应用光学复习概念题
应用光学习题解答
习题巩固
巩固练习
习题难度：从易到难，逐步提高解题能力 习题类型：覆盖多种题型，包括选择题、填空题、计算题等 习题内容：涉及多个知识点，帮助学生巩固所学内容 习题答案：提供详细的答案解析，帮助学生理解解题思路
练习答案
答案：光在平面镜上的反射遵守光的反射定律。
答案：在应用光学中，透镜的焦距是指平行于主轴的光线通过透镜后汇聚 的点到透镜中心的距离。
题目：应用光学实验操作
解析：通过实验操作，加深对应用光学理论的理解，掌握实验仪器的使用技巧，提高实验操作能力 和数据分析能力。
练习总结
习题巩固：通过 练习题来巩固所 学知识
解题技巧：掌握 解题技巧，提高 解题效率
错题分析：分析 错题原因，避免 重复犯错
举一反三：通过练 习题学会举一反三， 拓展知识面
学科交叉：与其 他学科的知识点 进行交叉融合， 拓宽学生的知识 面和思维方式。
创新实验：设计 一些创新性的实 验，让学生通过 动手实践来加深 对光学的理解。
拓展总结
解题技巧：掌握常用解题方 法，提高解题效率
习题难度：由易到难，逐步 提高解题能力
知识点拓展：通过习题巩固 和拓展所学知识点
举一反三：学会触类旁通， 能够解决类似问题
应用光学习题解析
01
02
习题拓展
习题巩固
03
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习题解答
光的折射与反射
光的折射：光从一 种介质斜射入另一 种介质时，传播方 向发生改变的现象。
光的反射：光在两 种介质的交界面上 返回原介质的现象。
折射定律：入射角i 、折射角r和介质的 折射率n之间的关 系。
反射定律：入射角i 、反射角i'和介质 的折射率n之间的 关系。
应用光学复习总结
2009《应用光学》复习题一、名词解释（每题2分，共20分）1．光线；2. 光束；光线：没有直径、没有体积却携有能量并具有方向性的几何线。
其能量密度无限大。
（可见实际是不存在的）与波面对应的法线（光线）的集合，称为光束。
3．光轴；光束(光柱)的中心线，或光学系统的对称轴。
光束绕此轴转动，不应有任何光学特性的变化。
4 光源；从物理学角度来看，能够辐射能量的物体成为发光体，也就是光源。
5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一定次序组合成的整体。
6 全反射；全反射：从光密介质射入到光疏介质，并且当入射角大于某值时，在二种介质的分界面上光全部返回到原介质中的现象。
7 光程；光在媒质中通过的路程和该媒质折射率的乘积。
8 虚物点；9 虚像点；一同心光束入射到理想光学系统后，出射光束必定也是同心光束（见理想光学系统），入射同心光束的交点称为物点，出射同心光束的交点称为像点。
若入射光束为发散的同心光束，则物点为实物点；若入射光束为会聚的同心光束，则物点为虚物点。
出射光束为会聚的同心光束时，像点为实像点；出射光束为发散的同心光束时，像点为虚像点。
根据不同的成像系统，可有实物实像、实物虚像、虚物实像和虚物虚像等各种情形。
10 光焦度；光焦度（用ϕ表示）：折合焦距的倒数n’/f'= ϕ ,光焦度体现的是系统对光束的会聚或发散的本领。
11 共轭点；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；光学系统物方一个点（物点）对应像方一个点（像点）。
即从物点发出的所有入射光线经光学系统后，出射光线均交于像点。
由光的可逆性原理，从原来像点发出的所有光线入射到光学系统后，所有出射光线均交于原来的物点，这一对物、像可互换的点称为共轭点。
某条入射光线与对应的出射光线称为共轭光线.12 透镜；13 镜像；14 孔径光阑；孔径光阑（有效光阑）：指限制进入系统的成像光束口径的光阑。
应用光学习题解析 期中复习
四、折射棱镜与光楔
1、折射棱镜的偏向角：
I1 I2
sin 1 (
2
)
n sin
2
cos cos
1
2 1
2
(I1 (I1
I2) I2 )
★ 偏向角取极值的条件： I1 I2 I1 I2
sin
1 2
(
m
)
n sin
2
d 2
0 dI12
应用光学 期中复习
第一章 小结
• 几何光学的基础： 1、基本概念：可见光、单/复色光、光线、光束、波面、法线等 2、基本定律：直线传播、折射与反射 、独立传播、可逆性原理 3、费马原理、马吕斯定律（了解内容）
• 成像： 1、完善像的定义及完善成像条件 2、光路中的基本概念与符号规则
• 光路计算及公式
二、平行平板
1、成像特性：I
2
I1
U2 U1
2 1 无焦系统
侧向位移：
T
d
sin
I1
1
cos I1 n cos I1
轴向位移： 位移成像：
L
d
1
cos I1 n cos I1
L
d
1
tan tan
I1 I1
（非完善成像）
L2 L1 L d
2、等效光学系统
近轴条件：
l l f
l
2
1
两光组的组合公式
1、各光组间相对位置的表示：1 d1 f1 f2
2、两光组组合的参数计算：★Fra bibliotek像方焦点：
xF
f2 f2
lF
应用光学试题及答案
2005-2006学年第二学期试题名称: 应用光学 A 课程号：共 2 页第 1 页专业年级__物理学2003_____ 学号___________ 姓名____________ 考试日期（考生填写）_______年____月__日分数_________ 一．简答题（15分）（写在答卷纸上）1．（5分）物理光学研究什么内容？几何光学研究什么内容？2．（5分）什么是场镜？场镜的作用是什么（要求写出两种作用）？3．（5分）写出轴外点的五种单色像差的名称。
二．作图题（15分）(画在试卷上)4．（５分）已知焦点F和F’和节点J和J’（见图2），求物方主点H和像方主点H’。
