工程光学基础1

合集下载

南开大学 工程光学 基础习题答案

南开大学 工程光学 基础习题答案
1 1 1 , 解 出 s' 8.33 , 成 像 在 L1 右 侧 , 放 大 倍 率 为 10 s ' 25 s ' 8.33 2 0.833 ,L2 外框的直径为 D'2 2 D2 0.833 20 16.67 ,L2 外框 s 10 在 物 空 间 的 像 相 对 轴 上 物 点 的 半 张 角 为 D '2 16.67 1 1 2 2 tan 1 0.04 2 tan tan l1 s ' 200 8.33
像距 l’2=50mm ⅱ)感光面的直径
1 2 0.2 (1) 0.2
像的直径
D' D1 0.2 40 8
所以,感光面直径为 Φ8mm ⅲ)孔径光阑、入射光瞳、出射光瞳相对 L1 的距离和直径 L1 外框相对轴上物点的张角
第 5 页 共 9 页
p 2 100002 0.00029 4080 ⑴远景深度 1 2a p 10 10000 0.00029
⑵远景平面到入瞳平面的距离 p1 p 1 10000 4080 14080 ⑶近景深度 2
p 2 100002 0.00029 2250 2a p 10 10000 0.00029
d f '1 f 2
nR nR ( n 1)d 2nR n 1 n 1 n 1 nR R ( )( ) f '1 f '2 nR 2 f ' n 1 1 n (n 1)d 2nR (n 1)(2nR nd d ) n 1 ②代入所给值,f’=-96.77 d f '1 f 2 d

工程光学基础_概念

工程光学基础_概念

23
物空间
法线
折射球面
n

I
入射光线
E I
折射光线
像空间
n h
B A
-U
光轴

C
U
A

O
B
r -L L
注意:图中各量均用绝对值表示,因此,凡是负值的量,符号前均加负号!!!
光线经过单个折射球面的折射
24
第一章 几何光学基本定律与成像概念
4
光学的发展历史



1860年前后,麦克斯韦的指出,电场和磁场的改变,不能局限 于空间的某一部分,而是以等于电流的电磁单位与静电单位的比 值的速度传播着,光就是这样一种电磁现象。这个结论在 1888 年为赫兹的实验证实。 1900 年,普朗克从物质的分子结构理论中借用不连续性的概念, 提出了辐射的量子论。他认为各种频率的电磁波,包括光,只能 以各自确定分量的能量从振子射出,这种能量微粒称为量子,光 的量子称为光子。 1905年,爱因斯坦运用量子论解释了光电效应。他给光子作了 十分明确的表示,特别指出光与物质相互作用时,光也是以光子 为最小单位进行的。
9
经典光学的研究内容




通常把光学分成几何光学、物理光学(波动光学)和量子光学三 个大类。 几何光学是从几个由实验得来的基本原理出发,来研究光的传播 问题的学科。它利用光线的概念、折射、反射定律来描述光在各 种媒质中传播的途径,它得出的结果通常总是波动光学在某些条 件下的近似或极限。 物理光学(波动光学)是从光的波动性出发来研究光在传播过程 中所发生的现象的学科,所以也称为波动光学。它可以比较方便 的研究光的干涉、光的衍射、光的偏振,以及光在各向异性的媒 质中传插时所表现出的现象。 量子光学是从光子的性质出发,来研究光与物质相互作用的学科 即为量子光学。它的基础主要是量子力学和量子电动力学。

工程光学基础教程-习题答案(完整)

工程光学基础教程-习题答案(完整)

第一章 几何光学基本定律1. 已知真空中的光速c =3810⨯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的纸片,要求在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属片,问纸片的最小直径应为多少?2211sin sin I n I n = 66666.01sin 22==n I745356.066666.01cos 22=-=I1mm I 1=90︒n 1 n 2200mmL I 2 x88.178745356.066666.0*200*2002===tgI xmm x L 77.35812=+=4.光纤芯的折射率为1n ,包层的折射率为2n ,光纤所在介质的折射率为0n ,求光纤的数值孔径(即10sin I n ,其中1I 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: n 0sinI 1=n 2sinI 2 (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 .5. 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。

