北理应用光学=习题
应用光学习题集答案
应⽤光学习题集答案习题第⼀章1、游泳者在⽔中向上仰望，能否感觉整个⽔⾯都是明亮的？(不能，只能感觉到⼀个明亮的圆，圆的⼤⼩与游泳都所在的⽔深有关，设⽔深H ，则明亮圆半径HtgIc R =）2、有时看到窗户玻璃上映射的太阳光特别耀眼，这是否是由于窗玻璃表⾯发⽣了全反射现象？答：是。
3、⼀束在空⽓中波长为nm 3.589=λ的钠黄光从空⽓射⼊⽔中时，它的波长将变为多少？在⽔中观察这束光时其颜⾊会改变吗？答：'λλ=n ，nm 442'=λ不变 4、⼀⾼度为m 7.1的⼈⽴于路灯边（设灯为点光源）m 5.1远处，路灯⾼度为m 5，求⼈的影⼦长度。
答：设影⼦长x ，有：57.15.1=+x x ∴x=0.773m 5、为什么⾦钢⽯⽐磨成相同形状的玻璃仿制品显得更加光彩夺⽬？答：由于⾦钢⽯折射率⼤，所以其临界⾓⼩，⼊射到其中的光线⼤部分都能产⽣全反射。
6、为什么⽇出或⽇落时太阳看起来稍微有些发扁？（300例P1）答：⽇出或⽇落时，太阳位于地平线附近，来⾃太阳顶部、中部和底部的光线射向地球⼤⽓层的⼊射⾓依次增⼤（如图）。
同时，⼤⽓层密度不均匀，折射率⽔接近地⾯⽽逐渐增⼤。
当光线穿过⼤⽓层射向地⾯时，由于n 逐渐增⼤，使其折射⾓逐渐减⼩，光线的传播路径就发⽣了弯曲。
我们沿着光线去看，看到的发光点位置会⽐其实际位置⾼。
另⼀⽅⾯，折射光线的弯曲程度还与⼊射⾓有关。
⼊射⾓越⼤的光线，弯曲越厉害，视觉位置就被抬得越⾼，因为从太阳上部到下部发出的光线，⼊射⾓依次增⼤，下部的视觉位置就依次⽐上部抬⾼的更多。
第⼆章1、如图2－65所⽰，请采⽤作图法求解物体AB的像，设物像位于同⼀种介质空间。
图2－652、如图2－66所⽰，'MM 为⼀薄透镜的光轴，B 为物点，'B 为像点，试采⽤作图法求解薄透镜的主点及焦点的位置。
BM B 'M ′ B M M ′B ' ●●●●(a) (b)图2－663、如图2－67所⽰，已知物、像的⼤⼩及位置，试利⽤图解法求解出焦点的位置，设物、像位于同⼀种介质空间。
北京理工大学820应用光学1999-08、11、13-14年(11年回忆版)考研专业课历年真题汇编
第1页，共3页 一、问答题（共60分，每小题6分）
1.用显微镜观察相距0.0005mm 的两物点，采用划线对准的方式，视放大率至少要多少？
2.什么叫望远镜的视角分辨率和衍射分辨率？已知望远镜的视放大率为30×，出瞳距离为1.5mm ，求该望远镜的视角分辨率和衍射分辨率。
3.什么叫主平面？什么叫节平面？主平面和节平面什么条件下重合？
4.什么叫波像差？光学系统成像质量的判断标准是什么？
5.已知棱镜展开厚度为d = 50mm ，折射率n = 1.5，求像面的移动距离。
6.一个发光圆盘（可视为朗伯光源），在与法线成30°角方向上的光强为I 。
求出射光通量。
7.什么是光圈数？在5.6、8、11这几个光圈数中，相同曝光时间下，哪个进光量最大？
8.投影仪分为哪几个部分？分别有什么作用？
9.什么叫场镜？场镜有什么作用？
10.什么叫渐晕？渐晕大小如何表示？
二、叙述及证明题（共30分，每小题10分）
1.描述如何判断平面棱镜系统的成像方向。
2.两组透镜组成倒像系统，对无限远物体成像，焦距分别为f 1′和f 2′，中间的两个透镜之间为平行光。
将倒像系统旋转180°，保持物、像位置不变。
证明系统总的视放大率
2014年攻读硕士学位研究生入学考试试题 科目代码： 820 科目名称： 应用光学
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北理工820应用光学考研真题(1999-2014)
������
J
J’
������′
4. 已知主点 ������1、������1′、������2、������2′ 和焦点������1、������1′、������2、������2′，求像������′������′的物 AB。
第 2 页，共 6 页
������1 ������1′
������2 ������2′
3. 一望远系统物镜焦距为 300mm，物方视场角2������ = 8°，从目镜出射的像方视 场角为2������′ = 69.9277°，出瞳直径������′ = 6mm，物镜后方有一靴型屋脊棱镜（玻璃 折射率为 1.5163，棱镜展开厚度为 L = 2.98D）作为倒像系统，棱镜出射面到目 镜的距离为 40mm，求棱镜入射面的口径������棱1为多少？棱镜出射面的口径������棱2为 多少？望远物镜到棱镜入射面之间的距离为多少？（物镜、目镜均按薄透镜计算） （10 分）
