东南大学现代光学基础2011-12A答卷

共6页第1页东南大学考试卷（A卷）课程名称现代光学基础考试学期11-12-2得分适用专业考试形式闭卷考试时间长度120分钟一．选择和填空题(共18题，共36分，每题二分)1.将扬氏双缝干涉实验装置放入折射率为n的介质中，其条纹间隔是空气中的（A）A.1/n倍B.n2倍C.n倍D.以上结果都不对2.由折射率为n=1.65的玻璃制成的薄凸透镜，前后两球面的曲率半径均为40cm，其像方焦距约等于多少cm？（D）A.20B.21C.25D.313.为使透镜（n=1.5）达到增透的目的，在其表面镀一层氟化镁（n=1.38）薄膜。若可见光的中心波长为500nm，则该薄膜的厚度至少为：（C）A.5nm；B.30nm；C.91nm；D.250nm。4.一波长为5000Å的单色平行光，垂直射到0.02cm宽的狭缝上，在夫琅禾费衍射花样中心两旁第二条暗纹之间的距离为3mm，则所用透镜的焦距为（D）A.60mmB.60cmC.30mmD.30cm5.将一等腰直角棱镜(n1=1.50)置于水中(n2=4/3)，光垂直入射于一直角面上，则光在镜斜面上:（B）A.将发生全反射；B.不能发生全反射；C.可能发生全反射；D.无法判定能否发生全反射。6.凹面反射镜的曲率半径为40cm，如果一实物经过该凹面反射镜产生放大的倒立的实像，则物体到面镜的距离可能是:（C）A.10cm；B.20cm；C.30cm；D.40cm。7.单缝衍射装置中将缝宽增大一倍，则中央衍射极大光强增至原来得（4）倍。学号姓名密封线自觉遵守考场纪律如考试作弊此答卷无效共6页第2页8.在菲涅耳圆孔衍射中，对轴线上P点圆孔只能露出3个菲涅耳半波带，设每个半波带对P点的振幅贡献均为a，则P点的合振幅为(B).A，0；B，a；C，3a；D，2a9.游泳池的实际水深比站在池边的人所感觉到的水深要（A）：A，更深：；B，更浅；C，不变；D，不能确定。10.使用显微镜时，通常将被观察物体放在物镜的(C)。A焦点内侧;B焦点处;C焦点外侧;D２倍焦距处.11.若一望远镜的放大本领M＝-4，镜筒长15cm，则其物镜的焦距为：（A）A.12cm；B16cm；C.18cm；D.60cm。12.与宽场显微镜相比，激光扫描共焦显微镜具有较高的信噪比和空间分辨率，关键是因为后者运用了（C）。（A）激光光束两维扫描装置；（B）光谱带通滤波器；（C）小孔光阑实现空间滤波；（D）计算机图像处理技术。13.用波长为600纳米的单色光照射迈克耳孙干涉仪，产生等倾干涉圆条纹。移动动镜使视场中央有100个条纹冒出，则动镜移动的距离为0.03毫米。14.一束光入射到一个具有超精细结构的物体,必定被转换成一个能够传播到探测器的传播波分量和一个局域于表面的隐失波分量。15.衍射可分为菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射两大类。16.光的相干条件为频率相同、相位差恒定和振动方向几乎沿同一直线上。17.当自然光从空气射到折射率为1.732的玻璃片上时，得到的反射光为线偏振光，则此时的入射角为60o。18.波长为555nm辐通量为1瓦的光源其对应的光通量为（683）流明，波长为800nm辐通量为1瓦的光源其对应的光通量为（0）流明。共6页第3页二.问答及作图题(共三题,共24分,每题8分)1.(8分)①请问下面光路装置中，屏幕上可能有干涉条纹吗？如不可能有干涉条纹，请解释之；②如果在小孔S1和S2后面放置一透光轴与卷面成45°的偏振片（图中虚线位置），屏幕上可能有干涉条纹吗？如不可能有干涉条纹，请解释之；③上述二种情况如有干涉条纹，请简单分析条纹可见度与入射单色线偏振光偏振方向的关系。（其中S1和S2为同样大小的小孔）单轴晶体答：①不可能有干涉条纹因为射向小孔S1和S2的光的偏振方向垂直。②可能有干涉条纹③第二种情况可能有干涉条纹，当入射单色线偏振光的偏振方向与卷面成45°角时，S1和S2发出的光经偏振片射到屏幕时振幅相等，条纹可见度最好；当入射单色线偏振光的偏振方向与卷面夹角从45°→0°时，S1和S2发出的光经偏振片射到屏幕时振幅比A1/A2从1→∞，条纹可见度下降直到0当入射单色线偏振光的偏振方向与卷面夹角从从45°→90°时，S1和S2发出的光经偏振片射到屏幕时振幅比A2/A1从1→∞，条纹可见度下降直到02.