物理光学与应用光学 石顺祥 习题解答(全)
物理光学与应用光学石顺祥课后问题详解
《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ϕ。
求证：ϕαcos 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？1-9. 电矢量振动方向与入射面成45°的线偏振光，入射到两种透明介质的分界面上，若入射角︒=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 。
精品课件-物理光学与应用光学_第三版(石顺祥)-第5章
(5.1-5)
在这里，仅考虑ΔBij是由外加电场引起的，它应与外加电场有关 系。一般情况下，ΔBij可以表示成
ΔBij=γijkEk+hijpqEpEq+… i, j, k, p, q=1, 2, 3 (5.1-6)
上式中，等号右边第一项描述了ΔBij与Ek呈线性关系，［γijk］ 是三阶张量，称为线性电光系数，由这一项所描述的电光效应叫 做线性电光效应， 或普克尔(Pockels)效应；等号右边第二项描 述了ΔBij与外加电场的二次关系，［hijpq］是四阶张量， 称为二 次非线性电光系数，由这一项所描述的电光效应叫作二次电光效 应，或克尔(Kerr)效应。
(5.1-8)
5
第 5 章 晶体的感应双折射 根据前面的讨论，折射率椭球的系数［Bij］实际上是晶体的相对 介电常数［εij］的逆张量，故［Bij］也是二阶对称张量，有 Bij=Bji。因而［Bij］只有六个独立分量，(5.1-8)式可简化为
B11x12 B22 x22 B33x32 2B23x2 x3 2B31x3x1 2B12 x1x2 1
9
第 5 章 晶体的感应双折射 2. 1) KDP KDP(KH2PO4,磷酸二氢钾)晶体是水溶液培养的一种人工晶体， 由于它很容易生长成大块均匀晶体，在0.2～1.5 μm波长范围内 透明度很高，且抗激光破坏阈值很高，因此在光电子技术中有广 泛的应用。它的主要缺点是易潮解。 KDP晶体是单轴晶体，属四方晶系。属于这一类型的晶体还有 ADP(磷酸二氢氨)、KD*P(磷酸二氘钾)等，它们同为42 m晶体点群， 其外形如图 5-1所示，光轴方向为x3轴方向。
E1
E2
E3
(5.1-17)
14
第 5 章 晶体的感应双折射
精品课件-物理光学与应用光学_第三版(石顺祥)-第1章
第 1 章 光在各向同性介质中的传播特性 5. 光的电磁理论指出， 光电磁场是一种特殊形式的物质， 既然是物质， 就必然有能量， 其电磁场能量密度为
(1.1-20)
而光电磁场又是一种电磁波， 它所具有的能量将以速度v向外 传播。 为了描述光电磁能量的传播， 引入能流密度——坡印 廷(Poynting)矢量S， 它定义为
21
第 1 章 光在各向同性介质中的传播特性
将(1.1-24)式代入， 进行积分，可得
I
S
1 2
n
0c
E02
1 2
0
E02
E02
(1.1-25)
式中， n 是 比/ 例0 系数。由此可见，在同一种介质中， 光强与电场强2度0c振幅的平2 方成正比。 一旦通过测量知道了光强，
便可计算出光波电场的振幅E0。例如，一束105 W的激光，用透镜 聚焦到1×10-10 m2的面积上，则在透镜焦平面上的光强度约为
(1.1-8) (1.1-9) (1.1-10)
10
第 1 章 光在各向同性介质中的传播特性 即D与E、 B与H、 J与E一般不再同向； 当光强度很强时， 光与 介质的相互作用过程会表现出非线性光学特性， 因而描述介质 光学特性的量不再是常数， 而应是与光场强E有关系的量， 例 如介电常数应为ε(E)、 电导率应为σ(E)。对于均匀的各向同 性介质， ε、 μ和σ是与空间位置和方向无关的常数； 在线 性光学范畴内， ε、 σ与光场强无关； 在透明、 无耗介质中， σ=0； 非铁磁性材料的μr可视为1。
（1.1-2３)
19
第 1 章 光在各向同性介质中的传播特性
式中， sz 是能流密度方向上的单位矢量。 因为由(1.1-13)
精品课件-物理光学与应用光学_第三版(石顺祥)-第9章
第 9 章 光学系统像差基础和光路计算
图9-6 孔径光阑为无限小时视场光阑的确定
21