工程光学基础 习题参考答案-第一章_02

工程光学基础 习题参考答案-第一章_02

光线入射到玻璃球表面一部分反射回 空气中,另一部分经过折射入射到玻璃球 内部。根据折射定律 n' SinI ' = nSinI (1-2) 有: 折射角 I ' = 30 o 光线通过玻璃球以 30 o 入射到玻璃球 后表面再次发生反射和折射,根据公式 (1-2)可得折射角 I ' ' = 60 o 以此类推,其传播情况如图所示: 16、一束平行细 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, 的玻璃球上,求其会 聚点的位置。 聚点的位置。如果在凸面上镀反射膜, 如果在凸面上镀反射膜,其会聚点应该在何处? 其会聚点应该在何处?如果凹面镀反射 膜,则反射光束在玻璃中的会聚点又在何处? 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, 反射光束经前表面折射后,会聚 点又在何处? 点又在何处?说明各会聚点的虚实。 说明各会聚点的虚实。 解: (1)求入射光线经前表面折射后的会聚点 n' n n'− n 根据公式 − = (1-20)得: l' l r 1 .5 1 1 .5 − 1 − = ⇒ l ' = 90mm l' − ∞ 30 该像点在玻璃球后表面以后 30mm 处,再经后表面折射,此时将前表面成 的像作为后表面的物再次在后表面成 像,各项参数为物距 l=(90-60)=30mm, 折 射 面 半 径 r=-30mm , 物 方 折 射 率 n=1.5,像方折射率 n’=1。同理根据公式(1-20)有: 1 1 .5 1 − 1 .5 − = ⇒ l ' ' = 15mm l ' ' 30 − 30 所以,最终光线会聚到玻璃球后表面之后 15mm 处。 (2)求当凸面上镀反射膜,其会聚点位置 1 1 2 根据公式 + = (1-30)得: l' l r 1 1 2 + = ⇒ l ' = 15mm l ' − ∞ 30 所以,其成像在反射面之后 15mm 处,为虚象。 (3)求凹面镀反射膜,反射光束在玻璃中的会聚点位置 平行细光束经凸面折射成像后再经凹面镀的反射膜反射成像, 利用第一步中 结果可得对于凹面镀的反射膜反射成像其物距 l=(90-60)=30mm ,折射面半径 r=-30mm,根据公式(1-30)得: 1 1 2 + = ⇒ l ' = −10mm l ' 30 − 30

12-工程光学第一章

12-工程光学第一章

光学的发展:经典光学 经典光学:
现代光学
1、几何光学 光的传播、反射、折射、成像等。 2、物理光学 ①波动光学:光的干涉、衍射、偏振等。 ②量子光学:光的吸收、散射、色散、光 的本性等。
现代光学:
①激光光学:激光物理、激光技术、激光应 用等。 ②非线性光学:光学介质与激光相互作用的
新现象和新效应,实现全光处理技术。
它们均以锐角度量,由光线转向法线,顺时针方向 旋转形成的角度为正,反之为负。
反射定律归结为: ( 1 )反射光线位于由入射光线和法线所决定 的平面内; ( 2 )反射光线和入射光线位于法线的两侧, 且反射角与入射角的绝对值相等,符号相反,即: (1-2) I " I 折射定律归结为: (1) 折射光线位于由入射光线和法线所决定 的平面内;
课程提纲—几何光学与成像理论

第一章 几何光学基本定律与成像概念


第二章 理想光学系统
第三章 平面与平面系统
第四章 光学系统中的光阑与光束限制
第五章 光路计算与像差理论 第六章 典型光学系统 第七章 光学系统的像质评价和像差公差
教学安排与考核方式

基础知识讲授与习题讲解(40学时)
o
(1-4)
若入射角继续增大,入射角大于临界角的那些 光线不能折射进入第二种介质,而全部反射回的一 种介质,即发生了全反射现象。
全反射的充要条件:
(1)光线从光密介质射向光疏介质; (2)入射角大于临界角。
全反射应用例:
实现高效光信号传输
代替 平面 反射 镜实 现高 效反 射
基本定律的应用:
例1:在水中深度为y处有一发光点Q,作QO垂直于水面,求射出水 面折射光线的延长线与QO交点Q’的深度y’与入射角i的关系。

光学工程基础参考文献与习题

光学工程基础参考文献与习题

<<光学工程基础>>参考文献和习题1 光波、光线和成像参考文献:1. Walker Bruce H. Optical Engineering Fundamentals. Bellingham, Washington: SPIE,19982. 袁旭沧. 应用光学. 北京:国防工业出版社,19883. Ditteon Richard 着,詹涵菁译. 现代几何光学. 长沙:湖南大学出版社,20044. Smith W J. Modern Optical Engineering. Boston: The McGreaw-Hill Companies, Inc, 20015. 陈熙谋. 光学近代物理. 北京:北京大学出版社,20026. 钟钖华. 现代光学基础. 北京:北京大学出版社,20037. Ghatak A K, Thyagarajan K. Contemporary Optics. New York: Plenum Publishing Corporation, 19788. 彭旭麟,罗汝梅. 变分法及其应用. 武汉:华中工学院出版社,19839. Kidger Michael J. Fundamental Optical Design. Bellingham, Washington: SPIE,200210. Jenkins F, White H. Fundamentals of Optics. New York: The McGreaw-Hill Companies, Inc, 197611. Hecht E. Optics. Reading, Massachusetts: Addison-Wesley, 1987习题:1. 简述几何光学的几个基本定律。