五、问答及证明题（共 15 分，每小题 5 分） 1. 证明点光源照明一微小平面时的光照度公式为
������ cos ������ ������ = ������2 其中 I 为发光强度，������为平面法线方向和照明方向的夹角，������为平面与光源之间的 距离。
2. 证明望远系统中用了场镜以后并不影响原有光学系统的光学特性，在望远系 统中使用场镜有什么作用？
第 4 页，共 6 页
3. 画图并推导出理想光学系统物像关系的牛顿公式。
六、计算题 1. 一物镜焦距为 2200m 的平行光管用来测量一焦距为 100mm 的被测系统，在 被测系统的物方焦面上放置一直径为 0.1mm 的小孔，问此小孔经被测系统和平 行光管后，像的直径为多少？现在在平行光管后面加一负透镜，使小孔像放大到 8.8mm，并要求新像点在原像点后 200mm 处，求负透镜的焦距以及与平行光管 物镜之间的距离。（所有系统均按薄透镜系统计算）（10 分）
应用光学习题(第一章部分课后习题)
编号
出处
1_004
P124_8
答：（接上一页）
若透镜为无焦系统，则 Φ 即
n(r2 r1 ) (n 1)d 0
1 0 f
d
n (r2 r1 ) n 1
此时构成望远结构分别 有 f f ' lH lF lF lH 主面和焦面都在无穷远 处
h2 h1 d1tgu1 h1 d1tgu1 d 2 tgu 2 h3 h2 d 2 tgu 2
n1 h h tgu1 1 1 1 1 n1 n1 n1
n2 h2 2 n1 h11 h2 2 1 h11 h2 2 tgu 2 tgu2 n2 n2 n2 n1 n2 n2
d )f f1
lk 400mm lF
所以可以得到
(1 d ) f 400 f1 （2）
n1
ff1 f 2
1
2
n2
像面
由双子系统焦距公式 f1 f 2 f 1200 f1 f 2 d
（3）
H
H1 H1
H2 H2
x2 f 2 2 x1 f 2 4 x1 f 2 0 l2
x1
1 f 2 50 mm 4 物体所处的位置 -50mm x1 100mm
即，物体放在 L1左面150mm以内
(3) 假如双子系统由正负透镜组合
A
1时，如果1 0， 2 0时，
答：由组合系统光焦度公式 1 h h h 1 1 2 2 3 3 h1 如果考虑平行光入射到 这个薄透镜系统， 即 tgu1 0,薄透镜系统处于空气中
北理工820应用光学考研真题1999-2014
请全国统考考生答一、二、三、四题。
请单独考试考生答一、二、五、六题。
一、填空（共25分，每空1分）1.在透明介质中光的波长和光速（ ）改变，但（ ）不变。
2.一个光学系统的像方和物方焦距之比等于（）之比，但（ ）相反。
3.望远镜的角放大率、视放大率、垂轴放大率和轴向放大率与共轭面的（）无关，只与（）有关。
4.光亮度表示发光面上单位（）在单位（）发出的光通量。
5.通常把衍射光斑的（）作为物点通过理想光学系统的衍射像，我们把两个衍射像间所能分辨的（）称为理想光学系统的衍射分辨率，其公式为（）。
6.满足（）和（）相等的视放大率称为望远镜的有效放大率。
当视放大率等于有效放大率时，望远镜的出瞳等于（）。
7.对于正常人眼，要求望远镜物镜的像方焦点和目镜的（）重合，对于近视眼，则要求调节目镜，使通过目镜成一视度为（）像供人眼观察，对于远视眼则要求通过目镜成一视度为（）像供人眼观察。
8.阿贝条件是保证共轴系统中沿（）方向的微小线段理想成像的条件，赫谢尔条件是保证共轴系统中沿（）方向的微小线段理想成像的条件。
9.物方节点与（）共轭，像方焦点F ′与（）共轭，物方焦点F 与（）共轭。
10.单个反射球面的主点位于（），节点位于（），焦点位于球心和顶点的（）处。
北京理工大学（原北京工业学院） 应用光学02604-04二、作图（共20分，每小题5分）1.已知主点H 、H ′和焦点F 、F ′，求像点A ′的物点A 。
2.已知主点H 、H ′和焦点F 、F ′，求像点B ′的物点B 。
3.已知焦点F 、F ′和节点J 、J ’，求主点H 、H ′。
4.已知主点 H 1、H 1′、H 2、H 2′和焦点F 1、F 1′、F 2、F 2′，求像A ′B ′的物AB 。
F H A ′F ′ H ′FH ′B ′ F ′ H F FJ三、问答及证明题（共15分，每小题5分）1.显微镜物镜的分辨率怎样表示？试导出显微镜物镜分辨率的公式。