第 9 章 光学系统像差基础和光路计算 显然，物面上一点要成像，在它发出的主光线在物空间应该通过 所有光阑在物空间的像，所以物面上的成像范围就由所有光阑在 物空间的像中对入瞳中心的最小者决定。在图9-6中，L2′对入 瞳中心的张角比L1对入瞳中心的张角小，由它所决定的物面上AB 范围以内的物点都可以被系统成像，而B点以外的点，如C点，已 不能通过系统成像。因此，光组L2的边框是决定物面上成像范围 的光阑，是视场光阑。根据光路可逆，类似孔径光阑一样，也可 以在系统的像空间确定。
第 9 章 光学系统像差基础和光路计算
第9章 光学系统像差基础和光路计算
9.1 光学系统中的光阑 9.2 光学系统光阑对成像的影响 9.3 像差基本概念 9.4 光学系统中一般光路计算 9.5 光学系统设计软件——ZEMAX简介 例题
1
第 9 章 光学系统像差基础和光路计算
9.1 光学系统中的光阑 9.1.1
18
第 9 章 光学系统像差基础和光路计算 轴外物点发出的充满入瞳的光束被遮拦情况，与光学系统 中除了孔径光阑外，别的光阑的位置和大小有关，同时还与入 瞳的大小有关。 为了简单起见，先讨论孔径光阑或入瞳为无限 小的情况。 此时只有主光线附近的一束非常细的光束可能通过 光学系统。 因此，光学系统的成像范围，便由对主光线发生限 制的光阑所决定。
15
第 9 章 光学系统像差基础和光路计算 9.1.3 视场光阑和入/
在一个实际的光学系统中，除孔径光阑外，还有其它的光阑。 在大多数情况下，轴外点发出并充满入瞳的光束，会被这些光阑 所遮拦。在图9-5中，由轴外点B发出充满入瞳的光束，其下面有 一部分被透镜L1拦掉，其上面有一部分被透镜L2拦掉，只有中间 一部分(图中阴影区)可以通过光学系统成像，这样轴外点的成像 光束小于轴上点的成像光束，使像面边缘的光照度有所下降。
精品课件-物理光学与应用光学_第三版(石顺祥)-第4章
(4.2 - 24)
可以在形式上定义“光线折射率”(或射线折射率、 能流折射
率)nr:
nr
c vr
c vp
cos
n cos
由此可将(4.2-23)式表示为
(4.2 - 25)
(4.2 - 26)
或 (4.2 - 27)
29
第 4 章 光在各向异性介质中的传播特性
(2) 菲涅耳方程 为了考察晶体的光学特性，我们选取主轴
即如图 4-2 所示，单色平面光波的相速度是其光线速度在波阵面
24 法线方向上的投影。
第 4 章 光在各向异性介质中的传播特性
图 4-2 v
第 4 章 光在各向异性介质中的传播特性
2) (1) 晶体光学的基本方程 由麦克斯韦方程组出发，将 (4.2-8)和(4.2-9)式的H消去，可以得到
3.
一个二阶张量［Tij］，如果其Tij=Tji，则称为对称张量，它 只有六个独立分量。与任何二次曲面一样，二阶对称张量存在着 一个主轴坐标系，在该主轴坐标系中，张量只有三个对角分量非 零，为对角化张量。于是，当坐标系进行主轴变换时， 二阶对 称张量即可对角化。例如，某一对称张量
T11
T12
T13
15
第 4 章 光在各向异性介质中的传播特性
16
第 4 章 光在各向异性介质中的传播特性
4.2 理想单色平面光波在晶体中的传播 4.2.1
1. 在均匀、不导电、非磁性的各向异性介质(晶体)中， 若没有 自由电荷存在，麦克斯韦方程组为
(4.2 – 1)
(4.2 - 2)
(4.2 - 3)
17
第 4 章 光在各向异性介质中的传播特性
第 4 章 光在各向异性介质中的传播特性
精品课件-物理光学与应用光学_第三版(石顺祥)-第7章
(7.1-4)
上式中Γt和Γr分别称为折射和反射偏向常数。在上面两式等号
两边同时点乘N0
N0·A=n cosI, N0·A′=n′cosI′, N0·A″=－n cosI″
(7.1-5)
可以得到
18
第 7 章 几何光学基础
图7-4 反射和折射定律矢量关系
19
第 7 章 几何光学基础
(7.1-6a)
n
(7.1-8)
时， 光线将完全被界面反射。
21
第 7 章 几何光学基础 在实际的光学应用中，对于反射光线的几何光学元件总是希 望有高的反射率，为此在几何光学元件表面一般都镀有金属膜或 增反介质膜。但是金属膜层对光有吸收作用，增反介质膜的反射 率与光波的波长有关，很难保证在一个比较宽的光谱范围内都具 有高的反射率。相比之下，利用光在界面发生全反射来代替金属 膜反射，可以减少光能的反射损失，且具有很宽的光谱范围。所 以全反射在光学仪器中有广泛的应用， 例如在光学系统中，经 常利用全反射棱镜代替平面反射镜。
