工程光学习题解答第十章_光的干涉
华中科技大学工程光学课件资源 光的干涉和干涉系统
波列图形
波列的非单色性
波列的傅里叶变换为
FT E ' t E0 sin 0
0
设=1/Δ时间内光波传播的 距离为2L=c=c1/[cΔ(1/)]
2L 2 D
波列长度2L越大,光谱宽度D越小,单色性越好
两相干光波振幅比与K
设两光波振幅分别为A1和A2,设=A1/A2, 对比度为
K 2 1 2
A1和A2相差越大,对比度越小
空ห้องสมุดไป่ตู้相干性
干涉孔径角=/bc 横向相干长度dtE上能发生干涉的最大d
d l b l dt
x dx r1 S’ S1 P
光的相干性
干涉必须满足一定条件,即相干条件 考虑两个单色平面光波叠加
E1 a1 exp j k1 r1 1t 1 E2 a2 exp j k2 r2 2t 2
合光强为
* I E1 E2 E1 E2 I1 I 2 2 Re E1 E2 *
随着x的增加,光程差D也增加
D r2 r1 xd D xw
不同波长条纹的相对位移随D增加也增加, 对比度随之下降 条纹中心区(x=0附近)的对比度仍然很高, 因为所有波长的零级条纹重合,相对位移为 零
工程光学试题
工 程 光 学 试 题
一、简答题(24分,每小题6分) 1、简要说明人类迄今关于光本性的认识;
2、简要说明利用普通单色点光源产生干涉现象的基本方法;
3、简要说明衍射现象及所满足的规则,并评衍射与干涉的联系和区别;
4、写出激光的主要特点。
二、(12分)
若介质折射率为真空中光速c 与介质中光速v 比值,试由惠更斯原理推导出折射定律。
三、(20分)
一个双凸薄透镜的两个球面的曲率半径均为r (其中一个球面镀有全反射膜),透镜玻璃的折射率为n 。当物放在距离透镜距离为s 时,反射像与物位于同一平面,试问:r 、n 、s 三者之间的关系怎样?
(提示:1)双凸薄透镜的焦距为r
n f 2)
1(1
1-=;2)整个成像过程可以看成一个等效反射镜实
现的,分别由三个密接镜,即:双凸薄透镜+球面镜+双凸薄透镜 进行的)
若有一直角棱镜(顶角约15o ),拟在分光计上用自准直法测量该棱镜的折射率。请画出光路示意图并说明实验原理,写出相应的测量公式及其误差传递公式。(提示:分光计上的望远镜中的叉丝及叉丝像是否重合是判断自准直光路的依据,重合则表明平行光出射后沿原方向返回)
五、(15分)
钠原子发出的黄光为等强度的双波长结构,其波长分别为λ1 和λ2,所对应的光波可分别表示
为)cos(),(1111t z k A t U ωλ-=和)cos(),(2222t z k A t U ωλ-=,(其中:112λπ=k ;222λπ=k ;1
12λπωc
=;
2
22λπ
ωc
=;c 为光速)。请说明二者的叠加所形成的合成波包络仍是一个时空周期函数,并问其
工程光学课后答案完整版_机械工业出版社_第二版_郁道银
3. 已知一个透镜把物体放大-3 透镜向物体移近 18mm 物体将被放大-4x 试求透镜的焦距,并用图解法校核之。 解:
倍投影在屏幕上,当 时,
4. 一个薄透镜对某一物体成实像, 放大率为-1x,今以另一个薄透镜紧贴在第一个 透镜上,则见像向透镜方向移动 20mm,放大率为原先的 3/4 倍,求两块透镜的 焦距为多少?
( 2)从第二面向第一面看
( 3)在水中
7 、有一平凸透镜r1=100mm,r2=,d=300mm,n=1.5,当物体在时,求高斯像的位置l’。 在第二面上刻一十字丝,问其通过球面的共轭像在何处?当入射高度 h=10mm, 实际光线的像方截距为多少?与高斯像面的距离为多少?
