波损失：反射光电矢量相对于入射光电矢量发生了相位突变π，通常把反射时发生的相位突变π称为“半波损失”，即反射时损失了半个波长。（2分）答：对于单个折射球面，不产生球差的共轭点成为齐明点。（2分）(1)L＝0，此时亦有L’=0，＝1。即物点和像点均位于球面顶点。（1分）(2)sinI-sinI’=0，即I＝I’＝0。表示物点和像点均位于球面的曲率中心，或者说，L＝L’=r，垂轴放大倍率'nn。（1分）(3)sinI’-sinU=0，即I’=U。（2分）答：（1）在单色点光源和屏幕间放置一个中间开有圆孔的不透明屏，对投影边缘作严格检查后发现，光线偏离了直线传播，且产生了一些亮暗相间的条纹，该现象称为光的衍射。（2分）（2）惠更斯—菲涅耳原理。惠更斯原理：波面上的每一点都可以看作为一个发出球面子波的次级扰动中心，在后一个时刻这些子波的包络面就是新的波面。（2分）菲涅耳原理：基于光的干涉原理，考虑到惠更斯子波来自同一光源它们应该是相干的。（2分）将菲涅耳的“子波相干叠加”思想补充到惠更斯原理，称为惠更斯-菲涅耳原理。答：物体先被一面镜成像，然后再经另一面反射镜所成的像。（1.5分）（1）只要双面镜夹角不变，双面镜转动时，连续一次像不变；（1.5分）（2）连续一次像是绕棱边旋转2角而形成的；旋转方向由第一反射面→第二反射面。（1.5分）（3）双面镜有两个连续一次成像。=90°时，两个一次成像重合。（1.5分）5．什么是干涉条纹的可见度？影响可见度的因素有哪些，它们是如何影响的？答：（1）定义：干涉条纹的可见度表征了干涉场中某处条纹亮暗的反差程度（清晰程度）。mMmMIIIIK（2分）（2）影响因素包括：相干光束振幅比、光源大小和空间相干性、光源非单色性。（1分）•••振幅比越接近1越好；（1分）•光源越小相干空间就越大。（1分）•光谱宽度越小越好。（1分）答：（1）2eeh（3分）（2）nmh2502（3分）he得分……………○……………密……………○……………封……………○…………线………………………………学院班级学号姓名7．写出平面电磁波的波动方程，平面电磁波的性质。答：)(trkieAE（1.5分）①电磁波是横波（1.5分）②E、B、k互成右手螺旋系（1.5分）③E和B同相位（1.5分）二、作图题（共22分）9．下图是格兰-汤姆逊（Glan-Thompson）棱镜，它由两块方解石直角棱镜沿斜面相对胶合而成（胶合剂折射率nongne），光轴取向垂直于图面并相互平行。如图所示，当光线垂直入射到棱镜端面时，试定性画出两条出射光线。（4分）答：第①条光路（2分）第②条光路（2分）答:（1）第①②③条光线（各1分）（2）第④⑤⑥条光线（各1分）（3）F’、H’（各2分）11．图中有二组光组，1F、'1F，2F、'2F分别是光组1，光组2的物方和像方焦点，请用图解法画出二光组组合后的像方主点、焦点的位置。(保留辅助光线)（10分）10．作图并说明入瞳为有限大小时，视场光阑对成像空间的限制，指出各区域渐晕系数的变化规律。（8分）8．下图是根据菲涅耳公式画出的相对折射率n=1.5时，rs、ts、rp、tp随入射角θ1的变化关系。请指出：（1）图中发生全偏振时，θ1的位置，应满足的条件。（2）写出发生半波损失的θ1的值。（3）画出反射波（s波和p波）的相位随入射角θ1的变化规律。答：作图（2分）成像性质可分为三个区域：a．AB1为半径的圆—所有进入入瞳的光束全部参与成像；渐晕系数为0。（2分）b．B1B2环形区—每一点已不能用充满全部的入瞳光束成像，即产生渐晕现象，离轴越远越大；B1→B2渐晕系数为：0~0.5；（2分）c．B2B3环形区—B2→B3渐晕系数为：0.5~1.0。（2分）AB1B2物面入瞳入窗B3光组1光组2F1F2F’1F’2H11H’1H2H’2①②③H’④⑤⑥④F’AAA＝光轴答：（1）如图所示（1分）ntg1（1分）（2）θ1=0或90（2分）（3）（1分）（1分）0102030405060708090-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81tstprsrpr,t1三、计算题（共30分）得分……………○……………密……………○……………封……………○…………线………………………………学院班级学号姓名12．一个直径为200mm的玻璃球，折射率为1.5。球内有两个小气泡，看上去一个恰好在球心，另一个从最近的方向去看，在球表面和中心的中间，求两气泡的实际位置。若从另一侧看，则两气泡的位置在何处？（14分）13．由已知焦距分别为50'1fmm，150'2fmm的两个薄透镜组成的光学系统置于空气中，对一实物成一放大4倍的实像，并且第一透镜的放大率1＝－2，试求：（1）两透镜的间隔；（2）物像之间的距离；（3）保持物面位置不变，移动第一透镜至何处时，仍能在原像面位置得到物体的清晰像？（16分）解：（1）对于第一个透镜有：'150f'11'1111fll'1111150ll（2分）'1112ll（2分）由上两式可得：175l'1150l（1分）（2）对于第二个透镜有：'21150lldd∵为实像，∴l2’0，因此有两种可能由1221，则a.21422b.22422（2分）'2150f''222111llf''21122'222221502150ldllld（2分）111112150150150dd175d（舍去）221112150150150dd275dmm（2分）21501507575ld（mm）'222150ll(mm)（3）物像间距离：'127575150300Lldlmm（2分）（4）移动透镜后'1111150ll'21lld'2150l'22111150ll'12300ldl（2分）求得：d=0当两透镜重合时，仍能在原像面位置得到物体的清晰像。（1分）可能用到的公式：rnnlnln'''，''ffxx，1''lflf，''fxxf，lnnl''，lflf''，2'nn，1'nn，n21＝，''fnfn，'2'1'2'1'11111ffdfff－，βλbp4，2cos2cos2cossinsinsinsinsin''''IIUIUIIIUIUniLS。解：（1）根据物像位置公式：rnnlnln'''（2分）球心处的气泡：100‘l100r5.1n1'n代入上式，（2分）1005.115.11001l100l（2分）也就是说球心处的气泡物像位置相同。（2）球表面和中心中间的气泡：50‘l100r5.1n1'n代入上式，（1分）1005.115.1501l60l（2分）距离球心的位置为：100-60＝40mm（1分）（3）球心处的气泡仍在原位置。（4）球表面和中心中间的气泡：14040100＋l100r5.1n1'n，（2分）1005.111405.11'l175lmm（2分）位于球表面右侧175mm处。AA’BB’