9
第 7 章 几何光学基础
7.1.2 几何光学理论是以实验定律为基础的理论。为了研究光在介
质和光学系统中的传播路径，历史上，人们从不同角度描述光的 传播路径，形成了多个基本定律。这些定律主要有光的直线传播 定律、光的独立传播定律、光的折射定律和反射定律、费马原理 和马吕斯定律。
1. 在各向同性的均匀介质中，光沿着直线传播，这就是光的直 线传播定律。这是一种常见的普遍规律。光波在均匀介质中传播 时，如果遇到的障碍物大小或通过孔径的大小比波长大得多，衍 射可以忽略，就可以基于光的直线传播定律分析光波的传播。例 如，利用光的直线传播定律可以很好地解释影子的形成、日蚀、 10 月蚀等现象。
中北大学物理光学期末考试——计算题
本复习资料专门针对中北大学五院《物理光学与应用光学》石顺祥版教材，共有选择、填空、简答、证明、计算五个部分组成，经验证命中率很高，80分左右,不过要注意，证明题可能变成计算题，填空题变成选择题。
1—1：8610)(2)y tE i e++⨯=-+方程：y=y=方向向量：一个可以表示直线斜率的向量，这个向量就是方向向量。
Ax+By+C=0:若A、B不全为零，其方向向量:（—B，A)。
8610)(2)y tE i e++⨯=-+)(rkEE⋅--=t i eω)(rkEE⋅-=t i eω)(rkEE⋅+-=t i eω)(rkEE⋅+=t i eω1-3 试确定下列各组光波表达式所代表的偏振态及取向①E x=E0sin（ωt-kz）, E y= E0cos（ωt-kz）②E x= E0cos(ωt-kz），E y= E0cos(ωt-kz+π/4)③E x= E0sin（ωt-kz)，E y=-E0sin(ωt-kz）E x=E0sin（ωt—kz)，E y= E0cos(ωt-kz)相位差π/2，E x=E y，圆.讨论xy平面的偏振情况t=0时：合成矢量?t=T/4时:合成矢量？右圆E x= E0cos(ωt-kz）, E y= E0cos(ωt—kz+π/4)相位差π/4，椭圆.t=0时：合成矢量？t=T/4时:合成矢量？右椭圆,长半轴方向45º见p25页。
E x = E 0sin(ωt —kz )， E y =—E 0sin （ωt -kz ) 相位差0，直线.y =—x 方向向量：（—1，1）1—4：两光波的振动方向相同，它们的合成光矢量为:1268+=10[cos cos()]1010210[cos(53.13)cos sin(53.13)sin ]10cos(53.13)t t t t t πωωωωω+-=︒+︒=︒-E E1-5:+=cos()cos()4x y iA kz t jA kz t πωω-+--E =E E ；因此有：=,4y x πϕϕϕ=--=, =ox oy E A A E ， tan 1,α= 得到：tan 2tan(2)cos ,,4πψαϕψ==sin 2sin(2)sin ,,8πχαϕχ==-222tan()0.4142,2,8ba b A aπ-=-≈-+= 得到：2220.17162, 1.31,0.5412a a A a A b A +===。
物理光学与应用光学习题和答案
A、放大的字C、手影D、倒影
3．下列四个物理现象中，有一个形成的原因与另外三个不同，这个现象是（）
对镜梳妆时能看到镜中的“自己”
7，模型中的凸透镜相当于晶
则
2cm，则在光
）
)．
）。
5km，月球在池中的像到水面的距离是
图3 图7
图1
图6
图8
b ），则透过透镜可以看到一
），这种外墙既能透射光线⑴、外面看玻璃幕墙相当于平面镜，光线照射到光滑的玻璃幕墙上时会发生 反射，物体图13
图14 图10 图16
第四章答案参考答案
一、选择题：
1、D
2、A
3、A
4、D
5、D
6、A
7、D
8、B
9、B 10、C 11、C 12、C
二、13、日食；14、光速远大于声速；15、零；16、反射；折射；
17、3.8×105km；虚；18、800；19、红外线；紫外线；
20、焦点；21、2；1.6；22、光的直线传播；光的反射；光的折射；