3
解:
8 、一球面镜半径r=-100mm,求 = 0 ,-0.1 ,-0.2 ,-1 ,1 ,5,10,∝时的 物距像距。 解:(1)
.一放大镜焦距,通光孔径 ,眼睛距放大镜为 50mm, 像距离眼睛在明视距离 250mm,渐晕系数 K=50%,试求:(1)视觉放大率; ( 2)线视场;(3)物体的位置。 解:
,数值孔径 NA=0.1,共轭距 L=180mm, 。
3 .一显微物镜的垂轴放大倍率 物镜框是孔径光阑,目镜焦距 ( ( ( ( 求显微镜的视觉放大率; 求出射光瞳直径; 求出射光瞳距离(镜目距); 斜入射照明时, ,求显微镜分辨率; ( 5) 求物镜通光孔径; 设物高 2y=6mm,渐晕系数 K=50%,求目镜的通光孔径。 解: 1) 2) 3) 4)
工程光学第10章
ϕ
a 等光 程面 h
-1 级衍射光 0级衍射光 级衍射光 镀反射膜
∆ = nh−(hcos − asinϕ) ϕ ϕ 较小时,光栅方程: 较小时,光栅方程:
∆ = (n −1)h − aϕ = mλ 优点:级次 m 很高,分辨率很高。 优点: 很高,分辨率很高。
15
3、全息光栅 、 双光束干涉法制作的透射式光栅 用双光束干涉法制作的透射式光栅 优点:制作方便,精度高,复制性好,尺寸大, 可以很小, 优点:制作方便,精度高,复制性好,尺寸大,d 可以很小, 避免了机械刻划光栅中的“罗兰鬼线” 避免了机械刻划光栅中的“罗兰鬼线”等。 激光器
L1
L2
一般情况计算极为复杂,仅能解决几种规则开孔或障碍物。 一般情况计算极为复杂,仅能解决几种规则开孔或障碍物。
3
第三节
一、装置: 装置: 二、衍射场光强分布
夫琅和费单缝衍射
I = I0 (
sin α
α
)2
a — 缝宽,ϕ — 衍射角。 缝宽, 衍射角。 I
sin ϕ
πa sin ϕ 其中: 其中: α = λ 明纹条件 条件: 明纹条件:
(k = 0, 1, 2⋯) ± ±
但各主极大的光强随级次 增高降低。 增高降低。
sin ϕ
10
11
三、重要推论和公式 1、主极大缺级现象 、 光栅主极大: 光栅主极大: d sinϕ = mλ 主极大 单缝暗纹: 单缝暗纹: 暗纹
工程光学习题参考答案第十一章光的干涉和干涉系统
⼯程光学习题参考答案第⼗⼀章光的⼲涉和⼲涉系统
第⼗⼀章光的⼲涉和⼲涉系统
1.双缝间距为1mm,离观察屏1m,⽤钠光灯做光源,它发出两种波长的单⾊光
nm 0.5891=λ和nm 6.5892=λ,问两种单⾊光的第⼗级亮条纹之间的间距是多
少?
解:由题知两种波长光的条纹间距分别为
9
6113
1589105891010D e m d λ---??===? 96
223
1589.610589.61010
D e m d λ---??===? ∴第⼗级亮纹间距()()6
5
211010589.6589100.610e e m -?=-=?-?=?
2.在杨⽒实验中,两⼩孔距离为1mm,观察屏离⼩孔的距离为50cm,当⽤⼀⽚折射率为1.58的透明薄⽚贴住其中⼀个⼩孔时(见图11-17),发现屏上的条纹系统移动了0.5场⾯,试决定试件厚度。
解:设厚度为h ,则前后光程差为()1n h ?=- ()1x d
n h D
∴-=
23
0.510100.580.5
h --??=
2
1.7210h mm -=?
