光學(xué)黑箱問(wèn)地的題目

1、光學(xué)黑箱問(wèn)題光學(xué)黑箱問(wèn)題通常是已知黑箱外人射光線和出射光線的方向（二者方向不同或有側(cè) 向位移），來(lái)確定箱內(nèi)光學(xué)元件的性質(zhì)及組合方式光線在黑箱內(nèi)傳播方向發(fā)生了變 化.在光線偏折處正是光學(xué)元件所在的位置一般是將人射光線和出射光線在箱內(nèi)適 當(dāng)延長(zhǎng)使其相交，若適當(dāng)延長(zhǎng)不能相交，則可另用直線在箱內(nèi)對(duì)稱(chēng)地將它們連接起 來(lái)，再根據(jù)光線方向的變化規(guī)律確定光學(xué)元件的性質(zhì)以及組合方式 如圖16 一 46所示各圖，單色平行光從左方射人匣內(nèi)，試畫(huà)出每個(gè)匣子應(yīng)放何元件才會(huì)顯出如下結(jié)果出射光線的單雙箭頭分別對(duì)應(yīng)光線的兩個(gè)邊界(4)根據(jù)反射折射規(guī)律以及各光學(xué)元件對(duì)光線的作用特點(diǎn)我們把以上各例分為以下各種類(lèi)型：I會(huì)聚型與發(fā)散

2、型其中囹（1 ）、（ 2）屬于這種類(lèi)型 由圖（1 ）可知入射與出射光線的上下位置倒置一定是入射光線經(jīng)會(huì)聚光學(xué)元件在匣 內(nèi)會(huì)聚，即經(jīng)元件上半部分和下半部分的人射光線被會(huì)聚后發(fā)生交叉才使得出射光線與人射光線對(duì)應(yīng)位置對(duì)調(diào)因此圖（1 ）中放的是凸透鏡，光路見(jiàn)圖16 47 ;圖（2）中出射光線與人射光線上下對(duì)應(yīng)位置不變，人射光線在匣子中經(jīng)光學(xué)元件發(fā)散，里面放的是凹透鏡，光路見(jiàn)圖16 482.變束型圖（3）、（ 4）屬于這種類(lèi)型 圖（3）單雙箭頭光線上下對(duì)應(yīng)位置 未變，光線在匣子中沒(méi)有交叉但由于出射光線范圍變大了，總效果應(yīng)屬于發(fā)散型又由于出射光線是平行光，一定是光線先經(jīng)凹透鏡發(fā)散，再經(jīng)凸透鏡會(huì)聚成平行光

3、光路如圖16 49.從圖（4）可知光線在匣子中交叉，光具組相當(dāng)于一個(gè)會(huì)聚光學(xué) 元件，匣子中只能兩個(gè)都是凸透鏡，否則均不能使出射光線是平行光光路，見(jiàn)圖1650所示.由圖16 49 ,16 50可知，此裝置可以改變光束的范圍大小，故稱(chēng)為 變束器3側(cè)移型 圖（5）、（ 6）就屬于此種類(lèi)型，圖（5）、（ 6）出射光線與人射光線 上下對(duì)應(yīng)關(guān)系未變，且出射光線都是平行光，但它們是有區(qū)別時(shí)圖（5）的出射光線 平行于原人射的光線方向，并發(fā)生側(cè)移.而圖（6 ）的出射光線顯然下偏了，偏向角 S如圖所示 故（5 ）、（ 6 ）中分別是平行玻璃磚與三棱鏡，光路圖見(jiàn)圖 16 51、 16-52.團(tuán) 16-534反射型

4、圖（7）、（ 8）屬于反射型.圖（7 ）、（ 8）出射光線與人射光線 在匣子同側(cè)或非右側(cè) 此情況一定是光線經(jīng)光學(xué)元件反射（包括全反射）而形成的， 由于人射點(diǎn)與反射點(diǎn)是同一點(diǎn).故我們可以先反向延長(zhǎng)人射光線與反射光線，讓其交 于一點(diǎn)，如囹中的a,e、f點(diǎn)圖（7）延長(zhǎng)后我們?nèi)菀字拦饩€是發(fā)散的內(nèi)部元件是凸面鏡而圖（8）光線是會(huì)聚的 內(nèi)部元件是凹面鏡.圖（9）光線偏折90°，內(nèi)部放 的是全反射棱鏡或成 45°放置的平面鏡光路分別如圖16-53的（a）、（ b ）、（ c）、（d）.圖 16-54圖 16-55圖 16-56圈 jfr-57一個(gè)比較復(fù)雜的光學(xué)黑箱問(wèn)題，都可以根據(jù)人射光

5、束與出射光束的特點(diǎn)歸結(jié)為上 述四種基本類(lèi)型或幾種基本類(lèi)型的組合.我們首先根據(jù)題意確定題型，再考慮可能 是什么光學(xué)元件及怎樣的組合方式再?gòu)?fù)雜的問(wèn)題都可以迎刃而解請(qǐng)看下述兩例例1如圖16 54所示，人射到方框的光束是發(fā)散的，而出射光線是平行光束, 試選用光學(xué)元件達(dá)到圖示改變光路的效果，請(qǐng)?jiān)诜娇騼?nèi)畫(huà)出光學(xué)元件及光路圖分析與解 根據(jù)圖16 一 54所示光路結(jié)構(gòu)，首先考慮屬反射型 因?yàn)槌龅牡墓饩€ 與人射光線位于同側(cè)，這由平面鏡或全反射棱鏡來(lái)完成再根據(jù)光束的變化又屬會(huì) 聚型，這可能是凸透鏡作用的結(jié)果，根據(jù)以上分析知：首先凸透鏡將發(fā)散光束變?yōu)?平行光束平行光束再通過(guò)全反射棱鏡或互成 90°的平面鏡而偏轉(zhuǎn)180°出射，圖16 55給出的是其中一組解.例2如圖16 56所示，單色平行光束從方框右惻射人。而變?yōu)楦枭⒌墓馐?從方框上方射出 試選擇適的光學(xué)元件，達(dá)到圖示效果.在方框內(nèi)畫(huà)出所用的光學(xué)元 件和光路圖.分析與解 根據(jù)圖16 一 56所示光路的變化情況，首先根據(jù)出射光線偏轉(zhuǎn)90”屬反射型，再由平行光束變寬又屬擴(kuò)來(lái)型擴(kuò)束型則是共軸同焦