《工程光学-问答题整理.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程光学-问答题整理.doc（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、几何光学1 几何光学的基本定律答：直线传播定律和这反射定律：直线传播定律：光线在均匀透明介质中按直线传播。反射定律：反射光线位于入射面内，反射角等于入射角。折射定律：折射光线位于入射面内，入射角和折射角正弦之比为常数。马吕斯定律：假定一束光线为某一曲面的法线汇，这些光线经过任意次折射、反射后，该光束的全部光线仍与另一曲面垂直，构成一新的法线汇，并且位于这两个曲面之间的所有光线的光程相等。费马定律：实际光线传播时沿着光程的极值的路线传播。2 什么叫做“理想光学系统”？共轴理想光学系统还有哪些性质？答：能产生清晰的、与物貌完全相似的像的光学系统。光学系统是由透镜、反射镜、棱镜及光阑等多种光学元件按
2、一定次序组合成的整体。曲率中心在同一直线上的两个或两个以上折射（或反射）球面组成的光学系统称为共轴球面系统。性质：（1）光学系统物方一个点（物点）对应像方一个点（像点）。（2）物方每条直线对应像方的一条直线，称共轭线；物方每个平面对应像方的一个平面，称为共轭面。（3）主光轴上任一点的共轭点仍在主光轴上。（4）对垂直于主光轴的共轭平面，横向放大率（见凸透镜）为常量。3 什么叫“孔径光阑”，什么叫“视场光阑”。答：所有的光孔成像到第一个光孔的物空间，对轴上物点张角最小的那个光孔“像”所共轭的光孔就是孔径光阑。限制进入光学系统中成像光束口径的光阑为“孔径光阑”。在实际光学系统中，不仅物面上每一点发出
3、并进入系统参与成像的光束宽度是有限的，而且能够清晰成像的物面大小也是有限的。把能清晰成像的这个物面范围称为光学系统的物方视场，相应的像面范围称为像方视场，事实上，这个清晰成像的范围也是光学设计者根据仪器性能要求主动地限定的，限定的办法通常是在物面上或在像面上安放一个中间开孔的光阑。光阑孔的大小就限定了物面或像面的大小，即限定了光学系统的成像范围。这个限制成像范围的光阑称为“视场光阑”。4 什么叫“光亮度”，什么叫光出射度？两者描述的发光特性有什么不同？答：光源表面的某一点面元在一给定方向上的发光强度与该面元在垂直于该方向的平面上的正射投影面积之比称为“光亮度”。 光出射度：它是指光源上每单位面
4、积向半个空间（2球面度）内发出的光通量光亮度是指一个表面的明亮程度， 即从一个表面反射出来的光通量。光出射度在数值上等于通过单位面积所传送的光通量。5 什么叫场镜？它的作用是什么？答：工作在物镜焦面附近的透镜称为场镜。它是在不改变光学系统光学特性的前提下，改变成像光束位置场镜的作用是用来降低主光线在后面系统中的投射高度。1、提高边缘光束入射到探测器的能力； 2、在相同的主光学系统中，附加场镜将减少探测器的面积；如果使用同样的探测器面积，可扩大视场，增加入射的通量； 3、使探测器光敏面上的非均匀光照得以均匀化。6 什么叫全反射现象？满足全反射现象的条件？答：光由光密（即光在此介质中的折射率大的）
5、媒质射到光疏（即光在此介质中折射率小的）媒质的界面时，全部被反射回原媒质内的现象。条件：光线由光密介质射入光疏介质；入射角大于临界角。7 什么叫物方远心光路？什么叫像方远心光路？他们分别有什么作用？答：孔径光阑位于物镜物方焦面，入瞳位于无穷远，轴外点主光线平行于光轴，这样的光路被称作“物方远心光路”。 主要用于测量光学系统。孔径光阑位于物镜物方焦面，出射光束的主光线平行于光轴，出瞳位于无限远，这样的光路称为“像方远心光路”。8 什么是景深，照相物镜的景深与什么有关？答：能在像面上获得清晰像的物空间的深度是系统的景深。照相物镜的景深与相对孔径成反比，相对孔径越大景深越小。在光圈相同时，景深与焦距
6、的平方成反比，焦距越小景深越大。9 什么叫“畸变”？它与什么因素有关？答：轴外点的宽光束和细光束都有像差存在，即使只有主光线通过光学系统，由于球差影响，它不能和第二近轴光一致，主光线和高斯像面焦点的高度不等于理想像高，其差别就是系统的畸变。 10 光学系统中光能的损失包括哪些部分？通常采用什么方法减少发射损失？答：光学系统中光能的损失主要有：光束在光学零件表面的反射损失、光束通过介质时的吸收损失、散射等，所有能损失的能量大部分是由反射和吸收造成的。 为了减少光学零件的反射损失可以在光学零件表面镀增透膜。11 什么是相对折射率，什么是绝对折射率？答：光从介质1射入介质2发生折射时，入射角i与折射