《物理光学与应用光学》习题及选解2
《物理光学与应⽤光学》习题及选解2《物理光学与应⽤光学》习题及选解第⼀章习题1-1. ⼀个线偏振光在玻璃中传播时，表⽰为：i E ))65.0(10cos(10152t cz-??=π，试求该光的频率、波长，玻璃的折射率。
1-2. 已知单⾊平⾯光波的频率为z H 1014=ν，在z = 0 平⾯上相位线性增加的情况如图所⽰。
求f x ， f y ， f z 。
1-3. 试确定下列各组光波表⽰式所代表的偏振态： (1))sin(0kz t E E x -=ω，)cos(0kz t E E y -=ω; (2) )cos(0kz t E E x -=ω，)4cos(0πω+-=kz t E E y ;(3) )sin(0kz t E E x -=ω，)sin(0kz t E E y --=ω。
1-4. 在椭圆偏振光中，设椭圆的长轴与x 轴的夹⾓为α，椭圆的长、短轴各为2a 1、2a 2，E x 、E y 的相位差为?。
求证：?αcos 22tan 220000y x y x E E E E -=。
1-5.已知冕牌玻璃对0.3988µm 波长光的折射率为n = 1.52546，11m 1026.1/--?-=µλd dn ，求光在该玻璃中的相速和群速。
1-6. 试计算下⾯两种⾊散规律的群速度（表⽰式中的v 表⽰是相速度）：(1)电离层中的电磁波，222λb c v +=，其中c 是真空中的光速，λ是介质中的电磁波波长，b 是常数。
(2)充满⾊散介质（)(ωεε=，)(ωµµ=）的直波导管中的电磁波，222/a c c v p -=εµωω，其中c 真空中的光速，a 是与波导管截⾯有关的常数。
1-7. 求从折射率n = 1.52的玻璃平板反射和折射的光的偏振度。
⼊射光是⾃然光，⼊射⾓分别为?0，?20，?45，0456'?，? 90。
1-8. 若⼊射光是线偏振的，在全反射的情况下，⼊射⾓应为多⼤⽅能使在⼊射⾯内振动和垂直⼊射⾯振动的两反射光间的相位差为极⼤？这个极⼤值等于多少？=501θ，n 1 = 1，n 2 = 1.5，则反射光的光⽮量与⼊射⾯成多⼤的⾓度？若?=601θ时，该⾓度⼜为多1-2题⽤图⼤？1-10. 若要使光经红宝⽯（n = 1.76）表⾯反射后成为完全偏振光，⼊射⾓应等于多少？求在此⼊射⾓的情况下，折射光的偏振度P t 。
北京理工大学820应用光学模拟题5
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因为专一所以专业，理硕教育助您圆北理之梦。
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2．-个8倍的望远镜系统由物镜、斜方棱镜，目镜构成。
斜方棱镜的入射面到物镜的距离为110 mm，斜方棱镜口径为30 mm，折射率为1.5，棱镜的出射面到目镜的距离为30 mm，求物镜和目镜的焦距。
如果入瞳和物镜重合，物镜通光口径多大？（透镜均按薄透镜考虑）3．3．用一个60 W灯泡照明2m远处并与照明方向成45。
的平面，假定灯泡发光效率（光视效能）为10 Im/W，各方向均匀发光，求被照表面的照度等于多大？4根据理想光学系统的成像性质，导出以主点为原点的共轭点方程式和垂轴放大率。
3．设有一个同心透镜，其厚度为30mm，玻璃折射率为1.5，焦距为-100 mm，求两个半径等于多少？它的主面在哪里？5.已知显微镜的视度大率为300，目镜的焦距为20 rnm，求显微镜物镜的倍率。
假定人眼的视角分辩率为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？该显微镜物镜的数值孔径不小于多少？6.设幻灯机离开投影屏幕的距离为45 m，投影屏幕为5 mX4 m，幻灯片尺寸为20 mX16 m，光源亮度为12 000熙提，聚光系统使幻灯片均匀照明，并使光束充满物镜口径，如果物镜的透过率为0.6，要求屏幕照度为100 lx，求该幻灯祝物镜的焦距和相对孔径，7.人眼垂直看水池1 m处的物体，试问物体的像到水面的距离是多少（水的折射率为1. 33）?8.对于一个共轴理想光学系统，如果物平面倾斜于光轴，试问其像的几何形状是否与物相似。
应用光学习题”、“物理光学习题”、“工程光学-练习题