三、23—26、（略）；27、光屏；倒；右；28、（1）略；（2）浅一些；
29、3；正立放大的虚；
一、30、①会刺伤眼睛；②不易看清周围的物体；③在眼前的物体也有可能看不到；
31、⑴镜面；虚；⑵各块玻璃可能不在同一平面上；⑶会反射强光造成光污染；。
物理光用与应用光学习题解答(整理后全)
1-1.计算由 E = ( -2i + 2 3 j ) exp éi ( 3 x + y + 6 ´ 108 t ) ù 表示的平面波电矢量的振动方向、
ê ë
ú û
传播方向、相位速度、振幅、频率、波长。 解：由题意： E x = -2e
i ( 3 x + y + 6 ´ 108 t )
解： （1）∵ k = w / v ∵ k = 2p / l ∴ vg = v - l ∴ vg =
d (kv) dv =v+k dk dk
∴ dk = -( 2p / l2 ) dl
dv b 2l =v-l dl c 2 + b 2 l2
2 2
= c +b l 2
b 2 l2 c 2 + b 2 l2
1-4 题用图 - 2( Ex '2 sin a cos a - E y '2 sin a cos a + E x ' E y ' cos 2 a - E x ' E y ' sin 2 a ) E x 0 E y 0 cos j = E 2 E2 sin 2 j x0 y0 ( E x '2 cos 2 a + E y '2 sin 2 a - E x ' E y ' sin 2a ) E 2 + ( E x '2 sin 2 a + E y '2 cos 2 a + E x ' E y ' sin 2a ) E 2 y0 x0
i ( 3 x + y + 6 ´ 108 t )
v v ky = 1
精品课件-物理光学与应用光学_第三版(石顺祥)-第10章
26
第 10 章 光学仪器的基本原理
如图10-4所示，亮度为L的面光源dS1和物面dS2相距为r，它 们中心的连线与dS1和dS2的法线的夹角依次为θ1和θ2，dS2对dS1 中心张的立体角为dω1，根据亮度的定义，由dS1发出到达dS2上的 光通量为
Φ C 0VΦed
(10.1-3)
9
第 10 章 光学仪器的基本原理 光通量的单位是流明，以符号lm表示。流明和瓦之间存在 一个换算系数C，经过理论计算和实验测定，国际照明委员会 正式规定转换系数C＝683 lm／W。其含义是，对于波长为555 nm的单色光辐射，1 W的辐射通量等于683 lm的光通量，或者 说，1 lm的光通量等于1/683 W
20
第 10 章 光学仪器的基本原理
21
第 10 章 光学仪器的基本原理 在外光源的照明下，物体的表面获得一定的光照度，这时物 体会反射或散射出照射在其上的光通量，这种发光表面称二次光 源。二次光源的光出射度除与受照以后的光照度有关外，
M=ρE
(10.1-12)
式中的ρ称为表面的反射系数。几乎所有的物体的反射系数均小
dΦ
Id
I
cos
r2
dS
从而在面元上的照度为
E
dΦ dS
I
cos
r2
24
(10.1-13)
第 10 章 光学仪器的基本原理
图10-3 点源对小面元的照度
25
第 10 章 光学仪器的基本原理 即点光源照射一个小面元时，面元的光照度与点光源的发光强度 成正比，与点光源到面元的距离平方成反比，并与面元法线与照 射光束方向的夹角的余弦成正比。垂直照射时(θ＝0)，光照度最 大，掠射时(θ＝90°)，光照度为零。地球表面受到太阳的照射， 可以将太阳看做一个点光源，在正午时是垂直照射，所以照度大， 地面温度高； 在早晨和傍晚照射的角度大，所以照度小，地面温
中北大学物理光学期末考试填空题选择题
本复习资料专门针对中北大学五院《物理光学与应用光学》石顺祥版教材，共有选择、填空、简答、证明、计算五个部分组成，经验证命中率很高，80分左右，不过要注意，证明题可能变成计算题，填空题变成选择题。
1、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。
2、格兰-汤普森棱镜的工作原理：格兰-汤普森棱镜（单向偏振棱镜）由两块方解石直角棱镜沿斜面相对胶合，两块晶体光轴与通光面平行，利用全反射原理工作的，存在着入射光束锥角限制。