2. 简述成像的基本概念。

3. 光在真空中的速度是多少在水中呢在钻石中呢4. 画出折射角i '随入射角i 变化的函数曲线,条件是1=n ,n '是下列值:(a) ;(b) ;(c) 。

工程光学复试知识点总结

工程光学复试知识点总结

工程光学复试知识点总结第一部分:基本概念1.1 光学基础知识光的概念、光的传播、光的反射和折射、光的波动性和粒子性等1.2 光的几何光学光的几何光学基本假设、光的几何光学基本定律、光的几何光学的典型应用1.3 光的物理光学光的物理光学基本原理、光的衍射和干涉、光的偏振等第二部分:光学系统设计2.1 光学成像系统设计成像系统设计的基本原理、成像系统设计的基本方法、成像系统设计的常见问题及解决方法2.2 光学仪器设计光学仪器设计的基本原理、光学仪器设计的基本方法、光学仪器设计的实际应用2.3 光学系统优化光学系统的成像质量评估、光学系统的成像质量优化、光学系统的成像质量控制第三部分:光学材料与元器件3.1 光学材料光学材料的基本特性、光学材料的分类与应用、光学材料的制备和加工技术3.2 光学元器件光学透镜、光学棱镜、光学偏振器件、光学滤波器件等光学元器件的基本原理、性能特点和制备工艺3.3 光学薄膜光学薄膜的基本原理、光学薄膜的设计和制备、光学薄膜的应用和发展趋势第四部分:光学测量与检测技术4.1 光学测量基础光学测量的基本原理、光学测量的基本方法、光学测量的常见问题及解决方法4.2 光学检测技术光学检测技术的基本原理、光学检测技术的基本方法、光学检测技术的实际应用4.3 光学测量仪器光学显微镜、光学干涉仪、光学光谱仪等光学测量仪器的基本原理、性能特点和使用方法第五部分:光学影像处理与分析5.1 光学影像处理基础光学影像处理的基本原理、光学影像处理的基本方法、光学影像处理的常见问题及解决方法5.2 光学影像分析技术光学影像分析技术的基本原理、光学影像分析技术的基本方法、光学影像分析技术的实际应用5.3 光学影像处理与分析软件常用的光学影像处理与分析软件的特点、功能和使用方法第六部分:光学工程应用6.1 光学传感技术光学传感技术的基本原理、光学传感技术的常见应用、光学传感技术的发展趋势6.2 光学通信技术光学通信技术的基本原理、光学通信技术的常见应用、光学通信技术的发展趋势6.3 光学图像识别技术光学图像识别技术的基本原理、光学图像识别技术的常见应用、光学图像识别技术的发展趋势综上所述,工程光学是应用光学理论和技术解决实际工程问题的一门重要学科,它涵盖了从基本光学理论到光学系统设计、材料与元器件、测量与检测技术、影像处理与分析、工程应用等多个方面的知识,具有广泛的应用领域和深远的研究价值。

(工程光学基础)考试试题库1

(工程光学基础)考试试题库1

2008 级光电子技术1.在单缝衍射中,设缝宽为 a ,光源波长为 λ ,透镜焦距为f ′,则其衍射暗条纹间距 e 暗 = f ,条纹间 a距同时可称为线宽度。

2.当保持入射光线的方向不变,而使平面镜转 15°角,则反射光线将转动30° 角。

3.光线通过平行平板折射后出射光线方向 __不变 _ ___ , 但会产生轴向位移量,当平面板厚度为 d ,折射率为 n ,则在近轴入射时,轴向位移量为 d (1 1 。

) n4.在光的衍射装置中,一般有光源、衍射屏、观察屏,则衍射按照它们距离不同可分为两类,一类为 菲涅耳衍射,另一类为 夫琅禾费衍射 。

5.光轴是晶体中存在的特殊方向 , 当光在晶体中沿此方向传播时不产生双折射。

n <n 的单轴晶体称为负单eo轴晶体 。

6.1/4 波片的附加相位差为 (2m 1) m 0, 1, 2,... , 线偏振光通过 1/4 波片后, 出射光将变为 椭圆 2偏振光或圆片遮光 。

7.单个折射球面横向放大率 β = nl,当 -1< β <0 时,成像性质为物像处于球面的两侧, 成倒立缩小像。

n l8.两列波相干的条件 有方向相同的振动分量 、振动频率相同 、 相位差稳定 _。

9. 假设光波的偏振度为 p ,则 p=0 时表示 自然光, p=1 时表示线偏振光 ,0<p<1 时表示部分偏振光。

10. 菲涅尔圆孔衍射图样的中心点可能是明的,也可能是暗的,而夫琅和费衍射图样的中心点是明 的。

11. 光波的振动方向与传播方向互相垂直 , 所以光波是横波 。

12. 当自然光以布儒斯特角入射至两各向同性介质界面上,其反射光为线偏振光,折射光为_部分 偏振光。

13. 光线通过双平面镜后,其入射光线与出射光线的夹角为50°,则双平面镜的夹角为 25° 。

14. 在迈克尔逊干涉仪中,用单色光源直接照明,若反射镜 M 、 M 严格垂直,则此时发生 等倾(等倾或等 1 2厚)干涉,可观察到中央或明或暗的一系列同心圆环,圆环中央疏、边缘密_(描述条纹特点) , 若M1 ’ 间的厚度每减少 的距离 , 在条纹中心就消失 一个条纹。

工程光学基础

工程光学基础
发生全反射的条件可归结为: (1)光线从光密介质射向光疏介质; (2)入射角大于临界角。
17
全反射应用例:
18
6. 矢量形式的折射定律和反射定律
有时在光路计算中,用矢量形式的折射
定律和反射定律是比较方便的。