3.⼀个长30mm 的充以空⽓的⽓室置于杨⽒装置中的⼀个⼩孔前,在观察屏上观察到
稳定的⼲涉条纹系。继后抽去⽓室中的空⽓,注⼊某种⽓体,发现条纹系移动了25
个条纹,已知照明光波波长nm 28.656=λ,空⽓折射率000276.10=n 。试求注⼊⽓室内⽓体的折射率。
解:设⽓体折射率为n ,则光程差改变
()0n n h ?=-
图11-47 习题2 图
()02525x d d
n n h e D D
λ??∴-=
=?= 9
025656.2810 1.000276 1.0008230.03
工程光学课后答案完整版_机械工业出版社_第二版_郁道银
第一章习题
1 、已知真空中的光速c =3 m/s ,求光在水(n=1.333)、冕牌玻璃(n=1.51)、 火石玻璃(n=1.65)、加拿大树胶( n=1.526)、金刚石(n=2.417)等介质中的
光速。 解:
则当光在水中,n=1.333 时,v=2.25 m/s, 当光在冕牌玻璃中,n=1.51 时,v=1.99 m/s, 当光在火石玻璃中,n =1.65 时,v=1.82 m/s , 当光在加拿大树胶中,n=1.526 时,v=1.97 m/s , 当光在金刚石中,n=2.417 时,v=1.24 m/s 。
2 、一物体经针孔相机在 屏上成一 60mm 大小的像,若将屏拉远 50mm ,则像的 大小变为 70mm,求屏到针孔的初始距离。
解:在同种均匀介质空间中光线直线传播,如果选定经过节点的光线则方向不 变,令屏到针孔的初始距离为 x ,则可以根据三角形相似得出:
所以 x=300mm
即屏到针孔的初始距离为 300mm 。
3 、一厚度为200mm 的平行平板玻璃(设 n=1.5),下面放一直径为 1mm 的金 属片。若在玻璃板上盖一圆形纸片,要求在玻璃板上方任何方向上都看不到
该金
属片,问纸片最小直径应为多少?
解:令纸片最小半径为 x,
则根据全反射原理,光束由玻璃射向空气中时满足入射角度大于或等于全反 射临界角时均会发生全反射,而这里正是由于这个原因导致在玻璃板上方看不到 金属片。而全反射临界角求取方法为:
(1)
其中 n
2=1, n1=1.5, 同时根据几何关系,利用平板厚度和纸片以及金属片的半径得到全反射临界 角的计算方法为:
工程光学期末复习题(含答案)
简答题、填空题:
1、光线的含义是什么?波面的含义是什么?二者的关系是什么?
光线:发光点发出光抽象为许许多多携带能量并带有方向的几何线。
波面:发光点发出的光波向四周传播时,某一时刻起振动位相相同的点所构成的等相位面。
二者关系:波面法线即为光线。
2、什么是实像?什么是虚像?如何获得虚像?
实像:实际光线相交所会聚成的点的所组成的像。
虚像:光线的延长线相交所形成的点所组成的像。
如何获得虚像:光线延长线所形成的同心光束。
3、理想光学系统几对基点?分别是什么?
2对。像方焦点(F’),像方主点(H’),物方焦点(F),物方主点(H)。
4、什么是孔径光阑?什么是入瞳?什么是出瞳?孔径光阑与入瞳、出瞳之间有什么系?
孔径光阑:限制进入光学系统的成像光束口径的光阑称为孔径光阑。
入瞳:孔径光阑在透镜后,经前面光学系统所成的像,称为入瞳。
出瞳:孔径光阑在透镜前,经后面光学系统所成的像,称为出瞳。
关系:入瞳、出瞳和孔径光阑对整个系统是共轭的,经过入瞳的光线必经过孔径光阑、也经过出瞳。
5、光学系统的景深是什么含义?
能够在像面上获得清晰像的物空间深度,就是系统的景深。
6、发生干涉的条件是什么?发生干涉的最佳光源是什么类型的光源?
两列光波的频率相同,相位差恒定,振动方向一致的相干光源。
7、近场衍射和远场衍射的区别是什么?
近场衍射:光源和衍射场或二者之一到衍射屏的距离比较小时的衍射。
远场衍射:光源和衍射场都在衍射屏无限远处的衍射。
8、什么是光学系统的分辨率?人眼的极限分辨率是多少?
极限分辨角为60``(=1`)
9、完善像和理想光学系统的含义分别是什么?
工程光学习题解答第十章_光的干涉
第^一章光的干涉
1. 双缝 间距为1mm 离观察屏 1m,用钠 光灯做光 源,它 发出两种 波长的单色 光
「=589.Onm 和 ^589.6nm ,问两种单色光的第十级亮条纹之间的间距是多 少?
