应用光学简答题
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。
应用光学习题解答13年
、填空题1、光学系统中物和像具有共轭关系的原因是。
2、发生全反射的条件是3、光学系统的三种放大率是、、,当物像空间的介质的折射率给定后,对于一对给定的共轭面,可提出种放大率的要求。
4、理想光学系统中,与像方焦点共轭的物点是。
5、物镜和目镜焦距分别为f物' 2mm 和 f目' 25mm的显微镜,光学筒长△ = 4mm,则该显微镜的视放大率为,物镜的垂轴放大率为,目镜的视放大率为。
6、某物点发出的光经理想光学系统后对应的最后出射光束是会聚同心光束,则该物点所成的是(填“实”或“虚” )像。
7、人眼的调节包含调节和调节。
8、复杂光学系统中设置场镜的目的是9、要使公共垂面内的光线方向改变60 度,则双平面镜夹角应为度。
10、近轴条件下,折射率为1.4 的厚为14mm的平行玻璃板,其等效空气层厚度为mm。
11、设计反射棱镜时,应使其展开后玻璃板的两个表面平行,目的12、有效地提高显微镜分辨率的途径是。
13、近轴情况下,在空气中看到水中鱼的表观深度要比实际深度。
一、填空题1、光路是可逆的2、光从光密媒质射向光疏媒质,且入射角大于临界角I0,其中,sinI0=n2/n13、垂轴放大率;角放大率;轴向放大率;一4、轴上无穷远的物点5、-20;-2;106、实7、视度瞳孔8、在不影响系统光学特性的的情况下改变成像光束的位置,使后面系统的通光口径不致过大。
9、3010、1011、保持系统的共轴性12、提高数值孔径和减小波长13、小二、简答题1、什么是共轴光学系统、光学系统物空间、像空间?答:光学系统以一条公共轴线通过系统各表面的曲率中心,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。
2、如何确定光学系统的视场光阑?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,孔径对入瞳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阑。
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。
应用光学考研试题及答案
应用光学考研试题及答案一、单项选择题(每题2分,共10分)1. 下列哪种情况不属于干涉现象?A. 薄膜干涉B. 单缝衍射C. 双缝干涉D. 多普勒效应2. 激光的三个主要特性不包括以下哪一项?A. 单色性B. 相干性C. 方向性D. 发散性3. 在光纤通信中,信号传输的介质通常是:A. 空气B. 真空C. 石英玻璃D. 水4. 下列关于光的偏振现象,错误的是:A. 只有横波才能发生偏振B. 偏振片可以让自然光变成偏振光C. 偏振光通过偏振片后,光的强度会发生变化D. 偏振光的振动方向与偏振片的透振方向垂直时,透射光强度为零5. 在迈克尔逊干涉仪中,哪部分的移动会产生干涉条纹?A. 分光镜B. 反射镜C. 光源D. 观察屏二、简答题(每题10分,共20分)1. 简述全息照相的原理及其特点。
2. 解释光纤通信中的模式色散现象,并说明其对信号传输的影响。
三、计算题(每题15分,共30分)1. 一个凸透镜的焦距为20cm,物体距离透镜30cm。
求像的位置和大小。
2. 在光纤通信中,已知光纤的数值孔径为0.2,光纤的折射率为 1.5,求光纤接受光的锥角。
四、论述题(共40分)1. 论述光学薄膜在现代光学系统中的重要作用及其应用实例。
(20分)2. 分析激光冷却技术的原理及其在科学研究中的应用。
(20分)答案:一、单项选择题1. D2. D3. C4. D5. B二、简答题1. 全息照相是一种利用激光记录物体的三维图像的技术。
其原理基于光的干涉现象,通过记录物体发射或反射的光波的干涉图样,再利用参考光波与物体光波的干涉图样重合,形成全息图。
全息照相的特点包括能够记录物体的三维信息,具有真实感和立体感,以及可以进行无损检测等。