NAA00'0为为为入折折射射射光面光线入线的射的单点单位处位矢的矢量单量;位;法矢量;
30
等光程面的例子: (1)椭球面
椭球面对 A、 A'这一对
特殊点来说是等光程面,故 是完善成像。
(2)抛物面
反射镜等光程面是以 A为
焦点的抛物面。无穷远物 点相应于平行光,全交于 (或完善成像于)抛物面 焦点。
31
四、物、像的虚实
实际光线相交所形成的点为实物点或实像点 光线的延长线相交所形成的点为虚物点或虚像点
光线经过单个折射球面的情况如图所示。
包含光轴和物点的平面称为含轴面(纸面)或子午面。 计算的目的:光从何处来,经何处到哪里去(由此得出 由物点发出的光线经过系统后能否交到一点完善成像)? 首要问题:用什么量(怎样)来决定光线在空间中的位 置?
我们用两个量来表示一条光线: (1)A到O的距离OA,记作L,称为截距。 (2)光轴到光线的夹角,记作U,称为孔径角。
沿光轴方向线段(如 L( L')、r)
光线传播由左向右,以折(反)射面顶点 为原点(起点), 顺光线传播方向为正; 逆光线传播方向为负。
垂轴线段 光轴以上为正; 光轴以下为负。
40
(2)角度
孔径角 U、U '
从光轴起算,光轴转向光线(按锐角方向), 顺时针为正,逆时针为负。
入射角、折射角 从光线起算,光线转向法线(按锐角方向), 顺时针为正,逆时针为负。

(工程光学基础)考试试题库1

(工程光学基础)考试试题库1

1.在单缝衍射中,设缝宽为a ,光源波长为λ,透镜焦距为f ´,则其衍射暗条纹间距e 暗=f aλ',条纹间距同时可称为线宽度。

2.当保持入射光线的方向不变,而使平面镜转15°角,则反射光线将转动30° 角。

3.光线通过平行平板折射后出射光线方向__不变_ ___ ,但会产生轴向位移量,当平面板厚度为d ,折射率为n ,则在近轴入射时,轴向位移量为1(1)d n- 。

4.在光的衍射装置中,一般有光源、衍射屏、观察屏,则衍射按照它们距离不同可分为两类,一类为 菲涅耳衍射,另一类为 夫琅禾费衍射 。

5.光轴是晶体中存在的特殊方向,当光在晶体中沿此方向传播时不产生双折射。

n e <n o 的单轴晶体称为负单轴晶体 。

6.1/4波片的附加相位差为(21)0,1,2, (2)m m π+=±±,线偏振光通过1/4波片后,出射光将变为 椭圆偏振光或圆片遮光 。

7.单个折射球面横向放大率β=nl n l'' ,当-1<β<0时,成像性质为 物像处于球面的两侧,成倒立缩小像 。

8.两列波相干的条件 有方向相同的振动分量 、振动频率相同 、 相位差稳定_。

9.假设光波的偏振度为p ,则p=0时表示 自然光,p=1时表示线偏振光,0<p<1时表示部分偏振光。

10.菲涅尔圆孔衍射图样的中心点可能是明的,也可能是暗的,而夫琅和费衍射图样的中心点是明 的。

11.光波的振动方向与传播方向互相 垂直 ,所以光波是横波 。

12.当自然光以布儒斯特角入射至两各向同性介质界面上,其反射光为线偏振光,折射光为_部分 偏振光。

13.光线通过双平面镜后,其入射光线与出射光线的夹角为50°,则双平面镜的夹角为25° 。

14.在迈克尔逊干涉仪中,用单色光源直接照明,若反射镜M 1、M 2严格垂直,则此时发生 等倾(等倾或等厚)干涉,可观察到中央或明或暗的一系列同心圆环,圆环中央疏、边缘密_(描述条纹特点),若M 1与M 2’间的厚度每减少2λ的距离,在条纹中心就消失 一个条纹。

工程光学基础教程-习题参考答案

工程光学基础教程-习题参考答案

第一章 几何光学基本定律1. 已知真空中的光速c =3810⨯m/s ,求光在水(n=)、冕牌玻璃(n=)、火石玻璃(n=)、加拿大树胶(n=)、金刚石(n=)等介质中的光速。

解:则当光在水中,n=时,v= m/s,当光在冕牌玻璃中,n=时,v= m/s, 当光在火石玻璃中,n =时,v= m/s , 当光在加拿大树胶中,n=时,v= m/s ,当光在金刚石中,n=时,v= 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 =),下面放一直径为1mm 的金属片。

若在玻璃板上盖一圆形的纸片,要求在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属片,问纸片的最小直径应为多少2211sin sin I n I n =66666.01sin 22==n I745356.066666.01cos 22=-=I1mm I 1=90︒n 1 n 2200mmL I 2 x88.178745356.066666.0*200*2002===tgI xmm x L 77.35812=+=4.光纤芯的折射率为1n ,包层的折射率为2n ,光纤所在介质的折射率为0n ,求光纤的数值孔径(即10sin I n ,其中1I 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: n 0sinI 1=n 2sinI 2 (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 .5. 一束平行细光束入射到一半径r=30mm 、折射率n=的玻璃球上,求其会聚点的位置。

