武漢理工大學(xué)工程光學(xué)2023期末考試試題及答案

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課程名稱(chēng)儀器光學(xué)基礎(chǔ)專(zhuān)業(yè)班級(jí)測(cè)控0601-0605

題號(hào)一二三四五六七八九十總分題分20103040100

備注:(1)學(xué)生不得在試題紙上答題(含填空題、選擇題等客觀題);(2)考試形式：開(kāi)卷筆試

一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）

1.一平行細(xì)光束經(jīng)一個(gè)球面鏡后集聚于鏡前50mm處，則該球面鏡的曲率半徑等于

A．－100mmB．－

50mmC．50mmD．100mm2．一個(gè)照相物鏡能分辯的最靠近的兩直線在感光底片上的距離為2μm，則該照相物鏡的分辯率為：

A．2μm；B．0.5線/μm；C．50線/mm；D．500線/mm；

3．一個(gè)發(fā)光強(qiáng)度為I的點(diǎn)光源懸掛于桌面上方2米處，則桌面上的最大光照度為

A．I/4B．I/2C．2ID．4I

4．對(duì)顯微鏡系統(tǒng)正確的描述是

A.顯微鏡系統(tǒng)的出射光瞳在目鏡之前；B.對(duì)顯微鏡的單色像差一般用C光(656.3nm)來(lái)校正；C.顯微鏡的數(shù)值孔徑與其物鏡和目鏡均有關(guān)；D.顯微鏡的數(shù)值孔徑越大，景深越小;

5．焦距為100mm的凸薄透鏡，其光焦度Φ為：

A．0.01mm-1；B．0.01mm；C．0.02mm-1；D．0.02mm；

6．以下關(guān)于光學(xué)系統(tǒng)成像的像差，正確的描述是A.軸上物點(diǎn)成像可能存在的像差有球差和正弦差;

B.目視光學(xué)系統(tǒng)一般對(duì)F光（486.1nm）和C光(656.3nm)消色差C.畸變不僅使像的形狀失真，而且影響成像的明了D.對(duì)單正透鏡通過(guò)改變其設(shè)計(jì)參數(shù)可以完全校正球差

7．焦距為200mm的透鏡對(duì)一無(wú)窮遠(yuǎn)處物體成實(shí)像，則像距等于：A．∞；B．-∞；C．200mm；D．–200mm；

8．一個(gè)高10mm的實(shí)物通過(guò)某光學(xué)系統(tǒng)成倒立實(shí)像，像高20mm，則成像的垂軸放大率β為

A．β=－2×B．β=－1/2×C．β=1/2×D．β=2×

9．一個(gè)平面光波可以表示為，則該平面波所在傳

播介質(zhì)的折射率是：

A．0.65；B．1.5；C．1.54；D．1.65；10．強(qiáng)度為I的自然光通過(guò)起偏器后，出射光是

A.強(qiáng)度為I的線偏振光;B．.強(qiáng)度為I/2的線偏振光;C．強(qiáng)度為I的自然光;D．強(qiáng)度為I/2的自然光;

二.填空題（每題2分，共10分）

1．一束強(qiáng)度為I、振動(dòng)方向沿鉛垂方向的線偏振光通過(guò)一個(gè)檢偏器后，透過(guò)光的強(qiáng)度為I/2，則檢偏器透光軸與鉛垂方向的夾角為（度）。

2．光垂直通過(guò)一塊平板玻璃，已知玻璃的折射率為1.5，則透過(guò)光能為入射光能的％。3．為達(dá)到增反的目的，單層膜的折射率n與玻璃基板折射率n玻的關(guān)系是。

4．調(diào)理邁克耳遜干擾儀，在視場(chǎng)中看到20環(huán)等傾亮條紋，此時(shí)移動(dòng)反射鏡M1，觀測(cè)到亮條紋從中心冒出了10環(huán)，視場(chǎng)中還剩10環(huán)，設(shè)光源的波長(zhǎng)為600nm，則M1移動(dòng)的距離為。

5．已知雙平面鏡的夾角為10°，一平行細(xì)光束以30°角入射，經(jīng)兩個(gè)平面鏡反射后，出射光線與入射光線的夾角為。

三.簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）

1.有一束光，它可能是橢圓偏振光或部分線偏振光，試問(wèn)用什么方法可以鑒定？

2.為何在設(shè)計(jì)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)時(shí)要將孔徑光闌置于物鏡上？

3.如何理解光的單色性與其相干性之間的關(guān)系？

4.光的全反射現(xiàn)象及其產(chǎn)生的條件是什么？試舉出一個(gè)全反射的工程應(yīng)用實(shí)例。

5.簡(jiǎn)述成像系統(tǒng)分辯極限的瑞利判據(jù)的內(nèi)容；據(jù)此判據(jù)，可采用什么方法來(lái)提高望遠(yuǎn)鏡的分辯率？

四.計(jì)算題（每題10分，共40分）

1．已知一臺(tái)顯微鏡的物鏡和目鏡相距200mm，物鏡焦距為7.0mm，目鏡焦距為5.0mm，若物鏡和目鏡都可看成是薄透鏡，試計(jì)算：（1）假使物鏡把被觀測(cè)物體成像于目鏡前焦點(diǎn)附近，那么被觀測(cè)物體到物鏡的距離是多少？物鏡的垂軸放大率β是多少？（2）顯微鏡的視覺(jué)放大率是多少？