解:由题知两种波长光的条纹间距分别为 •••第十级亮纹间距.:-10 e 2 V-10 589.6-589 106 =0.6 10‘m
2.
在杨氏实验中,两小孔距离为 1mm 观察屏离小孔的距
离为 50cm,当用一片折射率为
1.58的透明薄片贴住其中一个小孔时(见图 11-17 ),发现屏上的条纹系统移动了
0.5场面,试决定试件厚度。 入气室内气体的折射率。
解:设气体折射率为 n ,则光程差改变 厶=n-n 0 h
4. ** 垂直入射的平面波通过折射率为题2n 的玻璃板,投射光经投射会聚到焦点上。玻 璃板的厚
度沿着C 点且垂直于图面(见图11-18 )的直线发生光波波长量级的突变 d ,
问d 为多少时,焦点光强是玻璃板无突变时光强的一半。 解:无突变时焦点光强为"4l 0,j 突变时为 论10,设d',D.
解:设厚度为h ,则刖后光程差为
一个长30mm 的充以空气的气室置于杨氏装 定的干涉条纹系。继后抽去气室中的 气,注入某种气体,发现条纹系移动了
x 在观察屏上观察到稳
25 纭
=656.28nm ,空气折射率 ——D ----------------------------------
P 0
n 0 =1.000276。试求注
又:厶二 n —1)d
若光波的波长为九,波长宽度为 ■,相应的频率和频率宽度记为 > 和,证明
工程光学答案_课后答案_郁道银_第二版_完整
则当光在水中,n=1.333 时,v=2.25 m/s, 当光在冕牌玻璃中,n=1.51 时,v=1.99 m/s, 当光在火石玻璃中,n=1.65 时,v=1.82 m/s, 当光在加拿大树胶中,n=1.526 时,v=1.97 m/s, 当光在金刚石中,n=2.417 时,v=1.24 m/s。 2、一物体经针孔相机在 屏上成一 60mm 大小的像,若将屏拉远 50mm,则像的 大小变为 70mm,求屏到针孔的初始距离。 解: 在同种均匀介质空间中光线直线传播, 如果选定经过节点的光线则方向不 变,令屏到针孔的初始距离为 x,则可以根据三角形相似得出:
10.长 60 mm,折射率为 1.5 的玻璃棒,在其两端磨成曲率半径为 10 mm 的凸 球面,试求其焦距。 解:
11.一束平行光垂直入射到平凸透镜上,会聚于透镜后 480 mm 处,如在此透镜 凸面上镀银,则平行光会聚于透镜前 80 mm 处,求透镜折射率和凸面曲率半径。 解 :
8
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大小为: 故第一透镜为孔阑,其直径为 4 厘米.它同时为入瞳. 2.设照相物镜的焦距等于 75mm,底片尺寸为 55 大视场角等于多少? 解: 55 ,求该照相物镜的最
工程光学习题(1)
一、填空题
1.用于制作光学零件的透射材料分为 、 、 。 2.一学生带500度近视眼镜,则该近视镜的焦距为 ,该学生裸眼所能看清的最远距离为 。
3.唯一能成完善像的最简单的光学元件是 。
4.一个右手坐标系的虚物,经一个屋脊棱镜的屋脊反射后,成 坐标系的 像。 5.光波的相干条件为 、 、 。
6.光的干涉现象是光的 的重要特征。 实验证明了光可以发生干涉。
7.影响干涉条纹可见度的主要因素是两相干光束的 、 、 。 8.摄影物镜的三个重要参数分别为 、 、 。 9.摄影物镜的类型主要分为普通摄影物镜、 、 、 和变焦距物镜等。
10.显微镜的照明方法有 、 、 、 。 11.摄影系统由 和 组成。
12.波的叠加原理可以表述为:几个波在相遇点产生的合振动是各个波单独在该点产生振动的 。波的叠加原理表面了光波传播的 。
13.几何光学的四个基本定律分别为 、 、 、 。 14.反射棱镜的种类繁多,形状各异,大体上可分为 、 、 、 。
15.视场光阑经其前面的光学系统所成的像称为 ,视场光阑经其后面的光学系统所成的像称为 。