5．（10分）应用达夫棱镜的周视瞄准仪示意图(见图1)，分别标出A、B、C、D点光的坐标方向。
授课教师李颖命题教师或命题负责人签字李颖院系负责人签字年月日注：请命题人标明每道考题的考分值。
J F’F J’图2zyxABCD图12005-2006学年第二学期试题名称: 应用光学课程号：共 2 页第 2 页中国海洋大学试题答案2005-2006学年第二学期试题名称: 应用光学一．简答题（15分）1．（5分）物理光学研究什么内容？几何光学研究什么内容？物理光学：研究光的本性，并根据光的本性来研究各种物理现象。
几何光学：研究光的传播规律和传播现象，几何光学中采用光线理论。
2．（5分）什么是场镜？场镜的作用是什么（要求写出两种作用）？场镜：和像平面重合或者和像平面很靠近的透镜，场镜只改变成像光束位置，不影响系统的光学性质。
作用：降低主光线在后面系统上的透射高度；改变出瞳距离；承担一定放大作用。
3．（5分）写出轴外点的五种单色像差的名称。
球差，彗差，像散，场曲，畸变二．作图题（15分）4．（５分）已知焦点F和F’和节点J和J’（见图2），求物方主点H和像方主点H’。
图25．（10分）应用达夫棱镜的周视瞄准仪示意图(见图1)，分别标出A 、B 、C 、D 点光的坐标方向。
应用光学复习题
1. 作图题——复习书上P47-3、4、5。
2. 简答题a) 什么叫做像？b) 折射定律的内容是什么？c) 单个反射球面的主点、焦点分别位于什么地方？d) 简述开普勒望远系统中的光束约束。
e) 什么叫物方远心光路？它有什么作用？f) 什么叫光学系统的畸变像差？当只有畸变时，是否可以清晰成像？g) 孔径光阑的作用是什么？什么叫入瞳和出瞳？h) 列出轴外点的单色像差。
i) 什么叫场镜？场镜的作用是什么？j) 各类目视光学仪器必须满足的共同要求是什么？k) 常用的共轴系统的“基面”和“基点”有哪些？l) 屋脊面有什么作用？3. 设计一个棱镜系统，要求具有一定的潜望高，入射光轴和出射光轴同向，其余两个基本点方向反向。
4. 设计一个平面镜棱镜系统，要求倒像功能。
5. 有一放映机，使用一个凹面反光镜进行聚光照明，光源经过反光镜反射以后成像在投影物平面上。
光源长为10mm ，投影物高为40mm ，要求光源像等于投影物高；反光镜离投影物平面距离为600mm ，求该反光镜的焦距。
6. 一透镜焦距mm f 30'=，如在其前边放置一个x 6-=Γ的开普勒望远镜，求组合后系统的像方基点位置和焦距，并画出光路图。
7. 现有焦距分别为100mm ，20mm 两个薄透镜组，如何构成望远系统？该望远系统视觉放大率等于多少？如果用这两个薄透镜组构成显微镜，假定100mm 的透镜组做物镜，且光学筒长（由F 物’到F 目的距离）为160mm ，问此显微物镜的垂轴放大率为多大？显微镜视觉放大率为多大？8. 在正薄透镜前方50mm 处一物体通过该透镜成像。
当此透镜后移100mm 时，成像仍在原像面位置，试求该透镜焦距和两种情况下的像高之比。
9. 要求用二个焦距分别为100mm 和50mm 的薄透镜组成一个总焦距为80mm 的镜头，问两透镜之间的间隔应等于多少？10. 有一显微物镜，焦距'13.75f mm =，物像之间的距离为180mm （忽略两主平面之间的距离），求这对共轭面的垂轴放大率、角放大率、轴向放大率。
应用光学试题(月)
应用光学试题一、问答题1、在几何光学框架内，光的传播规律可归纳为四个基本定律，请分别简述其内容.（1）光的直线传播定律：在各向同性介质中，光沿直线传播.（2）光的独立传播定律：从不同的光源发出的光束以不同的方向通过空间某点时，彼此互不影响，各光束独立传播.（3）反射定律：入射光线、反射光线和投射点法线三者在同一平面内，入射角和反射角二者绝对值相等且符号相反，即入射光和反射光在法线两侧.（4）折射定律：入射光线、折射光线和投射点法线三者在同一平面内，入射角的正弦与折射角的正弦之比与入射角的大小无关，而与两种介质的性质有关.对一定波长的光线，在一定温度和压力的条件下，该笔直为一常数，等于折射光线所在介质的折射率ｎ＇和入射光线所在介质的折射率ｎ之比.2、请概述光线与波面的概念，以及几何像差与波像差的概念.（1）几何光学中把光看作是光线.光波是电磁波，向周围传播，在某一瞬时，其振动相位相同的各点所构成的曲面称为波面.在各向同性介质中，光沿着波面的法线方向传播，可以认为光波波面的法线就是几何光学中的光线.（2）几何像差是几何光线经过光学系统后的实际光路相对于理想光路个偏离量.波像差是经过光学系统后的实际波面和理想波面之间的偏差.3、何为马吕斯定律？光学系统成完善像的条件是什么？（1）马吕斯定律：垂直于波面的光束（法线集合）经过任意多次反射和折射后，无论折射面和反射面的形状如何，出射光束仍垂直于出射波面，保持光线束仍为法线集合的性质；并且入射波面和出射波面对应点之间的光程均为定值.（2）光学系统成完善像的条件：ａ：点物成点像，即物空间每一点在像空间都有唯一的的点与之对应.ｂ：物空间每一条线在像空间都有唯一的直线与之相对应.ｃ：物空间的任一点位于一条直线上，那么在像空间内共轭点必定在该直线的共轭线上.4、何为阿贝不变量和拉赫不变量？它们的物理意义是什么？（1）阿贝不变量：1111''Q n n r l r l ⎛⎫⎛⎫=-=- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭；其物理意义是，近轴区，一折射面的物空间和像空间的一对共轭点的位置是确定的.（2）拉赫不变量：'''nyu n y u J == ，'''nytgu n y tgu J == ；进入光学系统的总能量是保持不变的（前者针对近轴区而言，后者是对前者的推广，是系统对任意大小物体用任意光束成像的普式）.5、请写出牛顿成像公式和高斯成像公式，及用示意图给出公式中各个参量.