2. 模式色散是指在多模光纤中,由于不同模式的光在光纤中传播的速度不同,导致信号到达接收端的时间不同,从而引起的信号失真。
模式色散对信号传输的影响主要表现在限制了光纤的传输带宽和传输距离,降低了信号的传输质量。
光学部分问答题及答案
光学部分问答题及答案1.将一根直的竹筷插入水中,你看到筷子是直的吗?解释你看到的现象答:不是直的,在水中的部分看起来向上弯折.这是因为从筷子反射的光射向空气中,在水面处发生折射,折射角大于入射角,眼睛逆着折射光线看去,觉得好像是从水中筷子上方的某一点射来的,所以看起来筷子向上弯折.2.如何用较简单的办法粗略地测量一个凸透镜的焦距?答:(1)在阳光下固定一凸透镜,让阳光垂直照射凸透镜;(2)在凸透镜后面放一白纸,前后移动白纸,直到在白纸上得到一个最小的亮点为止固定白纸位置;(3)用刻度尺测出凸透镜和白纸的距离即是凸透镜的焦距.3.有一杯水,水底放一个小石头,小光同学想要用激光笔照亮石头,他应该:A:用笔照所看到的石头B:用笔照看到的石头的上方C:用笔照所看到石头的下方D:以上都照不到4.潜水运动员在水中看到岸上的景物要比实际的景物高些还是矮些呢?为什么?答:高些,这是因为光的折射,岸上的景物反射的光右空气进入水面时发生折射后才进入潜水员的眼中,看起来就觉得这些光线好像是从折射后的光线的反向延长线的交点射来的,所以在水中看岸上的景物要比实际的高些。
5.在太阳光的照射下,地面上的物体总会留下影子,为什么?答:光具有沿直线传播的特性,在传播中遇到不透明的物体时,光被物体挡住,于是便产生了阴暗区域,就是影子6.实像和虚像都可以在光屏上显示出来吗?为什么?答:实像在屏上可以显示出来,因为像上各点都是从物体传播出的光线的交点。
虚像在屏上不能显示,因为它不是实际光线会聚而成的。
7.在一光源前放一凸透镜,怎样放置在凸透镜前会出现平行光?答:使光源处于凸透镜的焦点处。
8、看电影时,不知你是否想过为什么电影银幕往往都是用粗糙的白布做呢?如改用大平面镜情况怎样呢?答:光照到粗糙的白布上时,会发生漫反射,坐在电影院内任何角度的人都能看到屏幕上的图像。
如果改用平面镜将会发生镜面反射,只有某个位置的人能看到非常强的光,看到到图像。
光学简答题——精选推荐
1近视镜为什么用凹透镜?而远视镜为什么用凸透镜?2矫正近视眼的近视镜为什么要用凹透镜?3小华家有四付眼镜:小明的近视眼镜、妈妈的平光眼镜、爸爸的老花眼镜和奶奶度数更深的老花眼镜。
镜片看起来都差不多,镜框也完全一样。
怎样区分哪一付是谁的?4小明想替爷爷买一副老花镜,约了几位同学到眼镜店去选购。
他看中一副样式新颖的眼镜,但不知道是老花镜还是近视眼镜,请你为小明提出一个既不伤害眼镜镜片,又能最简便最快的正确判断的方法,并简要说明你的理由。
5小明同学用镜头焦距为6 cm的普通照相机给小芳同学照相,按快门时不小心将中指的指尖触摸到镜头的一小部分.这张照片上能不能有小明同学指尖清晰的像?并说明理由.6在做“研究凸透镜成像规律”的实验中,某同学先把凸透镜固定在光具座上,然后将光屏和点燃的蜡烛分别放置在凸透镜两侧,如果它在光具座上无论怎样左右移动光屏,在光屏上都不能呈现烛焰的像则可能有几种原因?7把一支点燃的蜡烛立于凸透镜的一侧,在另一侧屏上可以得到烛焰的像,如果用黑纸遮住凸透镜的下半部,屏上还能得到烛焰的像吗?8为了防止森林火灾,在森林里不允许随地丢弃透明的装液体的饮料瓶,这是为什么?9有一透镜,不知是凸透镜还是凹透镜,你能至少用两种方法简单加以鉴别吗?请写出两种可以比较方便地估测一个凸透镜焦距的方法。
10 如何判断一个透镜是凹透镜还是凸透镜?简要写出判断方法。
11在做“探究平面镜成像特点”的实验中,(1)选用的器材有:玻璃板、两根相同的蜡烛、、(2)此实验不用平面镜而是用玻璃板,原因是:(3)实验时,我们在桌面上竖立一块玻璃板,把一支点燃的蜡烛放在玻璃板前面,可以看到玻璃板后面有烛焰的像。
要想研究平面镜成像的特点,关键是设法确定像的位置。
仔细想想,实验时具体的做法是这样我们就可以确定像的位置了。
(4)移去蜡烛B,并在其所在位置上放一光屏,则光屏上(选填“能或不能”)接收到烛焰的像。
这说明平面镜成的像是像。
(5)请归纳平面镜的成像特点(至少要写出2个特点)。