16.在理想光学系统中,除了垂轴放大率外,还有 和 两种放大率。
17.产生干涉的光波称为 ,其相应的光源称为 。 18.等厚干涉型的干涉系统称为斐索干涉仪,按测量对象分为 、 。 19.时间相干性好的同义语有 、 、 。 20.孔径光阑经其前面的光学系统所成的像称为 ,孔径光阑经其后面的光学系统所成的像称为 。 二、作图题
1.求AB 的像B A ''。图中C 为球面反射镜的曲率中心。
工程光学习题答案(附试题样本)
第一章习题
1、已知真空中的光速c=3 m/s,求光在水(n=1.333)、冕牌玻璃(n=1.51)、火石玻璃(n=1.65)、加拿大树胶(n=1.526)、金刚石(n=2.417)等介质中的光速。
解:
则当光在水中,n=1.333时,v=2.25 m/s,
当光在冕牌玻璃中,n=1.51时,v=1.99 m/s,
当光在火石玻璃中,n=1.65时,v=1.82 m/s,
当光在加拿大树胶中,n=1.526时,v=1.97 m/s,
当光在金刚石中,n=2.417时,v=1.24 m/s。
2、一物体经针孔相机在屏上成一60mm大小的像,若将屏拉远50mm,则像的大小变为70mm,求屏到针孔的初始距离。
解:在同种均匀介质空间中光线直线传播,如果选定经过节点的光线则方向不变,令屏到针孔的初始距离为x,则可以根据三角形相似得出:
所以x=300mm
即屏到针孔的初始距离为300mm。
3、一厚度为200mm的平行平板玻璃(设n=1.5),下面放一直径为1mm的金属片。若在玻璃板上盖一圆形纸片,要求在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属片,问纸片最小直径应为多少?
解:令纸片最小半径为x,
则根据全反射原理,光束由玻璃射向空气中时满足入射角度大于或等于全反射临界角时均会发生全反射,而这里正是由于这个原因导致在玻璃板上方看不到金属片。而全反射临界角求取方法为:
(1)
其中n2=1, n1=1.5,
同时根据几何关系,利用平板厚度和纸片以及金属片的半径得到全反射临界角的计算方法为:
(2)
联立(1)式和(2)式可以求出纸片最小直径x=179.385mm,所以纸片最小直径为358.77mm。
工程光学习题解答第十章_光干涉
第十一章 光的干涉
1. 双缝间距为1mm,离观察屏1m,用钠光灯做光源,它发出两种波长的单色光
nm 0.5891=λ和nm 6.5892=λ,问两种单色光的第十级亮条纹之间的间距是多
少?
解:由题知两种波长光的条纹间距分别为
9
6113
1589105891010D e m d λ---⨯⨯===⨯ 96
223
1589.610589.61010
D e m d λ---⨯⨯===⨯ ∴第十级亮纹间距()()6
5
211010589.6589100.610e e m -∆=-=⨯-⨯=⨯
2. 在杨氏实验中,两小孔距离为1mm,观察屏离小孔的距离为50cm,当用一片折射率为1.58的透明薄片贴住其中一个小孔时(见图11-17),发现屏上的条纹系统移动了0.5场面,试决定试件厚度。
解:设厚度为h ,则前后光程差为()1n h ∆=- ()1x d
n h D
∆⋅∴-=
23
0.510100.580.5
h --⨯⨯=
2
1.7210h mm -=⨯
3. 一个长30mm 的充以空气的气室置于杨氏装置中的一个小孔前,在观察屏上观察到稳
定的干涉条纹系。继后抽去气室中的空气,注入某种气体,发现条纹系移动了25
个条纹,已知照明光波波长nm 28.656=λ,空气折射率000276.10=n 。试求注入气室内气体的折射率。
解:设气体折射率为n ,则光程差改变()0n n h ∆=- D
P
x
S 2
S 1
R 1 R 2
h
P 0
图11-47 习题2 图
()02525x d d
n n h e D D
λ∆⋅∴-=
=⋅= 9