“应用光学习题”、“物理光学习题”、“工程光学+练习题”一、选择题1、几何光学有三大基本定律，它们是是：（ D ）A、折射与反射定律，费马原理，马吕斯定律；B、直线传播定律，折射与反射定律，费马原理；C、独立传播定律，折射与反射定律，马吕斯定律；D、直线传播定律，独立传播定律，折射与反射定律。
2、对理想光学系统，下列表述正确的是：（ C ）A、位于光轴上的物点的共轭像点不在光轴上；B、物方焦点与像方焦点共轭；C、基点与基面为：焦点、主点、节点，焦平面、主平面、节平面；D、牛顿物像位置关系，它是以主点为坐标原点。
3、关于光阑，下列表述正确的是：（ B ）A、孔径光阑经其前面的光学系统所成的像称为入窗；B、若孔径光阑在光学系统的最前面，则孔径光阑本身就是入瞳；C、孔径光阑、入窗、出窗三者是物像关系；D、视场光阑是限制轴上物点孔径角的大小，或者说限制轴上物点成像光束宽度、并有选择轴外物点成像光束位置作用的光阑。
4、关于人眼，下列描述正确的是：（ A ）A、眼睛自动改变焦距的过程称为眼睛的视度调节；B、近视眼是将其近点矫正到明视距离，可以用负透镜进行校正；C、眼睛可视为由水晶体、视网膜和视神经构成的照相系统。
；D、人眼分辨率与极限分辨角成正比关系。
5、关于典型光学系统，下列表述正确的是：（ B ）A、增大波长可以提高光学系统的分辨率；B、显微镜的有效放大率，放大率高于1000NA时，称作无效放大率，不能使被观察的物体细节更清晰；C、目视光学仪器，其放大作用可以由横向放大率来表示；D、减小孔径可以提高光学系统的分辨率。
6、关于光的电磁理论，下列表述正确的是：（ D ）A、两列光波相遇后又分开，每列光波不再保持原有的特性；B、两列光波叠加后其光强为两列光波的强度之和；C、等振幅面传播的速度称为相速度；D、两个振幅相同、振动方向相同、传播方向相同，但频率接近的单色光波叠加形成拍现象。
7、关于光的干涉，下列表述正确的是：（ A ）A、平行平板的多光束干涉中，随平板反射率的增加，透射光的干涉条纹变得越明锐；B、楔形平板形成的干涉为等倾干涉；C、等倾干涉条纹为同心圆环状条纹，中央条纹级次最低；D、迈克耳逊干涉仪只能产生等厚干涉条纹。
考研-应用光学-北京理工大学
说明：以下内容是由我个人整理的北京理工大学应用光学考研专业课历年真题中的问答题部分的一些题目，仅供需要的同学参考。
由于时间当时较紧，有些地方可能会有错误。
其中每个问题后【】里面的数字代表考试中出现的次数。
1.什么叫做“理想光学系统”?共轴理想光学系统还具有那些性质？【2】物象空间符合“点对应点，直线对应直线，平面对应平面“成像关系的光学系统称为“理想光学系统” 。
性质: （1）位于光轴上的物点其像点一定位于光轴上。
（2）位于过光轴某一截面的物点，其像点也在该平面内。
（3）过光轴的任意截面的成像性质都相同。
（4）垂直于光轴的同一平面的物所成的像，其几何形状与物完全相似。
（5）位于垂直于光轴的同一平面内共轭像面也垂直于光轴（6）如果已知两对共轭面位置和放大率；或者一对共轭面的位置和放大率，以及轴上两对共轭点的位置，则其他一切像点都可以随之确定。
2.什么叫做“目视光学仪器的视度调节？什么叫近视眼?什么叫远视眼？对于近视眼和远视眼应该分别如何调节？【2】为了使目视光学仪器能够适应各种不同视力人的使用，可以改变目镜的前后位置，使仪器所成的像不在无限远处，而是位于目镜的前方或后方的一定距离上，以适应近视或远视的需要，这就是“目视光学仪器的视度调节”。
只能看到有限远物体的眼睛叫近视眼；近视距离在明视距离之外的眼睛叫远视眼。
近视眼戴负透镜，远视眼带正透镜。
对于近视眼，目镜向前调节；对于远视眼，目镜应向后调节。
3.什么时棱镜的展开？在应用棱镜展开时，为了使棱镜和共轴球面系统组合后仍能保持共轴球面系统的特性，棱镜的结构必须满足哪两个要求？【4】把棱镜的主截面沿着它的反射面展开，取消棱镜d 反射，以平行玻璃板的折射代替零件折射的方法称作“棱镜的展开” 。
要求：(1)棱镜展开后入射面和出射面平行(2)如果棱镜位于会聚光束中，则光轴必须和棱镜的入射面和出射面垂直。
4.什么叫“孔径光阑”？什么叫“视场光阑”？“孔径光阑”：限制进入光学系统成像光束孔径的光阑。
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。
北京理工大学820应用光学2002年考研专业课真题试卷
北京理工大学2002年硕士研究生入学考试试题
一、问答题（共30分，每小题2分）
1.什么叫“临界照明”？什么叫“柯勒照明”？