应用光学简答题
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,该比值为一常数,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、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:光线在各向同性的均匀介质中传播时,始终保持着与波面的正交性;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:光束一致(入射、出射光束均为同心光束);波面一致(入射、出射波面均为球面波);物、像点间任意光路的光程相等。
3、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)。
4、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,不在是同心光束,不同入射高度(h )的光线将于光轴于不同的位置,相对近轴像点(理想像点)有不同程度的偏离,这种偏离称轴向球差。
应用光学习题解答13年
远视眼。近视眼是将其近点校正到明视距离,可以用负透镜进行校正;远视眼 是将其远点校正到无限远,可以用正透镜进行校正。 12、显微镜的分辨率跟哪些参数有关?采取什么途径可以提高显微镜的分辨 率? 答:显微镜的分辨率为 0.61 。可见其分辨率与波长和物镜数值孔径有关。
题答案不唯一
(3 分)
三、计算题
1、光束投射到一水槽中,光束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(P1、P2)返回到入射介质的光线是平行的。
证明定律可得:
n sin i1 n'sin r1
(2 分)
n i1 i1’ P1
i3 P2
d f1' f2 d f1' f2 ' 50mm 50mm 100 mm 100 mm
求系统焦点位置:
xF
F1F
f1 f1'
f1' f1' 50mm 50mm 25mm
100mm
xF '
F2 ' F '
f2 f2'
f2'
f2'
100mm 100mm
100mm
根据高斯公式 1 '
1
1 f'
得
'1 183 .3mm, '2 225mm
像的长短
' 2
' 1
41.7mm
(2)
200mm,
y
40mm
根据高斯公式
1 '
1
1 f'
得
' 200mm
应用光学习题及答案_百度文库
考试试题纸(A卷)课程名称题号题分备注:学生不得在试题纸上答题(含填空题、选择题等客观题应用光学四五六七专业班级八九十总分一二三一、选择题(每题1分,共5分)1.发生全反射现象的必要前提是:A)光线由光疏介质到光密介质传播B)光线由光密介质到光疏介质传播C)光线在均匀介质中传播D)以上情况都可能产生2.周视照相机可以拍摄大视场景物,其利用的:A)节点的性质B)主点的性质C)焦点的性质D)以上答案都正确3.在望远镜的视度调节中,为适应近视人群,应采取的是:A)使物镜远离目镜B)使目镜远离物镜C)使目镜靠近物镜D)应同时调节物镜和目镜4.棱镜系统中加入屋脊面,其作用是:A改变光轴的方向B)改变主截面内像的方向C)改变垂轴于主截面方向上像的方向D)以上都正确5.光学系统中场镜的作用是:A)改变成像光束的位置B)减小目镜的尺寸C)不改变像的成像性质D)以上都正确二、填空题(每题2分,共10分)1.显微镜中的光学筒长指的是(2.光学系统中像方顶截距是(3.用波像差评价系统成像质量的瑞利准则是(4.望远系统中物镜的相对孔径是(5.棱镜的转动定理是(三、简答题(共20分)1.什么叫孔径光阑?它和入瞳和出瞳的关系是什么?(4分)2.什么叫视场光阑?它和入窗和出窗的关系是什么?(4分)3.几何像差主要包括哪几种?(4分)4.什么叫远心光路?其光路特点是什么?(4分)5.照相机中F数是什么意思?光圈指的是什么?(4分))))))四、分析作图题(共25分)1.已知正光组的F和F’,求轴上点A的像,要求用五种方法。