025656.2810 1.000276 1.0008230.03
工程光学习题
2.12 有一薄透镜组,由焦距为-300mm 的负透镜和焦距为200mm 的正透镜组成,两透镜相距100mm ,置于空气中,求该透镜组的组合焦距和组合基点位置。 解:121212
300200
300200f f f f f mm d f f ''''-⨯'=-
=-=-=∆'-+ 焦点和主点位置:1(1)400F d
l f mm f ''=-
='
2
(1)150F d
l f mm f =+
=- 100H F l l f mm '''=-=
150H F l l f mm =-=
2.17 若有一透镜位于空气中,r 1= 100mm ,d= 8mm ,n = 1.5,若有一物体的物距l =-200mm ,经该透镜成像后的像距l ′= 50mm ,求第二面的曲率半径r 2。若物高y = 20mm ,求像高。 解:由成像公式
111
l l f -=''
,可得 40f mm '= 又()(
)12
21(1)1nrr f n n r r n d '=
--+-⎡⎤⎣⎦
故可得 225r mm =- 由于 l y l y
β''
=
=,所以5y mm '=- 3.2一眼睛,其远点距r = 2m ,近点距p =-2m 。问: (1)该眼镜有何缺陷? (2)该眼睛的调节范围为多大? (3)矫正眼镜的焦距为多大?
(4)配戴该眼镜后,远点距和近点距分别为多大?
解:(1)远点r = 2m ,只有入射会聚光束,且光束的会聚点距离眼睛后2m 才能在视网膜上形成一个清晰的像点,故此眼睛为远视眼
(2)调节范围:11
1A R P D r p
工程光学考试题及答案高中
工程光学考试题及答案高中
一、选择题
1. 光学成像的基本条件是什么?
A. 物体必须在焦点以内
B. 物体必须在焦点以外
C. 物体必须在焦点上
D. 物体必须在焦距以内
答案:B
2. 凸透镜成像的规律是什么?
A. 物远像近像变小
B. 物近像远像变大
C. 物远像远像变大
D. 物近像近像变小
答案:B
3. 以下哪种情况不属于光的折射现象?
A. 光从空气进入水中
B. 光从水中进入空气中
C. 光从玻璃进入空气中
D. 光从空气直接传播
答案:D
4. 光的三原色是什么?
A. 红、绿、蓝
B. 红、黄、蓝
C. 红、橙、绿
D. 蓝、绿、紫
答案:A
5. 以下哪种光学仪器是利用光的反射原理制成的?
A. 望远镜
B. 放大镜
C. 显微镜
D. 潜望镜
答案:D
二、填空题
6. 凸透镜的焦距越短,其成像能力越________。
答案:强
7. 当物体位于凸透镜的焦点上时,成像情况是________。
答案:不成像
8. 光的折射定律中,入射角和折射角的关系是________。
答案:入射角越大,折射角越大
9. 光的干涉现象是指两个或两个以上的________相互叠加的现象。
答案:光波
10. 光的衍射现象是指光绕过障碍物继续传播的现象,这种现象说明
了光具有________。
答案:波动性
三、简答题
11. 请简述光的干涉条件。
答案:光的干涉条件包括:光波的频率相同、光波的相位差恒定、光波的振动方向相同。
12. 什么是全反射现象?请简述其产生条件。
答案:全反射现象是指当光从光密介质射向光疏介质,且入射角
大于临界角时,光将完全反射回光密介质中。产生全反射的条件包括:光从光密介质进入光疏介质,入射角大于临界角。
10工程光学讲稿(干涉)
d d I 2 I 0 [1 cos ( x' x )]dx' b 2 l D s in b / 2 d 2 I 0b 2 I 0 cos( x) / D sinb / 2 d 2 I 0 b[1 cos( x )] b / D
(1)z=0
在近轴区,为等间距 分布的直线状条纹。
(2)x=0
是一组半径不等的同 心圆,内疏,外密。 (3)干涉屏为于s1s2连线有夹角的方向 图样为不等距的弯曲条纹。
