复习应用光学

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1、名词解释（每小题3分，共 24分） 光的独立传播定律：费马原理：理想光学系统：薄透镜：孔径光阑：物方远心光路：余弦辐 射体：子午面：光的反射定律： 全反射现象：光焦度：薄透镜：视场光阑：像方远心光路： 渐晕：发光强度（Iv）：孔径角：主面：镜像：景深：入瞳：光谱光视效率（V）： 位置色差：弧矢面：1、光的折射定律：节点：一致像：景深：出射窗：光出射度（MV）： 瑞利判断：倍率色差:、轴向放大倍率a：屋脊棱镜：出瞳：光亮度（L）：对准：V正弦条件：垂轴放大率卩:、完善成像：棱镜的偏向角：主光线:、光亮度（Lv）：对准误差： 、等晕成像；光瞳衔接原则：明视距离：不晕成像：齐明点：物方焦距：、渐晕：

2、波像差： 色球差：简答题（每小题6分，共12分）1、若显微物镜上标明170mm/0.17, 40/0.65，请说明各个数字代表的意义。（！）2、简述棱镜系统的成像方向判断方法：（47 页）3、简述共线成像理论。（1）物空间中的每一点都对应于像空间中相应的点，且只对应一点，我们称为共轭点；（2）物空间中每一条直线对应于像空间中相应的直线，且是唯一的，我们称之为共轭线；（3）物空间中任一点位于一条直线上，在像空间中其共轭点仍位于该直线的共轭线上。简单的说：物空间的任一点、线、面体都有与之相共轭的点、线、面、体存在，且是 唯一的。4、一个水缸深2m,内部注满折射率n=4/3的清水，水缸底部放置了一个

3、硬币，请问人在水 面垂直注视硬币时看到的像比1m深还是比1m浅？ （3分）为什么？ （3分）答变浅，因为硬币经过水平行平板成像要产生一定大小的轴向位移，位移量为Al=d（1 1/n）=0. 5m,故人看到的像距离水面约为1.5m。5、简述提高显微镜的分辨能力方法1 ）减小波长；2）令物方介质折射率增大；3 ）提高 sinU 值。6、轴上一实物点S经透镜L成一实像点S,若将一个表面平行的玻璃板垂直于光轴插入自 透镜射出的光路中（玻璃平板位于透镜及S之间），问像点S将如何变化？请试加以解释。答：像点远离透镜。因为从透镜射出的会聚光束再经过玻璃平板折射后虽然传播方向不 变，但却会产生轴向及侧向位移，

4、因而使像点变远。7、校正像差时的谱线选取主要取决于什么？ 对于目视光学仪器而言，一般对那种色光校正 单色像差？答：像差谱线的选择主要取决于接收器的光谱特性进行像差校正时，只能校正某一波长 的单色像差，对于不同的接收器件像差谱线的目视光学系统：一般选择D光或e光校正单 色像差，对 F， C 光校正色差8、所谓的消球差系统是将系统中所存在的球差完全校正为零，这种说法正确么？为什么？ 不对，因为所谓的消球差系统是将某一带的球差完全校正为零，而不能使所有孔径带的球差全部校正为零，一般对边缘光校正为零，在0.707带有最大剩余量。9、写出单个折射面的三对无球差点（三对齐明点）（！） 10、设一物体对一正

5、透镜成像，其垂轴放大倍率伕-I，请分析一下物平面所处的位置。11 、简述判断入射窗、出射窗的方法。12 、简述判断入瞳、出瞳的方法。14某人身高200cm, 平面镜放在他身前120cm处，为了能够看到自己的全身像，镜子的 大小至少为多少？像与人之间的距离为多少？三、作图题（每小题4分，共16分）BAHHA1rB1 请画出图中所示系统的等效各级系统的物方焦点位置及物方主面位置，并标出 等效系统的物方焦距。1I%图中所画两条光线是由 A 点发出并可以经过光学系统成像的两条边缘光线，请 画出该系统的出瞳。4、试画出下图中平行平板的等效空气层，并计算等效空气层的厚度d2、请画出渐晕系数K = 50%