(8分)2.已知透镜的焦距公式为f'=nr1n−1n−1,l'H=−f'd,lH=−f'd,nrnr⎡⎤rd12(n−1)⎢n(1−1)+(n−1)⎥r2r2⎦⎣分析双凹透镜的基点位置,并画出FFL、BFL和EFL的位置。
(9分)3.判断下列系统的成像方向,并画出光路走向(8分)(a)五、计算题(共35分)(b)1.由已知f1′=50mm,f2′=−150mm的两个薄透镜组成的光学系统,对一实物成一放大4倍的实像,并且第一透镜的放大率β1=−2,试求:1.两透镜的间隔;2.物像之间的距离;3.保持物面位置不变,移动第一透镜至何处时,仍能在原像面位置得到物体的清晰像?与此相应的垂铀放大率为多大?(15分)2.已知一光学系统由三个零件组成,透镜1:f1′=−f1=100,口径D1=40;透镜2:f2′=−f2=120,口径D2=30,它和透镜1之间的距离为d1=20;光阑3口径为20mm,它和透镜2之间的距离d2=30。
最新初级中学物理光学简答题
1初中物理光现象简答题21.雨后的晚上,天刚放晴,地面上虽已干,但仍有不少积水,为了不踩到地3上的积水,你该怎么办?4答:地面上积水处,平静的水面相当于一个平面镜,月光在积水处发生镜面5反射,迎着月光走时,人刚好处在镜面反射的反射光线的传播方向上,积水反6射光强,看上去比较亮,地面较暗应该走暗处。
背着月光走,人不在镜面反射7的反射光的传播方向上,看上去积水处是暗的,应该走明处。
82.晚上,在桌上铺一张白纸,把一小平面镜平放在纸上,让手电筒的光正对9着平面镜照射,从侧面看去,白纸被照亮,而平面镜却比较暗,试解释为什么?10答:手电筒发出的光照射到平面镜上发生镜面反射,反射光线几乎与入11射光线平行,集中的向上射出,人在旁边观察时,镜面反射的光几乎不能12射入人的眼睛,因此人看到镜面是暗的。
而手电筒发出的光照射到白纸上13发生漫反射,反射光线散乱的射向各个方向,人在旁边观察时,漫反射的14光能够射入人的眼睛,因此人看到白纸被照亮了。
153.简述日食的形成原因(可画图帮助说明)16答:太阳、地球和月球运动到一条直线上,且月球在中间。
由于光在同种均17匀介质中沿直线传播。
太阳发出的光有一部分会被月球挡住,在月球的后面形18成了长长的影子。
当地球处在月球的影中时,地面上的人就会看不到太阳,从19而形成日食现象。
204.什么白天看大楼有时感到关闭的窗户明亮刺眼,而通过打开的窗户看房间21里却是黑洞洞?22答:当光射到关着的窗户上,光在玻璃表面发生镜面反射,而此时观察者正23处于反射光的方位,感觉刺眼,若窗户打开,光射到室内,室内物体表面凹凸24不平对光发生漫反射,反射光射向四面八方,进入人眼的光很弱,因此看上去25黑洞洞。
265.为什么夜间行车驾驶室里一般不开灯?27答:夜间行车驾驶室里如果开灯,车内光线比车外强,这时汽车前挡风玻璃28相当于平面镜,会因光的反射使车内物体在车前成像,干扰司机视线,容易造29成交通事故。
应用光学习题解答13年
一、填空题1、 光学系统中物和像具有共轭关系的原因是 。
2、 发生全反射的条件是。
3、 光学系统的三种放大率是 、 、 ,当物像空间的介质的折射率给定后,对于一对给定的共轭面,可提出 种放大率的要求。
4、 理想光学系统中,与像方焦点共轭的物点是 。
5、 物镜和目镜焦距分别为mm f 2'=物和mm f 25'=目的显微镜,光学筒长△= 4mm ,则该显微镜的视放大率为 ,物镜的垂轴放大率为 ,目镜的视放大率为 。
6、 某物点发出的光经理想光学系统后对应的最后出射光束是会聚同心光束,则该物点所成的是 (填“实”或“虚”)像。
7、人眼的调节包含调节和调节。
8、复杂光学系统中设置场镜的目的是。
9、要使公共垂面内的光线方向改变60度,则双平面镜夹角应为度。
10、近轴条件下,折射率为1.4的厚为14mm的平行玻璃板,其等效空气层厚度为 mm。
11、设计反射棱镜时,应使其展开后玻璃板的两个表面平行,目的是。
12、有效地提高显微镜分辨率的途径是。
13、近轴情况下,在空气中看到水中鱼的表观深度要比实际深度。
一、填空题1、光路是可逆的2、光从光密媒质射向光疏媒质,且入射角大于临界角I0,其中,sinI0=n2/n1。