工程光学基础教程第一章

工程光学基础教程第一章

工程光学基础教程第一章工程光学是一门研究光学现象和光学器件在工程领域中应用的学科。

它涵盖了光学基础知识、光学器件和系统设计、光学测量和测试、光学传感和图像处理等方面的内容。

本文将以工程光学基础教程的第一章为主题,讨论工程光学的基本概念和原理。

第一章介绍了光的物理性质和光的波动理论。

光是一种电磁波,具有波动性和粒子性的特点。

光波动的基本特性包括波长、频率、振幅和相位。

光的波动可以通过实验来验证,例如干涉、衍射和折射等实验。

干涉是指两束光波相遇时发生的干涉现象。

干涉可以分为同相干和非相干干涉两种情况。

同相干干涉是指两束光波的相位差为整数倍的情况下发生的干涉。

非相干干涉是指两束光波的相位差不是整数倍的情况下发生的干涉。

衍射是指光通过一个小孔或经过不规则边缘时发生的衍射现象。

衍射可以用赫兹普龙原理来描述,即波的传播过程中每个波前都可以看作是一系列波源发出的球面波。

折射是指光从一种介质传播到另一种介质时发生的折射现象。

光的折射是由介质的折射率引起的,折射率是光在介质中传播速度与真空中传播速度的比值。

光的粒子性可以通过光的能量传播和光的吸收来解释。

光的能量在空间中传播时遵循能量守恒定律和动量守恒定律。

光的吸收是指光被物质吸收并转换为其他形式的能量,例如热能。

本章还介绍了光的能量和功率的计算方法。

光的能量可以通过光的强度和面积来计算,光的功率可以通过光的能量和时间来计算。

光的强度可以用辐射亮度和辐射通量来描述。

此外,本章还介绍了坐标系和光的传播方向。

坐标系是研究物体位置和光传播方向的基本工具。

光的传播方向可以用传播矢量和波矢量来描述,传播矢量指示光的传播方向,波矢量指示光的传播速度和方向。

综上所述,工程光学基础教程的第一章主要介绍了光的物理性质和光的波动理论。

通过学习这些基本概念和原理,我们可以更好地理解和应用工程光学知识。

工程光学是一门应用广泛的学科,对于光学器件和系统的设计、光学测量和测试、光学传感和图像处理等方面都有很大的意义和价值。

大学工程光学课件

大学工程光学课件

光学微纳加工技术
通过微纳加工技术制造微小尺度的光学元件 ,实现高精度、高效率的光学系统。
光学传感技术
利用光学原理对物理量进行测量,具有高精 度、高灵敏度的特点。
工程光学发展趋势预测与展望
集成化与智能化
多学科交叉融会
随着微纳加工技术的发展,工程光学将更 加重视元件的集成化和智能化,提高系统 的性能和效率。
光的本质与传播特性
光的本质
光是一种电磁波,具有波粒二象 性。其波动性质表现为光的干涉 、衍射等现象,粒子性质则体现 为光电效应等。
光的传播特性
光在均匀介质中沿直线传播,遇 到不同介质界面时会产生反射、 折射等现象。
光的反射、折射与干涉
光的反射
光在遇到物体表面时,会改变传 播方向并返回原介质的现象。反 射过程中遵循反射定律,即入射
工程光学在各领域的应用
航空领域
用于飞机导航、着 陆系统、气象观测 等。
能源领域
用于太阳能电池板 、风力发电叶片的 检测与设计等。
国防领域
用于制造精确的武 器瞄准系统、夜视 仪等。
航天领域
用于卫星通讯、空 间探测、天文观测 等。
通讯领域
用于光纤通讯、光 交换、光网络等。
CHAPTER 02
光学基础知识
光的吸取、散射与色散
01 02
光的吸取
光在传播过程中被物质吸取转化为热能或其他情势能量的现象。不同物 质对不同波长光的吸取程度不同,因此可以利用这一特性进行光谱分析 等。
光的散射
光在传播过程中遇到微小颗粒时,产生散射的现象。散射程度与颗粒大 小和入射光的波长有关,可以利用这一现象进行大气污染检测等。
感谢您的观看
大、缩小、旋转等功能。

河北工业大学机械工程学院《822工程光学基础》(Ⅰ)历年考研真题汇编

河北工业大学机械工程学院《822工程光学基础》(Ⅰ)历年考研真题汇编

目 录2012年河北工业大学825工程光学基础(I)考研真题2011年河北工业大学825工程光学基础考研真题2010年河北工业大学824工程光学基础考研真题2009年河北工业大学824工程光学基础考研真题2008年河北工业大学824工程光学基础考研真题2007年河北工业大学408工程光学基础考研真题2012年河北工业大学825工程光学基础(I)考研真题河3口2业大学2012年攻读硕士学位研究生入学考试试题[a]卷科目名称工程光学细{⑴科目代码B25共2恭适用专业'领域悦器科学与技术注:所有试题答案一律写在答题纸上.答案舄在试巍草稿纸上一律无她―、堵婿(共1S分,共5空,每空3分.答案T1*写在答题纸上.否则尤致.)1、椰寸于整个光涝系统而言,出射充瞄利___是共轴关系。

2、十人的远点此为眼JR0.5米.则这个人为反常眼中的,其时制S3眼统的度数为__*3、一个凸面健的半径为I加,剿怕的硼长度为_*4、巳制-块平如平板射归度为15烦,产生抽像移△〃=$;:用,则该平行平极的折射■率为.二、简答路简要W魂曲及证明题供84分,共14J®,每嫁6分*答案一够在谷题猊匕否则制奴)】、筒述全反射的定义,并给止厕个成用全反射的例f*2、人的K汕边观察水底的物体.感觉物惊比实际位置潦述是浅?说明理此3、分划给出理想光竽系统的勃IL放大率、铀时放大率点角放大亳的定义,并说明三曷之何的关系.4、祝域用昆微链的孑出光胡选在何她说明原琦并解释那ff的I作原m5'光学景湄姓如何忠义的?说明景深与榭对孔*汶「HJ的美系(假设堵距为定值〉.氏什么是迁续一次像,说明连鲤一粕象蚓物之间的坐标系关系.L什么始黄鸟原理,用更%原理征明光的由线传播定律.&、证明平而反射镀成完着像。