（1）高斯公式：111''l l f -= 其中l, l’分别是物体相对于系统主点的物距和像距，f ’是系统的有效焦距.（2）牛顿公式：''x x f f其中x, x ’分别是物体相对于系统焦点的物距和像距，f, f ’分别是系统的物方和像方有效焦距.6、光学系统对轴上点成像时会存在哪些像差？它们有什么特点？会存在球差和位置色差.（1）球差：轴上点发出的同心光束经过光学系统后，不同的孔径角的光线交于不同的点，相对于理想像点有不同的偏离，这就是球差.其只与系统的孔径有关.（2）位置色差： 由于不同的波长在同一介质中的直射率不同，轴上点发出的不同波长的光经过光学系统后会聚在轴上不同的位置，这种现象就是位置色差.7、光学系统中有哪几类光栏？并概述它们的作用？光学系统中有孔径光阑、视场光阑、渐晕光阑和消杂光光阑，其作用分别如下：（1）孔径光阑：决定轴上点的孔径的大小.（2）视场光阑：决定光瞳中心的视场角，即限制系统的成像范围.（3）渐晕光阑：限制轴外点发出的充满孔径光阑的光束，对轴上点的光束没有限制.（4）消杂光光阑：拦掉一部分系统杂散光，限制它们进入光学系统.8、何为远心光路？结合作图法，解释远心光路的作用和应用.（1）远心光路是指系统的物方或者像方主光线和系统个光轴平行的光路，分为物方远心和像方远心.可用于解决测量系统和系统的装调时所产生的对准误差，还可以用于系统之间相匹配时产生的对准误差.（2）物方远心光路可以解决工具显微镜中由调焦不准使像平面和刻尺平面不重合造成的测量误差，如图（1）所示，当物体由A1由于调焦不准偏移到A2处，相应的A1’和A2’是两次成像的位置，M1M2是刻尺平面，可见由于物方远心的特性，虽然物体调焦不准造成位置偏移后的像平面偏离了刻尺平面，但由于物体偏移前后的主光线在刻尺上的交点不变，所以在刻尺上读取的数据没有发生变化.图１ 物方远心光路示意图（2）像方远心光路同样可以解决测距仪器由调焦不准造成的标尺的像不与分划板刻线平面重合造成的读书误差，结构示意图如图２所示.虽然由于调焦不准B1B2的像B1’B2’不与分划板重合，但由于系统具有像方远心的特点，其主光线在分划板上的交点位置不变，即读数M1M2不变，可避免对准误差.图２像方远心示意图9、一般光学系统有哪几种像差？并说明产生原因、与视场和孔径的关系，以及校正方法.（1）有五种单色像差和两种色差.五种单色像差为：球差、彗差、场曲、像散、畸变.两种单色像差为：位置色差和倍率色差.（2）产生的原因和与视场和孔径的关系.球差：轴上点发出的光，经过光学系统后随着孔径的不同交于光轴上不同的点，其相对于理想像点的位置为球差.其只与系统的孔径有关和视场无关.彗差：由轴外点光束关于主光线矢对称造成的像差，对于单个球面彗差一方面由球差引起，另一方面和光阑位置也有关系.彗差和孔径和视场均有关.像散：是由于轴外点发出的光束经过光学系统后对应的波面为非球面波，它在两个主截面的曲率不同，所以聚焦为子午像点和弧矢像点，而子午像点和弧矢像点之间的位置差即为像散.细光束像散和视场有关和孔径无关，而宽光束像散和孔径和视场均有关.场曲：由于轴外点发出的光束经光学系统后所成的像面发生弯曲，偏离了高斯像面造成的.它和视场和孔径均有关.畸变：由于主光线的球差随视场的变化而不同造成的，是实际像高和理想像高之间的偏差，它只和视场有关.10、简述光学系统成像质量评价方法及其适用性.常见的光学系统的像质评价方法主要包括以下几种：（1）斯特列尔判断（中心点亮度）：即用有像差时的衍射图形中最大亮度与无像差时的最大亮度之比来表示系统的成像质量，这个比值称为中心点亮度.当中心点亮度S.D大于或等于0.8时，系统可以认为是完善的.它对于小像差系统的成像质量的评价是一个比较严格可靠的方法.（2）瑞利判据：实际波面与参考波面之间的最大波像差不超过λ/4时，此实际波面认为是无缺陷的.它适用于小像差系统，如望远镜和显微镜等.可直接用来确定球差、正弦差和位置色差的容限.（3）分辨率法：能被系统分辨开的两个物点或像点之间的最小距离，称为系统的分辨率或分辨本领.在大像差系统中，如照相物镜，分辨率常作为其像质评价的指标之一.而不适宜用来评价高质量的小像差系统.（4）点列图：由一点发出的许多光线经过系统后不再集中于一点而是形成一个弥散斑，称为系统的点列图.用点列图的密集程度来评价系统的像质.它是一种评价像质的方便、易行、直观的方法.（5）边界曲线：用直边物体的像照度变化过程能很方便的表示像清晰度的降低，这个变化过程称为边界条件，当已知边界曲线时，进行微分即可得到像扩散函数.适用于评价大视场物镜的像质，但对进行光学系统设计并不方便，因为不同直接给出剩余像差的关系.（6）光学传递函数OTF：表征物光波经过光学系统后的位相和对比度的变化，有位相传递函数PTF和调制传递函数MTF 组成.OTF＝MTF×PTF，其中PTF表征物光波经系统后的位相变化，它并不影响像的清晰度.MTF是表征物光波经系统后的对比度的变化，常用来评价系统的成像质量.光学传递函数是目前认为较好的一种像质评价方法，对大像差系统和小像差系统均可适用，是一种有效客观全面的像质评价方法.此外，还可以采用分析像面照度均匀性、像面衍射能量集中度等方法进行系统的像质评价.二、计算题1、如下图所示，透镜L1的焦距f1=60mm ，通光口径D1=30mm ，透镜L2的焦距f2=40mm ，通光口径D2=20mm ，两透镜间距d=40mm.光阑S 位于两透镜之间，离透镜L1的距离为24mm ，其通光口径为15mm.当轴上物点a 到透镜L1的距离60mm 时，请确定此系统的孔径光栏、视场光栏、入射光瞳、出射光瞳.