3、垂轴放大率;角放大率;轴向放大率;一4、轴上无穷远的物点5、-20;-2; 106、实7、视度瞳孔8、在不影响系统光学特性的的情况下改变成像光束的位置,使后面系统的通光口径不致过大。
9、3010、1011、保持系统的共轴性12、提高数值孔径和减小波长13、小二、简答题1、什么是共轴光学系统、光学系统物空间、像空间?答:光学系统以一条公共轴线通过系统各表面的曲率中心,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。
2、如何确定光学系统的视场光阑?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,孔径对入瞳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阑。
应用光学简答题
应用光学简答题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直线传播定律、独立传播定律、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,对两种一定的介质来说,是一个和入射角无关的常数2111sin sin I n I n 。
2、如何区分实物空间、虚物空间以及实像空间和虚像空间?是否可按照空间位置来划分物空间和像空间?答:实物空间:光学系统第一个曲面前的空间。
虚物空间:光学系统第一个曲面后的空间。
实像空间:光学系统最后一个曲面后的空间。
虚像空间:光学系统最后一个曲面前的空间。
物空间和像空间在空间都是可以无限扩展的,不能按照空间进行划分。
3、什么是共轴光学系统、光学系统物空间、像空间?答:光学系统以一条公共轴线通过系统各表面的曲率中心,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。
4、什么叫理想光学系统?答:在物像空间均为均匀透明介质的条件下,物像空间符合“点对应点、直线对应直线、平面对应平面”的光学系统称为理想光学系统。
5、用近轴光学公式计算的像具有什么实际意义?答:作为衡量实际光学系统成像质量的标准;用它近似表示实际光学系统所成像的位置和大小。
6、 理想光学系统的基点和基面有哪些?其特性如何?答:理想光学系统的基点包括物方焦点、像方焦点;物方主点、像方主点;物方节点、像方节点。
基面包括:物方焦平面、像方焦平面;物方主平面、像方主平面;物方节平面、像方节平面。
入射光线(或其延长线)过焦点时,其共轭光线平行与光轴;入射光线过节点时,其共轭光线与之平行;焦平面上任一点发出的同心光束的共轭光束为平行光束;物方主平面与像方主平面共轭,且垂轴放大率为1。
7、对目视光学仪器的共同要求是什么?答:视放大率||Γ应大于1。
应用光学习题解答13年
一、填空题1、 光学系统中物和像具有共轭关系的缘故是 。
2、 发生全反射的条件是 。
3、 光学系统的三种放大率是 、 、 ,当物像空间的介质的折射率给定后,关于一对给定的共轭面,可提出 种放大率的要求。
4、 理想光学系统中,与像方核心共轭的物点是 。
5、 物镜和目镜焦距别离为mm f 2'=物和mm f 25'=目的显微镜,光学筒长△= 4mm ,那么该显微镜的视放大率为 ,物镜的垂轴放大率为 ,目镜的视放大率为 。
6、 某物点发出的光领导想光学系统后对应的最后出射光束是集聚同心光束,那么该物点所成的是 (填“实”或“虚”)像。
7、 人眼的调剂包括 调剂和 调剂。
8、 复杂光学系统中设置场镜的目的是 。
9、 要使公共垂面内的光线方向改变60度,那么双平面镜夹角应为 度。
10、近轴条件下,折射率为1.4的厚为14mm 的平行玻璃板,其等效空气层厚度为 mm 。
1一、设计反射棱镜时,应使其展开后玻璃板的两个表面平行,目的是 。
1二、有效地提高显微镜分辨率的途径是 。
13、近轴情形下,在空气中看到水中鱼的表观深度要比实际深度 。
一、填空题一、光路是可逆的二、光从光密媒质射向光疏媒质,且入射角大于临界角I 0,其中,sinI 0=n 2/n 1。