9、简述棱镜在光学系统中的作用。

10.忏女是鼓镜的汕J僦同知井荷述其作用.!|、反射定律为t=-r.耳中,为入肘:f t,-1"为反射仙,说明反射角为什么为负.也、证明平行平扳佝.三个成大军a、§、/均为L骂、一f光学系绍f-个像方麹距为lOOuini,门径为Mem的道镜,-个口符为1如的光孔,位于-透辎ti-边如血=匪,对无穷远姓的物制成像,求这个系统泡相对孔帝.14.说明炀镜在光学系统中的作用.三、作图求雌〈共11分,第一愚5分,第二翻6分.答案一律写在答题舐上否则无漱.)L在下图理想光哮春统中,尸为物泌林玲为像方域点,[为物方主点,H’为像方*瓶.求物点橹过理堂事£,学系统后所成的像4,(将下图光通在苔期瓠!-.然后在答峻flj上血出答案工A2、由给淀的物方擘标系,判断下面光学系统中慢方坐嫁系(但画出最后的橡方坐标系仰可),四、*獭(共40分,共4题,每题10分,答案一律写在答题心I舌则无效.〉1、f折射厥肮晚ffi左辿的指射率为L球曲右通的折射率为1.5,物体位于顶点左沾100m处,像镣『顶点右边1就w®甄求球面的半径,判断球面是凹面还是凸面并说明理总求醐放大率、轴向放大率及角放大率-分)M有一正透镜对某一^成倒立的安伽像制与物高相等。

工程光学第一章基本定律与概念

工程光学第一章基本定律与概念
8
反射定律、折射定律
实验证明: (1) 反射光线和折射光线都在入射面内,它们与入射 光分别在法线两侧。
(2)反射角等于入射角。即: I I
(3)折射角的正弦与入射角 的正弦比与入射角无关,仅由 两种介质的性质决定。即:
nsin I nsin I
当n′=-n时,折射定律就转化为反射定律。
24
§1-4 球面光学成像系统
一、单个折射面成像
(一)垂轴放大率


像的大小 物的大小

y y

AB AB

l r lr

nl nl
表明:β仅取决于共轭面的位置。
①当β>0,y′与y同号,表示成正像,反之成倒像。
②当β>0,l′与l同号,物像虚实相反。
③当 1, y y ,成放大的像。
光的发展史
•人类对光的研究分为两个方面:光的本性,以此来研 究各种光学现象,称为物理光学;光的传播规律和传播 现象称为几何光学。 •1666年牛顿提出的“微粒说” •1678年惠更斯的“波动说” •1871年麦克斯韦的电磁场提出后,光的电磁波 •1905年爱因斯坦提出了“光子”说
1
上篇 几何光学与光学设计
l sn sc tc v
表明:只要光线的传播时间t相同,它们的光程也就相同,
即任意两波面之间是等光程。
16
§1-2 成像的基本概念与完善成像条件
一、光学系统与成像概念
完善像点:如果一以物点为中心的同心光束球面波经过光 学系统后仍为一球面波,对应的光束仍为同心光束,则称 该同心光束的中心为物点经过光学系统所成的完善像点。
c 3108 m / s
光在真空 中的速度