解： 由高斯公式得：111''l l f -=所以：11/2*115160604d du === 1/2*'12.51'1001008s ds du === 221/2*'301'1201204l d du === 所以s 为系统光阑，s ’为入瞳L1，L2相对于入瞳的视场：1531408dω== 3032808d ω== 所以，L1和L2同为视场光阑2、用K9（n D =1.5163，v D =64.1）和ZF2（n D =1.6725，v D =32.2）玻璃组合，设计焦距为100毫米、F/4的双胶合消色差望远镜，（1）写出双胶合物镜消色差的条件.（2）确定每块胶合透镜的焦距.（3）估算此消色差望远镜的二级光谱值，并讨论如何校正此二级光谱.解：（1）双胶合物镜消色差的条件：2210I i C h =⎛⎫=+= ⎪⎝⎭∑1212φφυυ 或 0+=1212φφυυ （2）由 0+=1212φφυυ，+=12φφφ，得 =-1112υφφυυ，=-2212-υφφυυ， L 1将已知数据代入，可得 0.026611860.01662333==-12φ，φ 即，237.57723()60.15642()f mm f mm ==-1，（3）部分色散系数：11111 1.521953-1.516372 0.6927755711.521953-1.513897F D FD F c n n P n n -===- 22222 1.687480-1.672677 0.7089321711.687480-1.666593F D FD F c n n P n n -===- 消色差望远镜的二级光谱值：'12'0.6927755710.7089321711000.050647648FD FD FCD P P L f -=---=-⨯=12υυ64.1-32.2校正此二级光谱的方法：由上面计算可知，对于一定焦距的双胶合消色差物镜，其二级光谱与物镜的参数无关，完全有两块玻璃的相对色散系数和阿贝数差值决定，所以我们应该选择相对色散系数相同，而阿贝数相差很大的两块玻璃.。
应用光学习题.(DOC)
应用光学习题本习题供学习、复习使用。
精练这些习题及作业和课件上的例题有助于掌握、理解应用光学课程的基本知识、理论和规律。
应用光学的基本问题包括在本习题内，但不仅限于本习题。
本习题仅供课程学习时参考。
习题中一些问题提供了解答，限于时间，其它则略去。
一、简答题1、几何光学的基本定律及其内容是什么？2、理想光学系统的基点和基面有哪些？3、什么是光学系统的孔径光阑和视场光阑?4、常见非正常眼有哪两种？如何校正常见非正常眼？5、光学系统极限分辨角为多大？采取什么途径可以提高极限分辨角？6、什么是共轴光学系统、光学系统物空间、像空间？7、如何确定光学系统的视场光阑？8、成像光学系统有哪两种色差？试说明它们的成因？9、对目视光学仪器的共同要求是什么？10、什么是理想光学系统的分辨率？写出望远镜的分辨率表达式。
11、什么是理想像和理想光学系统？12、理想光学系统有何特点？13、简述单平面镜的成像特性。
14、双平面镜的成像特性。
15、什么是光阑？15、光阑在光学系统中的作用及其分类。
16、简述孔径光阑确定方法。
17、简述视场光阑的确定方法。
18、什么是光学系统的景深？19、什么是光学系统的像差？20、单色光的几何像差有哪些？复色光的几何像差有哪些？21、什么是光学系统的球差？22、什么是光学系统的慧差？23、什么是光学系统的像散？24、什么是光学系统的色差？二、填空题1、在空气和折射率为2的介质界面上发生全反射的临界角是。
2、入瞳孔径越大，则景深越；对准平面距离越远，则景深越。
3、会引起像模糊的单色像差有：，，，。
4、两种远心光路分别是：，。
5、近视眼能看清楚的最远距离为0.5m，则应该佩戴度的负透镜。
6、某人戴250度的近视眼镜，此人的远点距离是米，所戴眼镜是焦距为米的 (填“正”或“负”)透镜。
7、照相机中的可变光阑起的是光阑的作用，它限制的是；而底片框起的是光阑的作用，它限制的是。
8、几何光学三个基本定律是：，，。
物理光学与应用光学复习题
中北大学《物理光学与应用光学》考试重点班级：X姓名：学号：211、在双轴晶体中，为什么不能采用o 光与e 光的称呼来区分两个正交线偏正光？(P213) 当波矢k 沿着除两个光轴和三个主轴方向传播时，过折射率椭球中心且垂直于k 的平面与折射率椭球的截线均为椭圆，这些椭圆不具有对称性，相应的两个线偏振光的折射率都与k 的方向有关，这两个光均为非常光。
故在双轴晶体中，不能采用o 光与e 光的称呼来区分两个正交线偏正光。
2、渥拉斯顿棱镜的工作原理：（])tan -[(arcsin 2e o θn n Φ≈，角随入射光波长分离的不同稍有变化）；格兰-汤普森棱镜的工作原理：（格兰-汤普森棱镜利用全反射原理工作的，存在着入射光束锥角限制）。
(P223)3、简述折射率椭球的两个重要性质？折射率椭球方程是？(P206)折射率椭球的两个重要性质：①与波法线k 相应的两个特许折射率n '和n '',分别等于这个椭圆的两个主轴的半轴长。
②与波法线k 相应的两个特许偏振光D 的振动方向d '和d ''，分别平行于r a 和r b 。
折射率椭球方程：1232322222121=++n x n x n x4、什么是“片堆”？简述利用“片堆”产生线偏振光的工作过程？(P36)片堆是由一组平行平面玻璃片叠加在一起构成的，将一些玻璃放在圆筒内，使其表面法线与圆筒轴构成布儒斯特角。
工作过程：当自然光沿圆筒轴以布儒斯特角入射并通过片堆时，因透过片堆的折射光连续不断地以相同的状态入射和折射，每通过一次界面，都从折射光中反射部分垂直纸面分量，最后使通过片堆的透射光接近为一个平行入射面振动的线偏振光。
5、晶体光学的两个基本方程：（⊥⊥==D n cE E n D r2020εε），物理意义：（决定了在晶体中传播的单色平面光波电磁波的结构，给出了沿某个k （s ）方向传播的光波D （E ）与晶体特性n （n r ）的关系）。