6、（100%）的开普勒望远系统（显微）的光路图。3、画出30。直角（五角）（斜方）（施密特）（道威）（底角为60。的等腰棱镜）（一） 二次反射等腰直角）棱镜的工作光路图，并将其展开成平行平板。（！）4、请画出使用平行光管测量透镜焦距的原理光路。若平行光管的焦距是550mm， 物高为y，测得像高为y ,请写出计算焦距f 的计算公式。（27也） 4、请画出光学杠杆的原理光路图，并说明如何用其进行微位移的测量。（40 页） 2、请画出简单显微镜（低倍）系统的原理光路图，并标出孔径光阑、视场光阑 及出瞳的大致位置。2、请画出开普勒望远系统的原理光路图，并标出孔径光阑、视场光阑及出瞳的 大致位置。4、请画

7、出光纤全反射传光的原理光路，若光纤芯的折射率为n，包层的折射率为n，光纤所在介质的折射率为n，写出光纤的数值孔径NA （即n sinI ）的2 0 0 1 计算公式。（13页8题）2、请画出物方远心光路的原理图，并说明其特点和作用。、由二个薄凸透镜L , L构成的系统，其中D = D = 4cm , f = 8cm, f = 3cm , L1 2 1 2 1 2 2位于L后5cm，若入射平行光，1）请判断系统的孔径光阑；2）求入瞳、出瞳的位置及大1小。解：图略。1 ）判断孔径光阑：（2 分）第一个透镜对其前面所成像为本身，D = 4cmL1第二个透镜对其前面所成像为l2，位置：1 - = n

8、厂=40/3cm T l广大小：0 = = n 2y = 10.7cm yl比较口径大小：D 2y，所以有第一透镜为孔径光阑。L12）（2分） 入瞳：第一透镜为孔径光阑，也是入瞳，即入瞳直径为4厘米。 . 出瞳：第一透镜经第二透镜所成的像。 位置：1/11/1 = 1/f n l = 7.5cm2y l 大小：0 = = n y = 3cmD二 2y二 6cmyl出瞳的大小为6cm，位于第二块透镜右侧7.5cm处。评分原则：本题有多种解法，只要原理正确均可得分。3、请画出光学杠杆的原理光路图 P54 P55（3）1、实验：测水的折射率。实验步骤：取一盆清水，一大头针插入一软木塞的中心；将大头

9、针朝下放入水中，拔出或插入大头针，达到在水面刚好看不到大头针，此时测量木塞的直径 为d,大头针在木塞上露出的高度为h,忽略大头针头的面积，可视其为一点。请推水的折 射率的计算公式。解：根据全反射原理，光束由水射向空气时，如果满足入射角度大于或等于临界角时，会发 生全反射，本题就是基于这一原因，才导致在水面上方看不到大头针。设水的折射率为n， 则：1(1)sm 9 = _c n再根据几何关系，利用木塞直径和大头针在木塞上露出的高度可得到：d/2sin9cJ(d 2 )2 + h2)联立（1）式和（2）式，可求水的折射率：d 2 + 4h 2 d评分原则：公式3 分，结果1分，图1 分。本题有多种

10、解法，只要原理正确均可得分。3、由二个薄凸透镜LL2构成的系统，其中D = 6mm , D2 = 4mm , f= f = 9mm，二者之 间加入一光孔，与L相距3mm，与L相距2mm，光孔的直径D = 6mm，若入射平行光，1）请判 断系统的孔径光阑；2）求入瞳、出瞳的位置及大小。解：图略。1）判断孔径光阑：（2 分）第一个透镜对其前面所成像：为其本身， DL1 = 6mm 光孔对其前面所成像位置：11= 4.5 mm , 大小= 9 mm第二个透镜对其前面所成像为 L211n l = 11.25mm大小:f l fP = = n 2 y f = 9mm yl比较口径大小：第一透镜为孔径光阑