工程光学知识点总结

工程光学知识点总结

工程光学知识点总结一、光学基础知识1. 光的特性光是一种电磁波,具有波粒二象性。

光的波长和频率决定了它的颜色和能量。

光在介质中传播时会发生折射和反射现象,这些现象是光学设计和应用的基础。

2. 光的干涉和衍射干涉和衍射是光学中重要的现象,它们是光波相互作用的结果。

干涉是两个或多个光波叠加产生的明暗条纹,衍射是光波在通过孔隙或障碍物时发生弯曲和扩散。

这些现象在光学测量和成像中有重要应用。

3. 光的偏振偏振是光振动方向的限定,通常的光是未偏振的。

偏振光在一些光学应用中有特殊用途,比如偏振片、液晶显示器等。

4. 光的传播光的传播受其波长和介质的影响,光在不同介质中传播时会有折射和反射。

此外,介质散射、吸收等也会对光的传播产生影响。

5. 光学材料光学材料是指在光学器件中用于传播、调制或控制光的材料,包括透明材料、半透明材料、非线性光学材料等。

光学材料的性能对光学器件的设计和性能有重要影响。

二、光学元件的设计和应用1. 透镜透镜是用于聚焦和成像的光学元件。

透镜分为凸透镜和凹透镜,它们分别用于成像、矫正等不同的应用。

常见的透镜设计包括单透镜、复合透镜、非球面透镜等。

2. 棱镜棱镜是由两个或多个平面或曲面构成的光学元件,用于折射和分离光线。

棱镜广泛应用于光谱分析、成像和激光技术中。

3. 波片波片是一种具有特定光学性能的光学元件,用于调节光的偏振和相位。

波片广泛应用于激光器、光学通信、显微镜等领域。

4. 光栅光栅是一种具有周期性结构的光学元件,用于光的衍射和色散。

光栅可以用于光谱分析、光学测量、激光调制等应用。

5. 光纤光纤是一种用于传输光信号的光学元件,具有良好的光学性能和传输性能。

光纤广泛应用于通信、传感、医疗等领域。

6. 光学薄膜光学薄膜是一种具有特定光学性能的薄膜材料,用于增强、减弱或调节光的透射、反射、吸收等特性。

光学薄膜广泛应用于激光器、光学镜头、太阳能电池等领域。

三、光学成像1. 光学成像原理光学成像是利用透镜、镜片等光学元件将物体投射成像到感光介质上的技术。

《工程光学基础》科目代码841考研大纲

《工程光学基础》科目代码841考研大纲

《工程光学基础》(科目代码841)考研大纲注意:本考试大纲仅适用2021年浙江大学研究生入学考试1、考研建议参考书目郁道银、谈恒英主编《工程光学》第1~7,10~15章,机械工业出版社。

2、基本要求:1) 熟练掌握几何光学的基本定律,了解费马原理,掌握完善成像条件;2) 熟练掌握共轴球面系统、平面系统和理想光学系统成像的基本特征,掌握基点、焦距、放大率、物像关系、拉赫不变量等概念及相关计算并能熟练作图,掌握光组组合的计算与作图方法;掌握光的色散原理和光学材料的描述参数;3) 熟练掌握光学系统的孔径光阑及入瞳出瞳、视场光阑、渐晕光阑的概念、判断、作用和计算方法,光学系统景深及远心光学系统的基本特征;4) 熟练掌握光度学各物理量的意义和国际标准量纲体系,掌握光学系统传输光能的特征;5) 熟练掌握各种几何像差的概念和基本特征;6) 熟练掌握各种典型光学系统的成像原理、光束限制、放大倍率、分辨本领,掌握显微镜和投影系统及其照明系统、望远镜和转像系统的关系,能够解决典型光学系统的外形尺寸计算问题。

7) 熟练掌握光的电磁波表达形式和电磁场的复振幅描述;掌握光在介质分界面上的反射和折射,尤其是正入射的情况;掌握光波的叠加原理与方法、光波的傅里叶分析方法。

8) 熟练掌握光程差概念以及对条纹的影响及基本的等厚等倾干涉系统。

掌握条纹定域和非定域的概念及条纹可见度概念;典型的多光束干涉系统以及单层增透、减反膜的计算结论和实际应用。

9) 熟练掌握典型的夫朗和费衍射系统概念和计算;掌握普通光栅及闪耀光栅的原理和计算;衍射极限的概念及在典型光学系统设计中的运用;夫朗和费衍射与傅立叶变换的关系;菲涅耳波带片的概念和使用。

10)熟练掌握电磁场叠加以及空间频率的概念;掌握4F系统光学系统用于光学信息处理的概念和过程;相干光学系统和非相干光学系统对成像影响的结论和运用;空间滤波的概念及简单计算、全息概念及典型应用。

11)熟练掌握平面电磁波在晶体中的传播过程及寻常光线、非寻常光线各电磁分量之间的关系;掌握惠更斯作图法、斯涅耳作图法及应用;典型晶体器件的琼斯矩阵表示及其应用;典型类型偏振光的判断。

工程光学基础教程_习题参考答案

工程光学基础教程_习题参考答案

工程光学基础教程_习题参考答案工程光学基础教程_习题参考答案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。

2.2 凸透镜的成像原理是什么?如何计算凸透镜的焦距?答:凸透镜的成像原理是光线经过凸透镜后,平行于主轴的光线会聚于一点,这个点称为焦点。

焦距是指从透镜中心到焦点的距离。

凸透镜的焦距可以通过公式 f=1/v+1/u 进行计算,其中f为焦距,u为物距,v为像距。

2.3 凹透镜的成像原理是什么?如何计算凹透镜的焦距?答:凹透镜的成像原理是光线经过凹透镜后,平行于主轴的光线会朝透镜中心方向会聚于一点,这个点称为虚焦点。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