3、垂轴放大率;角放大率;轴向放大率; 一4、轴上无穷远的物点五、-20;-2; 10 六、实 7、视度 瞳孔八、在不阻碍系统光学特性的的情形下改变成像光束的位置,使后面系统的通光口径不致过大。
九、30 10、101一、维持系统的共轴性 1二、提高数值孔径和减小波长 13、小 二、简答题一、什么是共轴光学系统、光学系统物空间、像空间?答:光学系统以一条公共轴线通过系统各表面的曲率中心,该轴线称为光轴,如此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。
二、如何确信光学系统的视场光阑?答:将系统中除孔径光阑之外的所有光阑对其前面所有的光学零件成像到物空间。
应用光学复习题
1、 一束光由玻璃(n=1.5)进入水(n=1.33),若以45°角入射,试求折射角。
(52.6°)2、 一薄透镜焦距为200mm ,一物体位于透镜前300nm ,求像的位置和垂轴放大率。
(`600,2l mm β==-)3、 一组合系统由薄正透镜(前)和薄负透镜(后)组成,1`20f mm =,2`20f mm =-,两透镜之间的距离10d mm =,当一物体位于正透镜前方100mm 处,求组合系统的垂轴放大率和像的位置。
(可用两种方法解)。
(2`60,1l mm β==-)4、 一双凸薄透镜的两表面半径分别为1250,50r mm r mm ==-,求该透镜位于空气中和浸入水(0 1.33n =)中的焦距分别为多少?(透镜材料折射率n=1.5)(`50f mm =空,`195.6f mm =水)5、 符号规则标注6、 作图求物像:掌握第二章作业里作图题7、 棱镜成像方向的判断。
8、 一凹球面反射镜浸没在水中,物在镜前300mm ,像在像前90mm ,求球面反射镜的曲率半径和焦距。
(138.46,`69.23r mm f f mm =-==-)9、 有一正薄透镜对某一物体成实像时,像高为物高的一半;若将物体向透镜移近100mm 时,则所得的实像与物大小相同,求透镜的焦距。
(`100f mm =)10、 已知显微镜的视放大率为-300,目镜的焦距为20mm ,求显微镜物镜的倍率。
假定人眼的视角分辨率为60``,问使用该显微镜观察时,能分辨的两物点的最小距离等于多少?(24,0.00024mm βσ=-=)11、 用两个焦距都是50mm 的正透镜组成一个10倍的显微镜,问目镜的倍率,物镜的倍率以及物镜和目镜之间的间隔为多少?12、 有一焦距为150mm 的望远物镜,其口径为10mm ,像的直径为20mm 。
在物镜后方80mm处放置一直角棱镜(n1.5),假如系统没有渐晕,求棱镜入射表面的通光口径及像平面离开棱镜出射表面的距离。
初中物理简答题光学部分
1.人们常用“立竿见影”比喻立见功效,反映迅速,请用光学知识解释“立竿”就能“见影”的成因。
答:光是沿直线传播的,当竿立起来之后,光线传播的路径被挡住了一部分。
没有被光照射到的部分就形成了影子。
2.医院的手术台的上方安装着一种灯叫无影灯,在这种灯下做手术,没有影子,为什么?答:光是沿直线传播的,光线传播的路径被挡住了以后会形成影子。
无影灯在不同角度射出光线,使阴影处较之一个角度光线形成阴影不明显。
3.农民在塑料棚中种蔬菜,雨过天晴后,要将塑料棚上的积水放掉,这是为什么?答:塑料棚中积水,可能形成中间厚,边缘薄的形状,起凸透镜的作用,使光线汇聚到一点,容易使棚内可燃物温度上升,易引发火灾。
4.有一张照片,拍下的是正对着枪口射出子弹的一瞬间,枪口周围显着烟雾,惊心动魄,很明显,拍摄者或照相机是不能正对着枪口去拍摄。
如果请你去拍摄,该如何去做呢?你能设计一个方案吗?试试看!5.新建的高楼大厦表面装着一块块玻璃,站在马路上看,它们是一面面镜子,通过镜子只能看到自己的像,却看不到里面的情景。
但是在楼内向外看,却又成了普通的玻璃,通过它们能看到马路上的情景,如何解释这种现象?答:这是因为白天外面的光线比里面的强,这样当人从外向里看时,进入眼睛的光线主要是由于外面的景物发出(或反射)的光线经玻璃反射而来的;而从内往外看时,进入眼睛的光线也主要是由外面景物发出(或反射)的光线经玻璃透射而来的,所以无论从外向内还是从内向外,看到的都将是外面的景物。