例题1
S1
r1
·
p
S2
n
r2
d
插入云母前的光程差: 1 r2 r1 2 r2 d dn r1 ( n 1)d ① ② 插入云母后的光程差:
I I 1 I 2 I 12 E1 E 2 I 1 I 2 A1 A2 cos cos
[( k1 k 2 )r ( 1 2 ) (1 2 )t ]
干涉项I12与两个光波的振动方向(A1,A2)和位相δ有关。 干涉的必要条件:
I I 1 I 2 2 I 1 I 2 cos 2 I1 I 2 ( I 1 I 2 )(1 cos ) I1 I 2 ( I 1 I 2 )(1 K cos )
I平均
一、振幅比对条纹可见度的影响:
工程光学基础教程_习题参考答案
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第一章光学基本知识与技术
1.1 什么是光学?光学在人类生活中有哪些应用?答:光学是研究光的行为和性质的物理学科。它涉及到光的产生、传播、变换、干涉、衍射、偏振以及光在介质中的行为等问题。光学在人类生活中有着广泛的应用,如眼镜、镜头、显示器、照明、医疗器械、天文望远镜等。
1.2 光的波动性是如何描述的?答:光的波动性是指光是一种电磁波,具有振幅、频率、波长等特征。它可以在空间中传播,并且可以表现出干涉、衍射等波动性质。光的波动性可以通过波长、频率、振幅等参数进行描述。
1.3 什么是光的干涉?举例说明其应用。答:光的干涉是指两列或两列以上的光波在空间中叠加时,由于光波的叠加产生明暗相间的干涉条纹的现象。光的干涉在很多领域都有应用,例如光学干涉仪、双缝干涉实验、全息照相、光学通信等。
1.4 什么是光的衍射?举例说明其应用。答:光的衍射是指光在遇到障碍物或孔径时,会绕过障碍物或孔径边缘,产生明暗相间的衍射图案的现象。光的衍射在很多领域也有应用,例如光学透镜、衍射光学器件、全息照相、光学存储等。
1.5 什么是光的偏振?举例说明其应用。答:光的偏振是指光波的电矢量在振动时,只在某个方向上振动,而在其他方向上振动为零的现象。光的偏振在很多领域也有应用,例如偏振眼镜、偏振片、偏振光学器件等。
第二章光学透镜与成像
2.1 什么是透镜?列举几种常见的透镜及其特点。答:透镜是一种光学器件,它由一块透明材料制成,可以聚焦或发散光线。常见的透镜包括凸透镜、凹透镜、平凸透镜、平凹透镜等。
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第十一章 光的干涉
1. 双缝间距为1mm,离观察屏1m,用钠光灯做光源,它发出两种波长的单色光
nm 0.5891=λ和nm 6.5892=λ,问两种单色光的第十级亮条纹之间的间距是多
少?
解:由题知两种波长光的条纹间距分别为
∴第十级亮纹间距()()65211010589.6589100.610e e m -∆=-=⨯-⨯=⨯
2. 在杨氏实验中,两小孔距离为1mm,观察屏离小孔的距离为50cm,当用一片折射率为
1.58的透明薄片贴住其中一个小孔时(见图11-17),发现屏上的条纹系统移动了0.5场面,试决定试件厚度。
解:设厚度为h 3. 一个长30mm 定的干涉条纹系。继后抽去气室中的空气,注入某种气体,发现条纹系移动了25
解:设气体折射率为n ,则光程差改变0n n h ∆=-
4. ** 垂直入射的平面波通过折射率为n 的玻璃板,投射光经投射会聚到焦点上。玻
璃板的厚度沿着C 点且垂直于图面(见图11-18)的直线发生光波波长量级的突变d ,问d 为多少时,焦点光强是玻璃板无突变时光强的一半。
解:无突变时焦点光强为04I ,有突变时为02I ,设',.d D 又
()1n d ∆=-
5. 若光波的波长为λ,波长宽度为λ∆,相应的频率和频率宽度记为ν和ν∆,证明
λλ
ν
ν
∆=