Chapter1
2011.3
约在公元前400多年(先秦时代),中国的《墨经》 中记录了世界上最早的光学知识。它有八条关于光学 的记载,叙述影的定义和生成,光的直线传播性和针 孔成像,并且以严谨的文字讨论了在平面镜、凹球面 镜和凸球面镜中物和像的关系。
公元11世纪阿拉伯人伊本· 海赛木发明透镜 公元1590年到17世纪初,詹森和李普希同时独立地发 明显微镜; 17世纪上半叶,斯涅耳和笛卡儿将光的反射和折射的 观察结果,归结为今天大家所惯用的反射定律和折射定 律。
Chapter1
2011.3
1846年,法拉第发现了光的振动面在磁场中发生旋 转; 1856 年,韦伯发现光在真空中的速度等于电流强 度的电磁单位与静电单位的比值。他们的发现表明光 学现象与磁学、电学现象间有一定的内在关系。
1860年前后,麦克斯韦指出光是电磁波。 1900年,普朗克提出了辐射的量子论。光的量子称为光子。 1905年,爱因斯坦运用量子论解释了光电效应。第一次提 出 了狭义相对论基本原理。 1922年发现了康普顿效应,1928年发现了喇曼效应——量 子 力学和狭义相对论都是在关于光的研究中诞生和发展的。
Chapter1 2011.3
自 20 世纪 50 年代以来,开始把数学、电子技术和 通信理论与光学结合起来,给光学引入了频谱、空间 滤波、载波、线性变换及相关运算等概念,更新了经 典成像光学,形成了“傅里叶光学”和光学信息处理 学科。光纤通信就是依据这方面理论的重要成就,它 为信息传输和处理提供了崭新的技术。 在现代光学研究中,由强激光产生的非线性光学现象正 为越来越多的人们所注意。激光光谱学,包括激光喇曼 光谱学、高分辨率光谱和皮秒超短脉冲,以及可调谐激 光技术的出现,已使传统的光谱学发生了很大的变化, 成为深入研究物质微观结构、运动规律及能量转换机制 的重要手段。它为凝聚态物理学、分子生物学和化学的 动态过程的研究提供了前所未有的技术。
简历
李林,1957年生。北京理工大学光电学院教授,博士生导师 ,北京市教学名师。 主编出版了七本著作。 获得部级科技一等奖 1 次,二等奖 1 次,三等奖 4 次。应用光 学课程获北京市精品课程。 主要研究领域为光学系统设计,光电仪器设计与检测,光学 CAD 软件研制,照明光学系统研究,光引擎研究,红外仿真研 究,空间光学研究。 现为中国照明学会理事,全国光学和光学仪器标准化技术委 员会委员,中国兵工学会光学专业委员会委员,中国宇航学会 光学专委会委员,中国光学学会会员,中国兵学会会员,SPIE 会员,长春光机所学报《光学精密工程》编委,《光学技术》 编委。
Chapter1 2011.3
绪论
广义的说,光学是研究从微波、红外线、可见光、 紫外线直到 X 射线的宽广波段范围内的,关于电 磁辐射的发生、传播、接收和显示以及跟物质相 互作用的科学。
光学是一门有着悠久历史的学科,它的发展史可 追溯到2000多年前。 人类对光的研究,最初主要是试图回答“人怎么 能看见周围的物体?”之类问题。
Chapter1
2011.3
应用光学 主要研究光学的应用问题。 技术光学:光学系统设计及光学仪器理论,光学制造和光 学测试,干涉量度学,薄膜光学,纤维光学和集成光学 等 光度学、辐射度学: 有关电磁辐射物理量的测量和计算 色度学: 以人眼为接收器,研究电磁辐射所引起的彩色视觉, 及其心理物理量的测量和计算 与其他学科交叉的分支 : 天文光学、海洋光学、遥感光学、 大气光学、生理光学及兵器光学等。 光学是由许多与物理学紧密联系的分支学科组成;由 于它有广泛的应用,所以还有一系列应用背景较强的分 支学科也属于应用光学范围。
Chapter1 2011.3
1960 年,梅曼用红宝石制成第一台可见光的激光 器;同年制成氦氖激光器;1962年产生了半导体激光 器;1963年产生了可调谐染料激光器。由于激光具有 极好的单色性、高亮度和良好的方向性,所以自1958 年发现以来,得到了迅速的发展和广泛应用,引起了 科学技术的重大变化。 光学的另一个重要的分支是由成像光学、全息术和光 学信息处理组成的。这一分支最早可追溯到1873年阿贝提 出的显微镜成像理论,和1906年波特为之完成的实验验证; 1935年泽尔尼克提出位相反衬观察法,并依此由蔡司工厂 制成相衬显微镜,为此他获得了1953年诺贝尔物理学奖; 1948年伽柏提出的现代全息照相术的前身——波阵面再现 原理,为此,伽柏获得了1971年诺贝尔物理学奖。
Chapter1 2011.3
1665年,牛顿进行了太阳光的实验,把太阳光分解 成简单的组成部分——光谱。牛顿还发现了牛顿环。 牛顿根据光的直线传播性,认为光是一种微粒流。 惠更斯创立了光的波动说。提出“光同声一样,是以 球形波面传播的”。
19 世纪初,波动光学初步形成,其中托马斯 · 杨圆满 地解释了“薄膜颜色”和双狭缝干涉现象。菲涅耳于 1818年以杨氏干涉原理补充了惠更斯原理,圆满解释了 光的干涉和衍射现象,也能解释光的直线传播。
Chapter1 2011.3
常见光电仪器
观察仪器:望远镜 测量仪器:测距机 瞄准:火炮周视瞄准镜 摄像:照相机
Chapter1 2011.3
望远镜
Chapter1
2011.3
Chapter1
2011.3
显微镜
Chapter1
2011.3
常见光电仪器
照相机
Chapt械部分:仪器的传动机构、联接机构、调 整机构、壳体等 电器部分:各种电子线路、照明、显示、 计算机控制等
Chapter1 2011.3
通常把光学分成几何光学、物理光学和量子光学。
几何光学利用光线的概念,用折射和反射定律来描述 光在各种媒质中的传播现象和传播规律。 物理光学是从光的波动性出发来研究光在传播过程 中所发生的现象的学科,所以也称为波动光学。它可以 比较方便的研究光的干涉、光的衍射、光的偏振,以及 光在各向异性的媒质中传插时所表现出的现象。 量子光学从光子的性质出发,来研究光与物质相互 作用的学科。它的基础主要是量子力学和量子电动力 学。
相关文档
最新文档