2．已知照相物鏡的焦距

，被攝文件到物鏡的距離為500mm，試求

照相底片應(yīng)放在離物鏡多遠(yuǎn)的地方？若為拍攝的需要，在文件上壓一塊厚度d=24mm、折射率n=1.5的玻璃板，則照相底片離物鏡的距離又是多少？3．在楊氏雙縫干擾試驗(yàn)中，已知光源的寬度b＝2mm，光源的波長(zhǎng)為589.3nm，光源與雙縫平面的距離R＝2.5m問(wèn)：（1）為了在屏幕上能觀測(cè)到條紋，雙縫的間隔d不能大于多少？（2）若在雙縫之一S1后放置一長(zhǎng)度L=20mm的透明容器，往容器內(nèi)注入待測(cè)折射率氣體并使空氣逐漸排出，在這個(gè)過(guò)程中觀測(cè)到干擾條紋移動(dòng)了20條，則待測(cè)氣體折射率n為多少？計(jì)算時(shí)空氣的折射率

。

4.電矢量振動(dòng)方向與入射面成20°的一束線偏振光從空氣入射到玻璃表面上，其入射角恰巧等于布儒斯特角，試求反射線偏振光和折射偏振光的方位角為多少？設(shè)玻璃折射率為1.56。

參考答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

課程名稱(chēng)儀器光學(xué)基礎(chǔ)（A卷）

一、選擇題（每題2分，共20分）1-5：ADADA6-10：BCACB

二、填空題（每題2分，共10分）

1.45°；2.92.2％；3.n＞nG；4.3000nm；5.10°；

三.簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）

1.答：將光通過(guò)λ/4波片，如為橢圓偏振光則變成線偏振光，再將光通過(guò)檢偏器，轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器可以看到兩個(gè)消光位置；（3分）而部分線偏振光通過(guò)λ/4波片后變成部分橢圓偏振光，該光通過(guò)檢偏器后看不到消光現(xiàn)象。（3分）

2.答：望遠(yuǎn)鏡是目視系統(tǒng)，需要與人眼聯(lián)用。根據(jù)光瞳銜接的原則，望遠(yuǎn)鏡的出瞳應(yīng)與人眼的瞳孔銜接，故它因該位于望遠(yuǎn)目鏡之后，一般要求6mm以上的距離。（3分）計(jì)算說(shuō)明，將孔徑光闌置于物鏡上可以滿足對(duì)出瞳的位置要求，而且望遠(yuǎn)鏡的物鏡、棱鏡的尺寸最小。（3分）

3.答：根據(jù)光的相干長(zhǎng)度、相干時(shí)間與波長(zhǎng)寬度的關(guān)系分），可知，光源的單色性越好，

越小，則相干長(zhǎng)度L和相干時(shí)間

（3越長(zhǎng)，

其相干性也就越好。（3分）

4.答：光入射到兩種介質(zhì)分界面時(shí)，入射光被全部反射，沒(méi)有折射光，這就是全反射現(xiàn)象。（2分）

產(chǎn)生的條件：1光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)；2入射角大于臨界角；（3分）如光纖就是利用全反射實(shí)現(xiàn)光傳輸?shù)?。?分）

5.答：瑞利判據(jù)：當(dāng)一個(gè)物點(diǎn)經(jīng)過(guò)成像系統(tǒng)的夫朗和費(fèi)圓孔衍射圖樣的中央極大與近旁一個(gè)物點(diǎn)的夫朗和費(fèi)圓孔衍射圖樣的第一微小重合時(shí),作為判定成像系統(tǒng)分辯率極限的判斷方法。(3分)。據(jù)此，望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辯率為1.22λ/D，可以通過(guò)增大物鏡的直徑D、減小λ來(lái)提高分辯率。.(3分)

四.計(jì)算題（每題10分，共40分）1.解：（1）根據(jù)高斯公式：依題意：物距：

，

（2分）

（1分）

（1分），代入高斯公式即可計(jì)算出

垂軸放大率為：（2分）

（2）視覺(jué)放大率為物鏡的垂軸放大率于目鏡的視覺(jué)放大率之積，即：

（4分）

2.解：計(jì)算基本公式：將條件

（1）（1分）代入式（1）得

（4分）

底片應(yīng)放在距透鏡125mm處。壓上玻璃板后，文件相對(duì)于透鏡的距離將減小，減小值為：

（2分）

新的物距為：

（1分）

代入式（1）得：（2分）

3.解（1）根據(jù)光源尺寸與空間相干性的關(guān)系：因此雙縫間距d為：

（2分）

（2分）

（2）依題意，光程差的變化為:

由于條紋移動(dòng)了20條，對(duì)應(yīng)光程差變化為：

（2分）

（1分）

因此：

待測(cè)氣體折射率n等于：

（1分）

（2分）

4.解：以布儒斯特角入射時(shí)，反射光為線偏振光，只有s分量，故其偏振角為90°。（2分）

以下計(jì)算可求折射光的偏振