应用光学总复习与习题解答
总复习第一章 几何光学的基本定律 返回内容提要有关光传播路径的定律是本章的主要问题。
折射定律(光学不变量)及其矢量形式反射定律(是折射定律当时的特殊情况)费马原理(极端光程定律)，由费马原理导出折射定律和反射定律(实、虚)物空间、像空间概念 完善成像条件(等光程条件)及特例第二章 球面与球面系统 返回内容提要球面系统仅对细小平面以细光束成完善像基本公式：阿贝不变量放大率及其关系：拉氏不变量反射球面的有关公式由可得。
第三章 平面与平面系统返回内容提要平面镜成镜像夹角为 α 的双平面镜的二次像特征 平行平板引起的轴向位移反射棱镜的展开，结构常数，棱镜转像系统折射棱镜的最小偏角，光楔与双光楔关键问题：坐标系判断，奇次反射成像像，偶次反射成一致像，并考虑屋脊的作用。
第四章 理想光学系统返回内容提要主点、主平面，焦点、焦平面，节点、节平面的概念高斯公式与牛顿公式：当时化为，并有三种放大率，，拉氏不变量，，厚透镜：看成两光组组合。
＋＋组合：间隔小时为正光焦度，增大后可变成望远镜，间隔更大时为负光焦度。
－－组合：总是负光焦度 ＋－组合：可得到长焦距短工作距离、短焦距长工作距离系统，其中负弯月形透镜可在间隔增大时变 成望远镜，间隔更大时为正光焦度。
第五章 光学系统中的光束限制 返回内容提要本部分应与典型光学系统部分相结合进行复习。
孔阑，入瞳，出瞳；视阑，入窗，出窗；孔径角、视场角及其作用 拦光，渐晕，渐晕光阑 系统可能存在二个渐晕光阑，一个拦下光线，一个拦上光线 对准平面，景像平面，远景平面，近景平面，景深 物方（像方）远心光路——物方（像方）主光线平行于光轴第六章 光能及其计算 返回内容提要本章重点在于光能有关概念、单位和像面照度计算。
辐射能通量，光通量，光谱光视效率，发光效率 发光强度，光照度，光出射度，光亮度的概念、单位及其关系 光束经反射、折射后亮度的变化，经光学系统的光能损失， 通过光学系统的光通量，像面照度总之,第七章 典型光学系统 返回内容提要本章需要熟练掌握各类典型光学系统的成像原理、放大倍率、光束限制、分辨本领以及显微镜与照明 系统、望远镜与转像系统的光瞳匹配关系，光学系统的外形尺寸计算。
应用光学复习习题资料
3－4 有一焦距为50mm，口径为50mm的放大镜，眼睛到它的距离为125mm， 求放大镜的视放大率和视场。
3－6 已知显微目镜Γ2=15，物镜β=2.5，光学筒长180mm，试求显微镜 的总放大率和总焦距为多少?
3－12 拟制一架6倍望远镜，已有一焦距为150mm的物镜，问组成开普 勒型和伽利略型望远镜时，目镜的焦距应为多少？筒长各多少？
放大镜视放大率
250 x 250
f x xz f
放大镜的成像光路
显微镜总放大率：
f f1f2 f物 镜 f目镜
D
D
250 / f
显 微 镜
望远系统
tan f物 D tan f目 D
开普勒 望远系 统光路 图
f目 f物
f目 f物
2
f物
f物
习题练习：
xF’
- f’
-lF
R1 R1’
f 2'
xH’
d
R2 2 R2’
lF’
-lH
lH’
一、光阑及其作用
1、孔径光阑（孔阑）：它是限制轴上物体成像光束 立体角的光阑。（决定了入射的孔径角）
2、视场光阑（视阑）：它是限制物平面上或物空间 中最大成像范围的光阑。
3、渐晕光阑：以减小轴外像差为目的。 4、消杂光光阑：限制那些从视场外射入系统的光。
y y
l l
dl dl
2
u u
1
1 1 2 l' l r
J uy u ' y '
共轴球面系统
转面（过渡）公式
n2 n1' , n3 n2' , u2 u1' , u3 u2' , y2 y1' , y3 y2' ,
应用光学习题(含答案).docx
应用光学习题本习题供学习、复习使用。
精练这些习题及作业和课件上的例题有助于掌握、理解应用光学课程的基本知识、理论和规律。
应用光学的基本问题包括在本习题内，但不仅限于本习题。
本习题仅供课程学习时参考。
习题中一些问题提供了解答，限于时间，其它则略去。
一、筒答题1、几何光学的基本定律及其内容是什么？答：几何光学的基本定律是自钱传播定律、独立传播定W：、反射定律和折射定律。
直线传播定律：光线在均匀透明介质中按直线传播。
独立传播定律：不同光源的光在通过介质某点时互不影响。
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，对两种定的介j员来说，是=个和入射角无关的常数n isin/，-msin/。
22、理想光学系统的基点和基面有哪些？理想光学系统的基点包指物方焦点、｛象方焦点；物方主点、像方主点：物方节点、像方节点。
基面包括：物方焦平丽、像方然平面：物方主平丽、像方主平面；物方节平面、像方节平面。
3、什么是光学系统的孔役光阑和视场光阙？答：孔径光阑是限制轴上物点成像光束立体角的光阔。
晴荡艾丽王辅前有字亩7茧事宝肯车夜夜古国的光册J。
4、常见非正常跟有哪两种?如何校正常见非正常1'常见正常目艮包括近视酬远视盹近视眼将工二（远附近点）矫正到无限远，远视眼，将一丘丛（远点就近点）矫正到明视距离。
3、光'于系统极限分辨角为多大?采取什么途径可以提岗极限分辨角？答：衍射决定的极限分辨角为0=3®。
可见其与波长和孔役有关。
订蔬小波长D和增大孔径可以提高光学系统的分辨率。
I什么是共和1）也学系统、元学系统物空间、像空间？答：光学系统以一条公共制线通过系统各表面的幽率中心，该轴线称为光轴，这样的系统称为共轴光学系统。
物体所在的空间称为物空间，像所在的空间称为像空间。
、如何确定光学系统的视场Jt阙？答：将系统中除孔径光阑以外的所有光阑对其前面所有的光学零件成像到物空间；这些像中，孔径对入暗中心张角最小的一个像所对应的光阑即为光学系统的视场光阙。