2.什么叫望远镜的“有效放大率”？
3.什么叫“理想光学系统的衍射分辨率”？它等于什么？
4.什么叫“畸变”？它与什么因素有关？
5.红光和紫光哪种波长长？对同一个透镜，红光与紫光哪个的焦距长？
6.光学系统中光能的损失包括哪些部分？通常采用什么方法减少反射损失？
7.什么叫“人眼的视见函数”？在哪种波长下人眼的视见函数等于1？
8.什么叫“景深”？景深与焦距和相对孔径有什么关系？
9.什么叫“物方远心光路”？什么叫“像方远心光路”？
10.望远镜的垂轴放大率、角放大率和视放大率有什么关系？
11.什么叫“人眼的视角分辨率”？它等于什么？
12.像方焦点与谁共轭？物方焦点与谁共轭？
13.满足全反射的条件是什么？
14.物理光学研究什么内容？几何光学研究什么内容？
15.对棱镜展开有哪两个要求？
二、证明题（共16分，每小题4分）
1.证明通过望远镜观察发光面时，主观光亮度小于人眼直接观察的主观光亮度。
第1页，共4页。
应用光学例题
应用光学例题(总29页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--近轴光学系统例1.一厚度为200mm的平行平板玻璃（n=）下面放着一直径为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，问纸片的最小直径为多少例2.用费马定理证明光的折射定律和反射定律。
例3.如图有两个平面反射镜，M1、M2夹角为α，今在两反射镜之间有一光线以50°角入射，入射到M1的反射镜上，经M1、M2四次反射后，起反射光线与M1平行，求其夹角α。
例4.设计一个在空气中和某种玻璃之间的单个折射表面构成的光学系统，希望物在空气中离表面。
实像在玻璃中，离表面，放大率为。
那么玻璃的折射率应为多少表面的曲率半径为多少例5.直径为100mm的球形玻璃缸，将半面镀银，内有一条鱼在镀银面前25mm处。
问缸外的观察者看到几条鱼位置在何处相对大小事多少（水的折射率为4/3)例6.在一张报纸上放一个平凹透镜，通过镜面看报纸。
当平面朝着眼睛时，报纸的虚像在平面下处。
当凸面朝着眼睛时，报纸的虚像在凸面下处。
若透镜中央厚度为20mm。
求透镜的折射率和凸球面的曲率半径。
例7.一凹球面镜将一实物成一实像，物与像的距离为1m，物高为像高的4倍，求凹面镜的曲率半径。
例8.①一束平行光入射到一半径r=30mm，折射率n=的玻璃球上，求其汇聚点的位置。
②如果在凸面上镀反射膜，其汇聚点应在何处③如果凹面镀反射膜，则反射光束在玻璃中的汇聚点在何处④反射光束经前表面折射后，汇聚点在何处说明各汇聚点的虚实。
(2)(3)(4)例9.一直径为400mm，折射率为的玻璃球中有两个小气泡，一个位于球心，另一个在1/2半径处。
沿两气泡连线方向在球两边观察，问看到的气泡在何处如果在水中观察者看到的气泡又在何处例10.位于空气中的等腰直角棱镜折射率n=，问当光线在斜边上发生全反射时直角边1上入射光线的入射角I1应为多大若棱镜折射率增大，I1增大还是减小又问若棱镜放入水中，按图中光轴方向入射的光线是否会发生全反射。
北京理工大学光学工程专业物理光学课件与习题答案
a0 a0 2
4
rect
b0
a
f , f
a0b0exp
j 0
2
sinc
a0 x
2 f
cos
a0x 2 f
0
2
sinc
b0
y f
E x,
y
a0b0
j f
exp
j
f
x2 y2 2f
0
2
sinc
a0
2
x f
cos
a0x 2 f
④ 对于夫琅和费衍射： E (P) (x, y)， E (P) E (P) (x, y) (x, y) (当x y 0) E (P) E (P)(当x and (or) y 0)
或
(x, y) (x y 0)
L L (x, y)(x y 0以外的一切点)
⑤ 菲涅耳衍射：公式 E (P) E (P) E (P) 仍然成立，但
3．直边夫琅和费衍射
A step
E x, y
1
j f
exp jk
f
x2 2f
y2
f j2
x
1 2
x
f
y
f
1
L
x,
y
4
2
x
2
（当x, y 0)
x, y 当x=y=0
4．位相物体的夫琅和费衍射
A
,
rect
a0 a0 2
4
exp
j0
rect
Hole
Diffraction
pattern pattern
Square holes
Round holes
Moon coronas are due to diffraction.