同理,如果是在晚上,里面的光线比外面的强,则无论是从外向内还是从内向外,看到的都将是里面的景物。
所以晚上屋里要拉上窗帘哟。
6.将一张报纸一般压在厚玻璃板上,一般露在厚玻璃板外面,观察这两半报纸上的文字看起来有什么不同,为什么?答:玻璃板下面的报纸上的字从玻璃板中传输出的光线经过玻璃进入空气的界面时,发生折射,所以人眼看到的是字体的虚像,而未压的一半是字的实像。
斜视时,对比两个图像,可以发现玻璃板下面的字体位置高于实像位置,通过这个区别可以对其进行分辨。
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。
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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,该比值为一常数,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、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:光线在各向同性的均匀介质中传播时,始终保持着与波面的正交性;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:光束一致(入射、出射光束均为同心光束);波面一致(入射、出射波面均为球面波);物、像点间任意光路的光程相等。
3、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)。
4、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,不在是同心光束,不同入射高度(h )的光线将于光轴于不同的位置,相对近轴像点(理想像点)有不同程度的偏离,这种偏离称轴向球差。
轴上点的球差,具有关于光轴对称性,其只与系统的孔径有关。
(2)位置色差: 轴上点两种色光成像位置的差异称位置色差。
其轴上物点成像是彩色弥散斑。
5、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、视场光阑和渐晕光阑,其作用分别如下:(1)孔径光阑:限制轴上物点成像光束孔径大小。
(2)视场光阑: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。
6、何为物方远心光路?结合作图法,解释远心光路的作用和应用。
(1)测量显微镜中,为了消除由于像平面位置的放置误差而引起的测量误差,在物镜的像方焦平面上加入一个光阑作为孔径光阑,入瞳则位于物方无穷远,轴外点主光线平行于光轴称物方远心光路。
(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7、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:轴上点发出的同心光束经过光学系统后,不在是同心光束,不同入射高度(h)的光线将于光轴于不同的位置,相对近轴像点(理想像点)有不同程度的偏离。
其只与系统的孔径有关和视场无关。
校正方法:加光阑,选择近轴光束;正、负透镜组合进行校正;采用非球面透镜。
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。
校正方法:使用对称式光学系统像散: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。
校正方法:需要复杂的透镜组来消除场曲: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。
破坏物像相似性,不影响像的清晰度;校正方法:使用对称式光学系统PPT上的部分问题➢一个沿轴向有一定厚度的物体,经单个折射球面成像后,物面上所有点是否获得等倍率放大?由α的公式可知,如果物体是一个沿轴放置的正方形,因垂轴放大率和轴向放大率不一致,则其像不再是正方形。