眼视光应用光学期末复习
第二章一、选择题1、关于全反射现象，下列说法正确的是( )A．光线由光疏介质向光密介质传播时可能发生全反射B．光线由光密介质向光疏介质传播时可能发生全反射C．光线由光疏介质向光密介质传播时一定发生全反射D．光线由光密介质向光疏介质传播时一定发生全反射答案：B2、下列能成完善像的光学系统是（）A．平面折射系统B．平面反射系统C．球面折射系统D．球面反射系统答案：B3、若物位于凹面反射镜的焦点和曲率中心之间，则下列说法正确的是（）A．成倒立放大实像B．成倒立缩小实像C．成正立放大虚像D．成倒立缩小虚像答案：A4、关于棱镜片下列说法正确的是（）A．改变光线方向，不改变光束的聚散度B．不改变光线方向，改变光束的聚散度C．光线方向和光束的聚散度都改变D．光线方向和光束的聚散度都不改变答案：A5、实物通过平面反射镜所成的像为（）A．实像B．虚像C．实像和虚像均有可能D．实像和虚像重叠答案：B6、若物位于凹面反射镜的焦点和顶点之间，则下列说法正确的是（）A．成倒立缩小实像B．成倒立放大实像C．成倒立缩小虚像D．成正立放大虚像答案：D7、平面反射光学系统的横向放大率( )A．小于1B．大于1C．等于1D．以上都不对答案：D8、对于单球面近轴折射成像系统,若凹面侧的折射率大于凸面侧的折射率，下列说法正确的是（）A．该系统为发散型B．该系统为会聚型C．是发散型还是会聚型与物点的位置有关D．是发散型还是会聚型与像点的位置有关正确答案：B9、关于球面折射光学系统成像，下列说法正确的是（）A．能成完善的像B．不能成完善的像C．能否成完善像要依据条件而定D．部分成完善的像正确答案：B10、两个节点是一对（）A．角放大率为+1的共轭点B．角放大率为-1的共轭点C．角放大率>1的共轭点D．角放大率正确答案：A11、关于理想光学系统,下列说法正确的是（）A．主平面是横向放大率大于1的一对共轭面B．主平面是横向放大率小于1的一对共轭面C．主平面是横向放大率为-1的一对共轭面D．主平面是横向放大率为+1的一对共轭面正确答案：D二、简答题12、简述折射定律；13、简述反射定律；第三章1、人眼的瞳孔相当于（）A．入瞳B．出瞳C．孔径光阑D．透镜答案：C2、当物点在垂直光轴方向上下移动时，系统的孔径光阑（）A．增大B．减小C．不变D．无法判断答案：C3、以下关于景深和焦深的描述，错误的是（）A．景深是能在像平面上获得清晰像的物空间深度B．焦深是能成清晰像的像空间深度C．眼的分辨率越大，景深越小D．焦深增大，眼的分辨率就增大答案：B4、视场光阑经它前面的光学系统所成的像为（）A．入瞳B．出瞳C．入射窗D．出射窗答案：C5、大多数望远镜和显微镜的孔径光阑都位于（）A．物镜B．目镜C．物镜和目镜之间D．无法判断答案：A6、视场光阑所限制的成像物体的实际大小称为（）A．物方视场B．像方视场C．物方视场角D．像方视场角答案：A7、光学系统中的孔径光阑和视场光阑的关系是（）A．孔径光阑可作为视场光阑B．视场光阑也作为孔径光阑C．孔径光阑一般就是视场光阑D．孔径光阑和视场光阑两者不能合一答案：D8、以下关于主光线的描述，错误的是（）A．通过入瞳中心B．通过出瞳中心C．通过孔径光阑中心D．通过光学系统的节点答案：D9、摄影时，有的摄像师会在镜头前面挂上窗纱，其主要作用是（）A．减少光线通过B．增加图像清晰度C．增加景深D．减小景深答案：C10、瞳孔缩小的时候（）A．景深增加B．景深减小C．焦距增加D．焦距减小答案：A二、简答题11、简述什么是入射光瞳和出射光瞳孔；12、简述什么是景深和焦深；第四章一、选择题1、球差与下面那项因素有关（）A．孔径角B．视场大小C．物距D．离轴距离答案：A2、如图，是轴外点以宽光束经过光学系统成像时产生的像差，该像差是（）A．球差B．慧差C．场区D．色差答案：B3、如图，物面上轴外区域中的一个很小的“十”字图案经过光学系统成像后，在子午像面和弧矢像面分别在不同方向上成清晰的像，其中在子午面内，“十”字线的哪个方向成像清晰（）A．水平方向B．垂直方向C．任何方向D．主轴方向答案：A4、以下哪个是枕型畸变（）A． B． C． D．答案：A5、以下哪个是桶型畸变（）A． B． C． D．答案：B6、缩小光学系统的孔径光阑，哪些像差会得到改善（）A．球差、像散B．像散、场曲C．球差、彗差D．彗差、畸变答案：C7、如图，轴上点以宽光束成像时产生的像差为（）A．球差B．慧差C．场区D．色差答案：A8、轴外点以宽光束经过光学系统成像时，会产生慧差，慧差包括（）A．子午慧差和垂轴慧差B．弧矢慧差和纵向慧差C．弧矢慧差和子午慧差D．垂轴慧差和纵向慧差答案：C9、如图，物面上轴外区域中的一个很小的“十”字图案经过光学系统成像后，在子午像面和弧矢像面分别在不同方向上成清晰的像，造成这种现象的原因是（）A．像散B．场曲C．畸变D．色差答案：B10、单球面折射镜有几对无球差的共轭点（）A．1对B．2对C．3对D．以上选项都不对答案：C11、在7种几何像差中，不影响成像清晰度的有几种（）A．1种B．2种C．3种D．以上选项都不对答案：B12、在7种几何像差中，对轴上点成像产生圆形弥散斑的有几种（）A．1种B．2种C．3种D．以上选项都不对答案：B二、简答题13、简述什么是场曲；14、简述什么是位置色差；第五章一、选择题1、在均匀透明介质中，如果不考虑光能损失，则位于同一条光线上的各点，在光线进行的方向上光亮度（）A．不变B．变强C．变弱D．以上都不对答案：A2、在理想成像时，由物点A 发出的光线均通过像点A '，因此物和像的光亮度B 和B '之间的关系为( )A ．3B B n n '⎛⎫'= ⎪⎝⎭B ．3B B n n ⎛⎫'= ⎪'⎝⎭C ．2B B n n '⎛⎫'= ⎪⎝⎭D ．2B B n n ⎛⎫'= ⎪'⎝⎭ 答案：C3、下列说法正确的是( )A ．