11、。2）（2分）入瞳：L1本l= 6.75mm身:入瞳直径为 6 毫米。出瞳:第一透镜经第二透镜所成的像。位置：1/HIl = 1/ f n l =11.25mm 大小D= 2y=13.5mm ,出瞳的大小为13.5毫米，位于第二块透镜左侧11.25毫米处。评分原则：本题有多种解法，只要原理正确均可得分。4、某同学近视程度是-2D （屈光度），即是需要配戴200度的眼镜，现在给他戴100度的眼镜，问他分别戴200度眼镜、不戴眼镜和戴100度眼镜时，所能看到的最远点各在什么地方？ 解：图略。1）戴200度眼镜时，他能看到的最后点在无穷远处2）不戴眼镜时：远点距离为lr = f =1 = 士=5m，

12、即不戴眼镜时能看清的最远点是眼前0.5米处3）戴100度眼镜时：通过眼镜成像于不戴眼镜时的最远点的物点位置就是戴100度眼镜所能看到的最远点，此时的远点距离为：n lr= 1m，即戴100度眼镜时能看到的最远点是眼前1米处。评分原则：公式 2 分，结果2分。本题有多种解法，只要原理正确均可得分。3、某个圆形舞台，半径为4米，舞台中心离地面3米处，悬挂一发光强度为中心的光照度是舞台边缘的多少倍？l = 9 cd的灯，问舞台解：图略。i）舞台中心的光照度：r1 =3m； e = o，ose = i.I-cos090cd x 1=1 = 10lxr 2Qm 力12）在房间角落处的光照度： r2=(3

13、2 + 42 = 5m；r3cos 0 = = 0.6 ；2 r 523）光照度关系： E1I -cos0= 2r2290cd x 0.6=/ = 2.16lx百m力E = 10lx : 2016lx = 4.6 : 12大小卩=yy第二个透镜对其前面所成像为 L2位置：11l ln l = 11.25mm答：舞台中心的光照度是舞台边缘的4.6倍。评分原则：公式3分，结果1分。本题有多种解法，只要原理正确均可得分。4、由二个薄凸透镜L，L2构成的系统，其中D = 6mm , D2 = 4mm , f1= f = 9mm，二者之 间加入一光孔，与L1相距3mm，与l2相距2 mm，光孔的直径D

14、= 6 mm，若物位于透镜L1前12 mm 处， 1）请判断系统的孔径光阑； 2）求入瞳、出瞳的位置及大小。解：图略。1）判断孔径光阑：（2 分） 第一个透镜对其前面所成像：为其本身，Df1 = 6mm W 1 = 3/12 = 0.25 光孔对其前面所成像：位置：了 - | f 厂=45mmn 2y = 9mm， tga = 4.5/(12 + 4.5)= 0.27l2大小.卩=2_ = 1- n 2y = 9mm tga = 4.5/（12 +11.5）= 0.19 y l3f 比较与物点的张角大小：3 fa1 2，所以有第二透镜为孔径光阑。2） （2分）入瞳为L2 ,与L1相距1125mm，入瞳直径为9毫米。出瞳为第二透镜本身L :出瞳直径为4毫米。评分原则：本题有多种解法，只要原理正确均可得分。4、有一聚光镜，其数值孔径NA = sin u = .5，点光源照明且各向均匀发光，求进入系统的能量占全部 能量的百分比。解：图略。NA = sin u = 0.5 n n二l,sin u = 0.5，进入聚光镜的光束立体角为。1：/ = 4 sinsinu = Cl.5一点周围全部空间的立体角为 2：=4疏创点光源各向均匀发光，能量比就是立体角大小的比，即_ 6.7%答：