7、角r的正弦之比n21叫做介质2相对介质1的折射率绝对折射率是光从真空射入介质发生折射时，入射角i与折射角r的正弦之比n。12 什么是望远镜的有效放大率答：符合仪器的视角分辨率和衍射分辨率相等的视放大率为望远镜的有效放大率。13 什么是双胶合物镜，其优点。答：双胶合物镜是一种常用的简单的望远物镜，由一个正透镜和一个负透镜胶合而成。优点：结构简单，安装方便，光能损失小，合适的选择可以矫正球差、彗差、轴向色差。14 开普勒望远镜与伽利略望远镜有什么区别答：开普勒式望远镜，折射式望远镜的一种。物镜组也为凸透镜形式，但目镜组是凸透镜形式。这种望远镜成像是上下左右颠倒的，中间要加入正像系统。伽利略望远镜，
8、是指物镜是会聚透镜而目镜是发散透镜的望远镜。伽利略望远镜成正立的，放大的像，开普勒望远镜成倒立的，放大的像15 什么是光学系统中的孔径光阑、入射瞳孔、出射瞳孔？他们之间是什么关系？答：限制进入光学系统中成像光束口径的光阑为“孔径光阑”。孔径光阑在系统像空间所成的像成为出射瞳孔，入瞳和出瞳是物和像的对应关系。16 显微镜和望远镜均有物镜、目镜和分划板组成，但二者的功能截然不同，说出其原因所在答：显微镜是用来观察微小的物体的，物体在物镜的焦点处，经物镜成一放大实像，实像位于目镜的物方焦平面上，经过目镜成像在无限远。望远镜是用来观察无限远目标的仪器，是将无限远的物体成像在目镜的焦点处。17 试写出两
9、种远心光路，分别说明其特点答：物方远心光路和像方远心光路统称为远心光路。特点：物方远心光路中的入射光束的主光线都和光轴平行；像方远心光路中的出射光束的主光线和光轴平行。18 当光学孔径增大时，球差和彗差是否变化？当视场增大时球差和彗差是否变化？答：孔径增大时，球差增大、彗差增大；视场增大时，球差不变、彗差增大。19 角放大倍率和视觉放大倍率的本质区别是什么，望远镜的角放大倍率和视觉放大倍率有何异同。答：视觉放大率是用仪器观察物体时视网膜上的像高与人眼直接观察物体时视网膜上的像高之比；角放大倍率是物方视场角与像方视场角之比。 望远镜中角放大倍率和视觉放大倍率相等20 什么是瑞利判据在成像光学系统
10、中,分辨本领是衡量分开相邻两个物点的像的能力。由于衍射,系统所成的像不再是理想的几何点像,而是有一定大小的光斑(爱里斑),当两个物点过于靠近,其像斑重叠在一起,就可能分辨不出是两个物点的像,即光学系统中存在着一个分辨极限。当一个艾里斑的边缘与另一个艾里斑的中心正好重合时，此时对应的两个物点刚好能被人眼或光学仪器所分辨，这个判据称为瑞利判据。21 什么是球差，单色光球差的特点。轴上物点发出的光束，经光学系统以后，与光轴夹不同角度的光线交光轴于不同位置，因此，在像面上形成一个圆形弥散斑，这就是球差。一般是以实际光线在像方与光轴的交点相对于近轴光线与光轴交点（即高斯像点）的轴向距离来度量它。对于单色
11、光而言，球差是轴上点成像时唯一存在的像差。轴外点成像时，存在许多种像差，球差只是其中的一种。物理光学1. 能用太阳光作为杨氏干涉的光源吗？为什么？答：能，在两个（或多个）光波叠加的区域，某些点的震动始终加强，另一些点的震动始终减弱，形成在该区域内稳定的光强强弱分布的现象，成为光的干涉现象。干涉的条件是：（1）频率相同；（2）振动方向不正交；（3）相位差恒定。白光是由不同颜色的光组成的复色光，其中各颜色的光满足杨氏干涉的条件，通过干涉双缝后在干涉区域是彩色条纹分布。2. 白光分别通过三棱镜和杨氏双缝，两者有何差别答：白光通过三棱镜和杨氏双缝都能观察到彩色条纹。白光经三棱镜产生的彩色条纹是由于三棱
12、镜的色散，光的折射方向不一致引起的，其条纹是连续排列的七色光带，光带较宽，每种颜色只能出现一次。白光经杨氏双缝，由于双缝的干涉产生彩色条纹，其条纹中间为一白色亮纹，两边为彩色条纹，光带较窄。3. 有电场强度数值为E的圆偏振光和电场振幅为E的线偏振光，说明两束光强度关系，并说明其原因。答：圆偏振光的强度为线偏振光强度的两倍。原因：电场为E的圆偏振光可以分解为两个相互垂直的方向上电场振幅为E的线偏光，这两束线偏光的强度相等，且偏振方向互相垂直，不会发生干涉，因此圆偏光的强度等于上述两束线偏光的强度之和，也就是一束线偏振光强度的两倍。4. 如何鉴别线偏振光、椭圆偏振光、线偏振光。答：让三束光分别通过
13、线偏振器后投射到观察屏上，旋转线偏振器，观察屏上光强变化，光强有消光现象的为线偏光。光强有变化但没有消光现象的味椭圆偏振光，光强没有变化的为圆偏振光。5在夫琅禾费单缝衍射中，什么条件下可以不考虑缝长方向上的衍射，为什么、答：夫琅禾费衍射的衍射条纹宽度为波长比上缝宽，当光束一定时，缝越宽，条纹间距越小，衍射现象越不明显，反过来，衍射现象越显著，而缝长远远大于缝宽，在缝长方向上衍射效果不明显，因此不考虑缝长的衍射。6 正弦光栅在自身所在平面内分别平移和转动时，对夫琅禾费衍射场的衍射斑有什么影响。答：正弦光栅在自身所在平面内移动时衍射斑光强分布不变，相位分布发生变化。在自身平面内转动时，衍射光强和相位分布都发生变化。