(8分)：用理想光具组的任意光线做图法画出轴上P点的像光轴s1s2屏幕平行单色线偏振光共6页第4页3.(8分)给你一个偏振片、一个四分之一波片以及与之对应的单色光，如何判断这单色光的偏振状态（有可能是自然光，部分偏振光，线偏振光，圆偏振光，椭圆偏振光）？答：（1）用偏振片观察，出现两次消光的是线偏振光；（2）光强随偏振片转动没有变化，这束光是自然光或圆偏振光。将这束光先通过四分之一波片，然后经过偏振片。转动偏振片，出现两次消光，则这束光为圆偏振；如出射光强不变化，为自然光。（3）光强随偏振片转动有变化但没有消光，那么这束光是部分偏振光或椭圆偏振光。将偏振片停在透射光强度最大的位置，在偏振片之前插入四分之一波片，使它的光轴与偏振片的透射方向平行，这样椭圆偏振光就变成了线偏振光。转动偏振片，出现两次消光，则这束光为椭圆偏振；如出射光强不变化，为部分偏振光。三.计算题(共五题,共40分,每题10分)1.(10分)一反射式天文望远镜物镜的通光孔径为2.5米，试求能被分辨的双星的最小夹角，光在空气中的波长为5500Å，求与人眼（瞳孔直径为2毫米）相比，在分辨本领方面提高的倍数。解：设望远镜的分辨极限角为，则D22.1将5500Å=5.510-4毫米，D=2500毫米代入上式得73410684.2105.2105.522.1弧度眼睛的最小分辨角由公式可知为：445.5101.221.223.355102D所以用望远镜可提高分辨本领的倍数为1:12502:2500::DD共6页第5页2.(10分)现有两块折射率不同的玻璃板，折射率为1.45的玻板平放在下面，折射率为1.62平板放在上方，且一端与其相接触，形成夹角为6′的尖劈。将波长为550nm的单色光垂直投射在劈上，并在上方观察劈的干涉条纹。①试求条纹间距，玻璃板接触处是暗纹还是亮纹；②若将整个劈浸入折射率为1.52的杉木油中，则条纹的间距变成多少？此时，玻璃板接触处是暗纹还是亮纹？解：（1）∵j22nd0，2nddd01020，xdtansin0，xddd00102，)mm(158.01806062105502x6；接触处为暗纹。（2）浸入油中后，条纹间距变为)mm(104.052.1158.0nx2nx。此时，接触处为亮纹。3.(10分)如图所示，一束自然光垂直入射到方解石棱镜的表面，晶体光轴垂直于纸面，no=1.668，ne=1.490。试计算角在怎样的范围内，才能在斜面上有一束偏振光全反射，另一束偏振光透射。透射的是什么光？其偏振方向如何？解：图中情况e光取ne=1.490o光取no=1.668e光全反射角=arcsin1/ne=42.15°o光全反射角=arcsin1/no=36.84°所以当36.84°＜＜42.15°时o光将在斜面上全反射，e光不满足全反射条件而透射；o光偏振方向与卷面平行，透射的e光偏振方向与卷面垂直。（也可以用作图来表示）光轴共6页第6页4.(10分)波长为600纳米的单色平行光垂直入射到光栅上，第2级谱线出现在衍射角的正弦值为0.2处，第四级缺级。（1）求光栅常数d；（2）求每一条缝的宽度b；（3）求可能在屏上出现的谱线的条数；（4）若光栅的有效宽度为6毫米，求第二级谱线的分辨本领？解：由题意知λ＝600nm＝6×10－7m，d=4b，当j=2时，sinθ=0.2。(1)由光栅方程dsinθ=jλ，得d=jλ/sinθ=2×600nm/0.2＝6000nm=6μm(2)由d=4b，得b=d/4=6000nm/4＝1500nm=1.5μm(3)这里d、λ为常数，由光栅方程知：能到达光屏的光的衍射角θ在－0.5πθ0.5π之间，因此，屏上谱线可能的最高级次为：jmax=dsin0.5π/λ=6000×1/600＝10衍射角为θ＝0.5π的光，即第10级谱线实际上不能到达屏上。屏上谱线实际的最高级次为jmax＝9考虑到d=4b，即j=±4、±8的谱线一定缺失。屏上实际能出现的谱线级次为：j=0、±1、±2、±3、±5、±6、±7、±9.共计8级15条。（4）P=JN=2×6000/6=2000