北理应用光学测试
测试一一、问答题（共30分，每小题2分）：1、人眼通过望远镜观察发光点和发光面时的主观光亮度有什么区别？2、光学系统中造成光能损失的原因有哪些？3、对目视光学仪器的两个共同要求是什么？为什么？4、光亮度的含义是什么？5、柯勒照明和临界照明有什么区别？6、场镜通常位在光学系统中什么地方？它对光学系统有什么作用？>7、像方远心光路有什么特点？8、孔径光阑和视场光阑有什么区别？9、显微镜为什么可以将细小的物体放大？10、近视眼要佩戴什么样的眼镜？眼镜的焦距等于什么？11、如果已知一个光学系统的结构参数r、d、n等，要求出系统的主平面和焦点，应该采取什么样的方法来计算？12、什么叫理想光学系统的衍射分辨率？它与什么参数有关？13、显微镜物镜的衍射分辨率与什么参数有关？采取什么途径可以提高显微镜的衍射分辨率？14、平行玻璃板有什么样的成像特性？15、一条纹恰好位于一玻璃球的中心，经玻璃球折射后，其共轭像位于什么地方？像与物反向还是同向？16、某青年眼睛正常，其远点在（），最大调节范围为－10 视度，近点距离为（）。
17、偶数个平面反射镜成像物像( )，奇数个平面反射镜成像,则成( )。
单个平面镜绕着和入射面垂直的轴转动α角,反射光线和入射光线之间的夹角将改变( )。
18、对目视光学仪器的两个共同要求是( )和( )。
19、某望远镜利用目镜调节视度，若目镜焦距f＇=20mm，要调节-5视度，目镜移动量为( )毫米，移动方向是( )物镜方向。
20、柯勒照明中，照明系统将光源成像在（）；临界照明中，光源成像在（）。
21、如果望远镜的出瞳直径为4mm，视放大率为3.7×，则该望远镜的分辨率为（9 。
5“）。
22、有两个灯泡A和B，离人眼距离分别为5m和10m，如果人眼感觉两个灯泡一样亮，二者的发光强度应该满足IA:IB=( )。
23、物方节点与（）共轭，像方焦点与（）共轭，物方焦点与（）共轭。
24、单个折射球面的主点位在（）；反射球面的焦点位于（）。
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一个清晰的像。证明透镜的焦距为
。
• 有一个用于红外系统的球形浸没透镜，物空间为空气，折射率为
1.5 ，它将物体成像在后表面与球心的 1 / 2 处，证明此时的垂轴
放大率为 1/2 。
• 由两个正的薄透镜组成的系统，若物体位在第一个透镜的物方焦平
面处，证明此时像与物的垂轴放大率为第二个透镜与第一个透镜焦距
• 设有一个投影物镜，采用 100W 的灯泡照明，灯泡的光视效能为 20 lm/W, 发光体直径为 4 毫米 、各方向均匀发光的球形灯丝，要求银 幕的光照度为 60 lx ，银幕离开投影仪的距离为 10 米 ，投影仪片 门宽为 20 毫米 ，整个系统的透过率 τ ＝ 0.6 ，求投影物镜的焦 距和相对孔径。 • 有一对称照相物镜，相对孔径为 1:5 ，每亿半焦距为 200 毫米 ， 两透镜组相距 20 毫米 ，在透镜组中央有一个孔径光阑。在物镜前 方 400 毫米 处有一个垂直光轴的物体，其光亮度为 500 cd/m 2 。 如果不考虑系统的光能损失，求像平面光照度。当物体位于无限远时， 像平面光照度又为多少？
微小物体通过显微物镜的像距硅靶的距离为 210 毫距 及离硅靶的距离。（ 15 分）
• 思考题：为什么望远镜系统中成像光束的选择非常重要？ • 在设计一个光学系统时，应如何考虑选择孔径光阑和视场光阑？ • 怎样表示显微镜物镜的成像光束大小和成像范围大小？望远镜中 是怎样表示的？ • 一般用显微镜的孔径光阑选在什么地方？测量用显微镜的孔径光 阑选在什么地方？为什么？ 第六章 : 辐射度学和光度学基础 ( 理论学时： 8 学时 ) • 讨论题：光通量和辐射通量有什么区别？ • 讨论题：发光强度、光照度以及光亮度分别代表什么含义？ • 思考题：什么叫发光点？什么叫发光面？如何表示人眼对发光点和 发光面的主观光亮度？ • 一般钨丝白炽灯各方向的平均发光强度（ cd ）大约和灯泡的辐射 功率（ W ）相等，问灯泡的发光效能为多大？ • 有一直径 20 厘米 的球形磨砂灯泡，各方向均匀发光，其光视效 能为 15 lm/W ，若在灯泡正下方 2 米 处的光照度为 30 lx ，问该 灯泡的功率为多大？灯泡的光亮度多大？ • 用一个 250W 的溴钨灯作为 16 毫米 电影放映机的光源，光源的 光视效能为 30 lm/W ，灯丝的外形面积为 5 × 7mm 2 ，可以近似 看作一个两面发光的发光面，采用第一种照明方式。灯泡的后面加有 球面反光镜，使灯丝的平均光亮度提高 50 % ，银幕宽度为 4 米 ， 放映物镜的相对孔径为 1 ： 1.8 ，系统的透过率 τ ＝ 0.6 ，求 银幕光照度（ 16 毫米 放映机的片门尺寸为 10 × 7mm 2 ）。
面面积。 • 由一个正透镜组和一个负透镜组构成的摄远系统，前组正透镜的焦 距 ＝ 100 毫米，后组负透镜的焦距 ＝－ 50 毫米。要求由第
一组透镜道组合系统像方焦点的距离为系统的组合焦距的 ，求二 透镜组之间的间隔 d 应为多少？组合焦距等于多少？ • 如果将第 10 题中的系统用来对 10 米远的物平面成像，用移动第 二组透镜的方法，使像平面位于移动前组合系统的像方焦平面上，问 透镜组移动的方向和移动距离？ • 由两个系统构成的一个倒像系统，设第一组透镜的焦距为 ，第 二组透镜的焦距为 ，物平面位于第一组透镜的物方焦平面上，求 该倒像系统的垂轴放大率。 • 由两个同心的反射面（二球面的球心重合）构成的光学系统，按照 光线反射的顺序第一个反射球面是凹的，第二个反射球面是凸的，要 求系统的像方焦点恰好位于第一个反射球面的顶点，求两个球面的半 径 、 和二者之间的间隔 d 之间的关系。 • 假定一显微物镜由相隔 20 毫米的两个薄透镜组构成，物平面和像 平面之间的距离为 180 毫米，放大率＝－ 10 × ，要求近轴光线通 过二透镜组时的偏角 和 相等，求二透镜组的焦距。 • 电影放映机镜头的焦距 ＝ 120 毫米，影片画面的尺寸为 22 × 16 毫米 2 ，银幕大小为 6.6 × 4.8 米 2 ，问电影机应放在离银 幕多远的地方？如果把放映机移到离银幕 50 米远处，要改用多大焦 距的镜头？
心之外，球心和焦点之间，焦点和球面顶点之间三个不同的位置。
• 试用作图法对位于空气中的正透镜（
）分别对下列物
距：
求像平面位置。
• 试用作图法对位于空气中的负透镜（
）分别对下列物
距：
求像平面位置。
• 已知照相物镜的焦距
毫米，被摄景物位于距离
米处，试求照相底片应放在离物镜的像
方焦面多远的地方？
• 设一物体对正透镜成像，其垂轴放大率等于－ 1 ，试求物平面与
阶段测试题一 一、问答题（共 30 分，每小题 6 分） • 几何光学中为什么要规定符号规则？ • 什么叫理想光学系统？ • 应用光学近轴光学公式计算出来的像有什么实际意义？ • 一物体位在一正的薄透镜物方 2 倍焦距以外，问其像位在什么区 域？成正像还是倒像？成放大的像还是缩小的像？ • 一个半径为 500 毫米的球面反射镜，其物方和像方焦距分别为多 少？其物方和像方主点位在什么地方？其物方和像方节点位在什么 地方？
第一章 : 几何光学基本原理 ( 理论学时： 4 学时 ) • 讨论题：几何光学和物理光学有什么区别？它们研究什么内容？ • 思考题：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？ • 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。 • 证明光线通过二表面平行的玻璃板时，出射光线与入射光线永远平 行。 • 为了从坦克内部观察外界目标，需要在坦克壁上开一个孔。假定坦 克壁厚为 200mm ，孔宽为 120mm ，在孔内部安装一块折射率为 n=1.5163 的玻璃，厚度与装甲厚度相同，问在允许观察者眼睛左右移 动的条件下，能看到外界多大的角度范围？ • 一个等边三角棱镜，若入射光线和出射光线对棱镜对称，出射光线 对入射光线的偏转角为 40 °，求该棱镜材料的折射率。 • 构成透镜的两表面的球心相互重合的透镜称为同心透镜，同心透镜 对光束起发散作用还是会聚作用？ • 共轴理想光学系统具有哪些成像性质？ 第二章 : 共轴球面系统的物像关系 ( 理论学时： 10 学时，实验学 时： 2 学时 ) • 讨论题：对于一个共轴理想光学系统，如果物平面倾斜于光轴，问 其像的几何形状是否与物相似？为什么？