另个,折射球面的轴向放大率恒为正值,表示特点沿轴移动时,像点以同样方向移动。
(公式如下)1) α> 0,物、像沿轴同向移动;2) α≠β,空间物体成像会发生变形。
孔径光阑:限制轴上物点成像光束孔径角的大小(宽度);选择轴外物点成像光束的位置。
视场光阑:限制物平面或物空间范围的光阑。
➢孔径光阑和视场光阑的判断一、孔径光阑1.轴上物点的位置发生变化,孔径光阑也会变化。
2.几个口径一定的透镜组合,判断确定位置的轴上物点的孔径光阑:1)物在无限远:光学系统中所有光学元件的通光孔径分别通过其前面的镜组成像到整个系统的物空间,则直径最小的像就是系统入瞳,与入瞳相共轭的元件即为孔径光阑。
2)物在有限远处A.将光学系统所有光阑(各个透镜和光圈等),对其前面的光学系统(物空间)成像,求像之大小和位置;B.由物位置(轴上点)向各像边缘、第一个透镜边缘分别作连线,求张角最小值即为入瞳,相应的共轭物为孔径光阑;C.孔径光阑对后面光学系统(像空间)所成像即是出瞳。
二、视场光阑假设入瞳为无限小,则判断光学系统的视场光阑的方法为,将光学系统中所有的光学元件的通光孔径(镜框)分别通过其前面的镜组成像到整个系统的物空间,根据各像的位置和大小求出对入瞳中心的张角,张角最小的像即为光学系统的入射窗,与入射窗相共轭的元件(或镜框)即为视场光阑。
两种光阑作用的比较:1、孔径光阑限制成像光束的孔径,即决定成像的照度、分辨率;2、视场光阑决定市场,及物体成像的范围;3、孔径光阑缩小时,每一物点成像光束孔径角变小,像面照度减小,但成像范围不变;4、视场光阑缩小时,成像范围变小,但成像物点的孔径角变小,及像的照度不变。
反射棱镜的等效作用(平面镜 + 平行平板(等效厚度L)):用棱镜代替平面镜,相当于在光路中增加了一块平行玻璃平板,像点将平移一段距离。
➢轴外物点发出的宽光束,其对称轴是什么?1.理想成像时,主光线始终可看作物点发出的成像同心光束的对称轴。
2.非理想成像时,同心光束经系统后不再相交于一点,在垂轴方向也不和主光线相交,则主光线失去了对称性。
➢宽光束的原因造成了球差和彗差,如取无限细光束,是否就可以避免像差?像散也是一种轴外像差,与彗差不同,它是描述无限细光束成像缺陷的一种像差,仅与视场有关。
由于轴外光束的不对称性,使得轴外点的子午细光束的会聚点与弧矢细光束的会聚点各处于不同的位置,与这种现像相应的像差,称为像散。
了解1.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。
2.什么是场镜?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;起到使前后系统的光瞳衔接的作用。
3.目镜的作用是什么?表示目镜光学特性的参量有哪些?(5分)目镜的作用相当于放大镜,它把物镜所成的像放大后成像在人眼的远点,以便进行观察。
目镜的光学特性:像方视场角;相对出瞳距离;工作距离4.简述高斯光学的近轴条件,及近轴光路计算公式的意义。
近轴条件:近轴物(表示视场不太大)和近轴光线(表示孔径不太大)。
近轴光路计算公式的意义:作为衡量实际光学系统成像质量的标准;用它近似地表示实际光学系统所成像的位置和大小。
5.照相物镜的作用是什么?表示照相物镜光学特性的参量有哪些?照相物镜的作用是把外界景物成像在感光底片或光电探测器光敏面上,使产生景物像。
光学特性参数有:焦距,决定了景物的像和实际被摄物体之间的比例;相对孔径,决定了像面光照度的大小;视场角,决定了被摄景物的拍摄范围。
6. 简述费马原理。
费马原理又称光程极值原理,光从空间一点到另一点是沿着光程为极值的路径传播的。
推出了反射定律和折射定律——奠定了几何光学的基础!7.光学系统的孔径光阑和视场光阑能否合一,为什么?两者不能合一。
因为这两种光阑起着完全不同的作用,孔径光阑的作用是限制成像光束的口径的大小,而视场光阑的作用是限制成像空间范围的大小。
9.各类目视光学仪器必须满足的共同要求是什么。
一个是视角放大作用(扩大人眼的观察能力),第二个是成像于无穷远(这样经过眼睛的的成像,刚好成像在人眼的视网膜上,确保我们在较长时间使用后,不会产生疲劳感)。