光照度定义为单位面积上所接受的辐射强度的大小B ．光照度的单位是流明(lm )C ．1lx 等于21m 面积上发出或接收1lm 的光通量D ．光亮度的单位是勒克斯(lx )答案：C4、颜色有三种特性，其中不包括（ ）A ．明度B ．色调C ．彩度D ．色温答案：D5、假定在折射率为1n 的介质内，入射光束的光亮度为1B ；在折射率为2n 的介质内，假设折射光束的光亮度为2B ，则（ ）A ．212221B B n n =B ．222211B B n n =C ．1221B B n n = D ．2211B B n n =答案：B6、在实际光学系统中，当物像空间介质相同时，下列说法正确的是（）A．像的光亮度永远等于物的光亮度B．像的光亮度可能等于物的光亮度，视具体情况C．像的光亮度永远大于物的光亮度D．像的光亮度永远小于物的光亮度答案：D7、以下叙述正确的是（）A．光通量的单位是cd，发光强度的单位是lm，光照度的单位是nt，光亮度的单位是lx B．光通量的单位是lm，发光强度的单位是cd，光照度的单位是lx，光亮度的单位是nt C．光通量的单位是lx，发光强度的单位是cd，光照度的单位是lm，光亮度的单位是nt D．光通量的单位是lm，发光强度的单位是nt，光照度的单位是lx，光亮度的单位是cd 答案：B8、彩色的纯洁性称为（）A．饱和度B．纯度C．明度D．色度答案：A9、人眼只能对可见光产生视觉，下列说法正确的是（）A．对黄绿光最不敏感B．对红光和紫光较好C．对红外光全无视觉反应D．对紫外光有视觉反应答案：C10、下列说法正确的是（）A．从能量的观点看，光线从光源(发光体)发出，经过中间介质(如大气等)和光学系统，最后到达接收器(如人眼、感光底片、光电元件等)是一个能量传输过程B．研究可见光的测试、计量和计算的学科称为“辐射度学”C．研究X光、紫外光、红外光以及其他电磁波辐射的测试、计量和计算的学科称为“光度学”D．光度学是辐射量度学的一部分或特例，光度学中的光是指全波段光答案：A二、简答题11、简述什么是朗伯定律；12、简述什么是光通量并写出表达式。
应用光学复习资料
三峡大学2010级光信专业《应用光学》期末考试复习资料一、光纤芯的折射率为n 1、包层的折射率为n 2,光纤所在介质的折射率为n 0，求光纤的数值孔径（即n 0sinI 1,其中I 1为光在光纤内能以全反射方式传播时在入射端面的最大入射角）。
解：位于光纤入射端面，满足由空气入射到光纤芯中，应用折射定律则有： n0sinI1=n2sinI2 (1)而当光束由光纤芯入射到包层的时候满足全反射，使得光束可以在光纤内传播，则有：(2)由（1）式和（2）式联立得到n 0 sinI1 .二、圆柱形玻璃棒（n=1.5）的一端为半径是2cm 的凸球面。
求1、当棒放置于空气中时，在棒的轴线上距离棒端外8cm 处的物点所成像位置；2、将此棒放入水中（n=1.33）,物距不变，像距是多少？思路：由单球面折射成像公式'''nn n nl l r --=，代入已知条件即可求得。
三、一束平行细光束入射到一半径r=30mm 、折射率n=1.5的玻璃球上，求其会聚点的位置。
如果在凸面镀反射膜，其会聚点应在何处？如果在凹面镀反射膜，则反射光束在玻璃中的会聚点又在何处？反射光束经前表面折射后，会聚点又在何处？说明各会聚点的虚实。
解：该题可以应用单个折射面的高斯公式来解决，设凸面为第一面，凹面为第二面。
（1）首先考虑光束射入玻璃球第一面时的状态，使用高斯公式以及'111=1.5,n =1,,30n l r m m=∞= 得到'190l m m =-会聚点位于第二面后15mm 处。
（2） 将第一面镀膜，就相当于凸面镜像位于第一面的右侧，只是延长线的交点，因此是虚像。
还可以用β正负判断：（3）光线经过第一面折射：, 虚像第二面镀膜，则： 得到：（4） 再经过第一面折射物像相反为虚像。
四、一直径为400mm，折射率为1.5的玻璃球中有两个小气泡，一个位于球心，另一个位于1／2半径处。
将玻璃球放置在水中（水的折射率为n水=4/3），沿两气泡连线方向在球两边观察，问看到的气泡在何处？解：设一个气泡在中心处，另一个在第二面和中心之间。
应用光学试题(11月)
应用光学试题一、问答题1、在几何光学框架内，光的传播规律可归纳为四个基本定律，请分别简述其内容。
（1）光的直线传播定律：在各向同性介质中，光沿直线传播。
（2）光的独立传播定律：从不同的光源发出的光束以不同的方向通过空间某点时，彼此互不影响，各光束独立传播。
（3）反射定律：入射光线、反射光线和投射点法线三者在同一平面内，入射角和反射角二者绝对值相等且符号相反，即入射光和反射光在法线两侧。
（4）折射定律：入射光线、折射光线和投射点法线三者在同一平面内，入射角的正弦与折射角的正弦之比与入射角的大小无关，而与两种介质的性质有关。
对一定波长的光线，在一定温度和压力的条件下，该笔直为一常数，等于折射光线所在介质的折射率ｎ＇和入射光线所在介质的折射率ｎ之比。
2、请概述光线与波面的概念，以及几何像差与波像差的概念。
（1）几何光学中把光看作是光线。
光波是电磁波，向周围传播，在某一瞬时，其振动相位相同的各点所构成的曲面称为波面。
在各向同性介质中，光沿着波面的法线方向传播，可以认为光波波面的法线就是几何光学中的光线。
（2）几何像差是几何光线经过光学系统后的实际光路相对于理想光路个偏离量。
波像差是经过光学系统后的实际波面和理想波面之间的偏差。
3、何为马吕斯定律？光学系统成完善像的条件是什么？（1）马吕斯定律：垂直于波面的光束（法线集合）经过任意多次反射和折射后，无论折射面和反射面的形状如何，出射光束仍垂直于出射波面，保持光线束仍为法线集合的性质；并且入射波面和出射波面对应点之间的光程均为定值。
（2）光学系统成完善像的条件：ａ：点物成点像，即物空间每一点在像空间都有唯一的的点与之对应。