第四章 : 平面镜棱镜系统 ( 理论学时： 8 学时 ) • 讨论题：平面镜棱镜系统有什么用途？ • 思考题：单平面镜和双平面镜旋转有什么实际应用？ • 如果要求周视瞄准镜光轴俯仰 ± 15 °，问端部直角棱镜应俯仰 多大角度？ • 平面镜成像有哪些性质？单平面镜和双平面镜旋转各有什么特 点？ • 假定望远镜物镜的焦距为 80 毫米 ，通光口径为 20 毫米 ，半视 场角 ω＝ 5 °，在它后面 50 毫米 处放一直角屋脊棱镜 90 ° 2 ，求棱镜的尺寸和像面的位置。 第五章 : 光学系统中成像光束的选择 ( 理论学时： 5 学时 ) • 讨论题：光学系统成像光束选择应该根据遵循原则？
之比的负值。
三、计算题（共 30 分）
• 为了将微小物体放大成像并在监视器屏幕上观察，可以将微小物体
所成的像再经一中继系统成像在电荷耦合器件 CCD 摄像系统的硅靶
上，经棱镜将图像传到监视器屏幕上。若已知微小物体长为 0.5 毫
米，显微物镜的放大倍率为 40 × ， CCD 硅靶对角线长 8 毫米，
二、证明题（共 40 分，每小题 8 分） • 证明平行玻璃板只是使像平面的位置发生移动，并不影响系统的光 学特性。 • 对于一个半径为 和 的薄透镜，证明其物像关系式为
其中， ， 分别为像距和物距， ， 分别为物空间和像空间的 折射率， 为透镜的折射率。 • 在二次成像法测量正透镜焦距中，透镜将实物成在实像面上，物面 和像面之间的距离为 S ，将透镜移动距离 d 以后，又在像平面上成
• 照相时光圈数取 8 ，曝光时间用 s ，为了拍摄移动目标，将
曝光时间改为 s ，问应取多大的光圈数？ • 用于跟踪天空飞行目标的电视摄影机，摄像管要求最低的像面光照 度为 20 lx ，假定天空的光亮度为 2500 cd/m 2 ，光学系统的透过 率 τ 等于 0.7 ，问要求使用多大相对孔径的摄影物镜？ • 第五章光学系统成像光束选择中，双目望远镜的光学系统中，所有 的凹透镜都是用火石玻璃制做的，凸透镜都是用冕玻璃制做的，透镜 和棱镜中的总的光路长为 110 毫米 ，计算光学零件表面不镀增透膜 和镀增透膜两种情况下系统的透过率。
开普勒和伽利略望远镜时，目镜的焦距各为多少？镜筒长（物镜和目 镜之间的距离）各为多少？ • 焦距仪上测微目镜的焦距为 17 毫米，使用叉线对准，问瞄准误差 等于多少？ • 燃烧室离观察窗 1.5 米，为了看清燃烧室内的情况，需要采用一 个实际视放大率为 5 倍的仪器，假定物镜和目镜之间的距离为 200 毫米（物镜和目镜的厚度均忽略不计），试问物镜焦距和目镜焦距各 为多大？若要求视度调节范围为 ± 5 视度，目镜的总移动量为多 大？
• 一个投影仪用 5 × 的投影物镜，当像平面与投影屏不重合而外伸 10 毫米时，则须移动物镜使其重合，试问物镜此时应向物平面移动 还是向像平面移动？移动距离为多少？ • 一照明聚光灯使用直径为 200 毫米的一个聚光镜，焦距为 ＝ 400 毫米，要求照明距离为 5 米远的一个直径为 3 米的圆，问灯泡 应安置在什么位置？ • 已 知 一 个 同 心 透 镜 ＝ 50 毫 米 ， 厚 度 d ＝ 10 毫 米 ， n=1.5163 ，求它的主平面和焦点位置。 第三章 : 眼睛的目视光学系统 ( 理论学时： 6 学时，实验学时： 2 学时 ) • 讨论题：当进入已开演的电影院时，看不清周围的人和坐位，为什 么过一会就能看清了？当白天走出电影院时，感到光线特别强，这是 为什么？ • 思考题：人眼的视角分辨率是什么含义？为什么人眼的视角分辨率 是有限的？ • 正常人眼的远点在什么地方？若某正常人眼的最大调节范围为－ 10 视度，其近点距离为多少？ • 用两个负透镜能否构成一个望远镜？为什么？ • 假定用眼睛直接观察敌人的坦克时，可以在 400 米的距离上看清 坦克的编号，如果要求距离 2 公里也能看清，问应该使用几倍的望 远镜？ • 有一焦距为 150 毫米的物镜，拟装成一个 6 倍的望远镜，问组成