∆,对于nm 8.632=λ的氦氖激光,波长宽度nm 8
102-⨯=∆λ,求频率宽度和相干长度。 解:
c λν= λ
ν
λ
ν
∆∆∴
=
对于632.8c
nm λνλ
=⇒=
6. 直径为0.1mm 的一段钨丝用作杨氏实验的光源,为使横向相干宽度大于1mm ,双孔
必须与灯相距离多少? 解:设钨灯波长为λ,则干涉孔径角bc
λ
β=
又∵横向相干宽度为1d mm =
图11-47 习题2 图 C
图11-18
∴孔、灯相距
0.182d
d bc
l m
β
λ
⋅=
=
= 取550nm λ=
7. 在等倾干涉实验中,若照明光波的波长nm 600=λ,平板的厚度mm h 2=,折射
率5.1=n ,其下表面涂上某种高折射率介质(5.1>H n ),问(1)在反射光方向观察到的圆条纹中心是暗还是亮?(2)由中心向外计算,第10个亮纹的半径是多少?(观察望远镜物镜的焦距为20cm )(3)第10个亮环处的条纹间距是多少? 解:(1)
0H n n n <<,∴光在两板反射时均产生半波损失,对应的光程差为
∴中心条纹的干涉级数为
为整数,所以中心为一亮纹
(2)由中心向外,第N 个亮纹的角半径为N θ=
半径为10100.06720013.4r f mm mm θ=⋅=⨯= (3)第十个亮纹处的条纹角间距为 ∴间距为10100.67r f mm θ∆=⋅∆=
8. 用氦氖激光照明迈克尔逊干涉仪,通过望远镜看到视场内有20个暗环且中心是暗
斑。然后移动反射镜1M ,看到环条纹收缩,并且一一在中心消失了20环,此刻视场内只有10个暗环,试求(1)1M 移动前中心暗斑的干涉级次(设干涉仪分光板1G 不镀膜);(2)1M 移动后第5个暗环的角半径。
解:(1)设移动前暗斑的干涉级次为0m ,则移动后中心级次为020m -
移动前边缘暗纹级次为020m -,对应角半径为1θ=
移动后边缘暗纹级次为030m -,对应角半径2θ= 又∵()1210 (22)
N h h h λ
λ∆=-== (条纹收缩,h 变小) ∴1022
h m λ
λλ+
=
(2)移动后 252cos '2
h m λ
θλ+
=
∴角半径541.40.72rad θ=︒=
9. 在等倾干涉实验中,若平板的厚度和折射率分别是h=3mm 和n=1.5,望远镜的视场角
为0
6,光的波长,450nm =λ问通过望远镜能够看到几个亮纹? 解:设有N 个亮纹,中心级次
最大角半径0.0524θ=
∴可看到12条亮纹
10. 用等厚干涉条纹测量玻璃楔板的楔角时,在长达5cm 的范围内共有15个亮纹,玻璃
楔板的折射率n=1.52,所用光波波长,600nm =λ求楔角。
解:9
560010 5.9100.05
22 1.5215
rad ne λ
α--⨯=
=⨯⨯⨯ 11. 土11-50所示的装置产生的等厚干涉条纹称牛顿环。证明λ
N r R 2
=,N 和r 分别表
示第N 个暗纹和对应的暗纹半径。λ为照明光波波长,R 为球面 曲率半径。
证明:在O
N 暗斑半径为N r ,由图
12. 试观察点的光程差∆δ必须
小于4
λ
p θ=
'1
n h
n λ,其中h 是板内外折射率。
2θ,设中心点0s 发出的光线在两表面反射
交于P ,则P 点光程差为12nh ∆=(h 为对应厚度),若板极薄时,由1s 发出的光以角1θ入射也交于P 点附近,光程差222cos nh θ∆=(2θ为折射角) 由干涉条纹许可清晰度条件,对于10,s s 在P 点光程差小于4
λ ∴许可角度12θ≤
证毕。
13. 在图11-51中,长度为10cm 的柱面透镜一端与平面玻璃相接触。另一端与平面玻璃
相间隔0.1mm ,透镜的曲率半径为1m 。问:(1)在单色光垂直照射下看到的条纹形状怎样?(2)在透镜长度方向及于之垂直的方向上,由接触点向外计算,第N 个暗条纹到接触点的距离是多少?设照明广博波长nm 500=λ。
h
图11-50 习题12图