ｂ：物空间每一条线在像空间都有唯一的直线与之相对应。
ｃ：物空间的任一点位于一条直线上，那么在像空间内共轭点必定在该直线的共轭线上。
4、何为阿贝不变量和拉赫不变量？它们的物理意义是什么？（1）阿贝不变量：1111''Q n n r l r l ⎛⎫⎛⎫=-=- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭；其物理意义是，近轴区，一折射面的物空间和像空间的一对共轭点的位置是确定的。
应用光学第一章习题库
第一章 几何光学基本原理一．典型例题例1 . 游泳者在水中向上仰望，能否感觉整个水面都是亮的？ 解：本题是全反射现象和光路可逆现象的综合运用。
水的折射率n 水 =1.33，空气的折射率n 空 =1.当光线由水进入空气，是由高折射率介质进入低折射率介质，可以发生全反射，即由水中发出的光线射到水面上时，如果入射角达到临界角，出射光线将掠过分界面。
换一个角度看，和水面趋于平行的光，折射后进入水中一点A,它在水面下的折射角即为临界角0I 。
在以水中一点A 为锥顶，半顶角为0I 的圆锥范围内，水面上的光线可以射到A 点，所以游泳者在水中仰望天空，不能感觉整个水面都是明亮的，而只能看到一个明亮的圆，圆当然的大小当然与游泳者所在的水深有关，如图所示。
下面求出临界角I0的大小 sinI0 等于n 空与n 水的比值等于0.75设水深为H ，则明亮圆半径R=0t an H I例1-2：一速光由玻璃（n=1.5)进入水（n=1.33),若以45°角入射，试求折射角。
解：本题直接应用斯涅耳定律即可。
11sin n i =22sin n i1n = 1.5 , 2n = 1.33 , 1sin 45i =1.5sin 45°= 1.33sin 2isin 2i = 0.749I =52.6°。
折射角为52.6度。
二．习题1-1 有时看到玻璃窗户上映射的太阳特别耀眼，这是否是由于窗玻璃表面发生了全反射？1-2 射击水底目标时，是否可以和射击地面目标一样进行瞄准？ 1-4 汽车驾驶室两侧和马路转弯处安装的反光镜为什么要做成凸面，而不做成平面？1-5 观察清澈见底的河床底部的卵石，看来约在水下半米深处，问实际河水比半米深还是比半米浅？1-6 人眼垂直看水池1米深处的物体，水的折射率为1.33，试问该物体的像到水面的距离是多少？1-7平行光速投射到一水槽中，光速的一部分在顶面反射而另一部分在底面反射，如图所示，试证明两束返回到入射介质的光线是平行的。
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1、近轴光线是如何定义的？近轴光线成什么像？
2、牛顿公式是以为原点的物像公式；高斯公式是以为原点的物
像公式。
3、折射球面的主平面在什么地方？反射球面与折射球面的成像公式？焦距和
半径的关系。
4、孔径光阑是什么？主要作用是什么？
5、视场光阑是什么？主要作用是什么？
6、什么是棱镜展开？
7、光度学量适用于什么波段？光照度是如何定义的？光照度的单位是什么？
8、正透镜的焦距有什么特点？当正透镜的空气里使用时，对光线有何作用？
9、请简述理想光学系统的成像性质。
10、何为屋脊棱镜？屋脊棱镜具有什么成像性质？
11、什么是光的色散？色差是怎么产生的？
12、人眼的明视距离是多少？人眼的极限角分辨率是多少？
13、目视光学系统的视放大率是如何定义的？放大镜视放大率的表达式是什么？
14、什么是渐晕？光学系统为什么需要引进渐晕？
15、光学系统分辨率的含义是什么？说出测量光学系统分辨率的常用方法有哪
些？
16、什么是像空间、什么是物空间？
17、什么是理想光学系统？什么是理想像？
18、什么是实物？什么是虚物？
19、什么是完善像？完善成像的条件是什么？
20、反射和折射之间有什么联系？
21、主平面有什么特点？节点？
23、有一折射率n＝1.52的玻璃板，若有一光线以3°的入射角射到其表面发生
反射和折射。
求：
设100,15.2
=-=，计算近轴像点位置？等效空气层的厚度是多少？
l mm L mm
24、显微镜目镜的放大率为Γ=10×，它的焦距等于多少？设物镜的放大率为40×，求显微镜的总倍率？
25、有一薄透镜，当把一高为20mm的物体置于其物方焦点左方400mm处时，将
会在透镜像方焦点右方25mm处成一实像。
求：（1）此透镜的像方焦距；
（2）像的大小；
（3）若物体右移200mm，其像往那个方向移动？
26、用开普勒望远镜分辩10km处相隔100mm的两个物点，试求：
1）
望远镜至少应选用多少倍率； 2） 当筒长L ＝465mm 时，求物镜和目镜的焦距。
27、有一焦距为150mm 的望远物镜，其口径D=30mm ，像的直径为20mm 。
求：
1） 物方视场角是多少？
2）如果系统的出瞳口径D`=3mm ，试求系统的视放大率？
28、已知220V ，60W 的充气钨丝灯泡均匀发光，辐射的总光通量为900lm ，求该灯泡的光视效能和发光强度？2m 处的光照度？
29、有一均匀磨砂球形灯，它的直径为17cm ，光通量为220lm ，求该球形灯的光
亮度？
30、要求用两个焦距分别为1210,`50f mm f mm ==的薄透镜组成一个总焦距为
`80f mm = 的镜头，问两透镜之间的间隔应等于多少？
31、一平行细光束平行于光轴入射到曲率半径r=100mm 的折射球面上，试求：（1）它的像点位置？（2）像方焦点的位置？（n=1；n`=1.52）
32、有一个物体高度为y ＝20mm ，被一焦距f`=50mm 透镜成像，已知物距
l ＝－100mm ，求：（1）像距？（2）像高? （3）利用作图法确定像的位置和
像高。
重点：折射球面计算题，透镜基本成像计算题，望远系统，显微系统计算题，光
度学相关计算题。