3、晶体光学的两个基本方程：（⊥⊥==D n cE E n D r 2020εε），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）。
4、偏振棱镜的主要特性参量有（通光面积、孔径角、消光比、抗损伤能力）。
5、主折射率：对于立方晶体，其主折射率为（0321n n n n ===）对于单轴晶体，其主折射率为（e o n n n n n ===321，）对于双轴晶体，其主折射率为（321n n n ≠≠）。
6、正常色散是（折射率随着波长增加而减小的色散）反常色散是（折射率随波长的增大而增大的色散）孔脱系统研究了反常色散现象，认为反常色散与介质对光的（吸收）有密切联系。
（孔脱定理）7、光纤的窗口：（如果某种频率的光波以低损耗通过光纤，那么这种频率所对应的波段）是光纤的窗口，光纤的三个“窗口”：（短波窗口0.8~0.9μm ，长波长窗口1.31μm 和1.55μm ）。
8、任何一个共焦腔与无数多个稳定球面腔等价，这里的等价是（具有相同的行波场）的意思。
9、射线曲面是（在晶体中完全包住一个单色点光源的波面），射线曲面的简单表达式（0111111232232222221221=-+-+-ννννννrrrs s s ），（当k 取空间所有方向，n 1k 和n 2k 的末端便在空间画出两个曲面:双壳层曲面，此曲面）是折射率曲面，折射率曲面的简单表达式（111111232232222221221=-+-+-n n k n n k n n k ）。
物理光学与应用光学第二版课件及课后习题答案
公式(1-6)表示电位移矢量是由正电荷所在点向外 发散或向负电荷所在处汇聚. 公式(1-7)表示磁场是无源场. D H J （1-8） t 公式(1-8)说明环形磁场可由传导电流产生,也可由 位移电流产生.
3.物质方程
麦克斯韦方程组中涉及的函数有E，D，B，H，和J, 等除以上等式外，它们之间还有一些与电磁场所在媒 质的性质有关的联系，称为物质方程
很强时，光与介质的相互作用过程会表现出非 线性光学特性。
麦克斯韦（J.C.Maxwell)简介 (1831--1879)
一、生平
在法拉第发现电磁感应定律那一年，即1831年，麦 克斯韦在英国的爱丁堡出生了。他从小聪明好问。父亲 是个机械设计师，很赏识自己儿子的才华，常带他去听 爱丁堡皇家学会的科学讲座。十岁时送他到爱丁堡中学。 在中学阶段，他就显示出了在数学和物理方面的才能， 十五岁那年就写了一篇关于卵形线作图法的论文，被刊 登在《爱丁堡皇家学会学报》上。1847年，十六岁的麦 克斯韦考入爱丁堡大学。 1850年又转入剑桥大学。
。
旋度：
E
是“矢量积”
一个矢量场在某点的旋度描述了场在该点周围的 旋转情况。 旋度的计算： i j k Ez E y Ex Ez E y Ex E y z i z x j x y k x y z Ex E y Ez
D H j t
符号的意义：
哈密顿算符：
i j k x y z
具有矢量和求导的双重功能 Dx Dy Dz 散度： D D
x y z
是“标量积”
一个矢量在某点的散度表征了该点“产生”或 “吸收”这种场的能力(即矢量从该点发散或会聚与 该点的性质)若一个点的散度为零则该点不是场的起 止点． E 称为E 的散度,空间某点的散度描述了 E矢量 从该点发散或会聚与该点的性质.
精品课件-物理光学与应用光学_第三版(石顺祥)-第6章
6.1 光与介质相互作用的经典理论 6.2 光的吸收 6.3 光的色散
6.4 光的散射 例题
1
第 6 章 光的吸收、色散和散射
6.1 光与介质相互作用的经典理论
1.
洛仑兹的电子论假定：组成介质的原子或分子内的带电粒子 (电子、 离子)被准弹性力保持在它们的平衡位置附近，并且具有 一定的固有振动频率。在入射光的作用下，介质发生极化， 带电 粒子依入射光频率作强迫振动。由于带正电荷的原子核质量比电 子大许多倍，可视正电荷中心不动，而负电荷相对于正电荷作振 动，正、负电荷电量的绝对值相同，构成了一个电偶极子， 其电 偶极矩为
I=I0e-Kl
(6.2-2)
其中，I0是l=0处的光强。这个关系式就是著名的朗伯定律或吸收 定律。实验证明，这个定律是相当精确的，并且也符合金属介质
的吸收规律。
13
第 6 章 光的吸收、色散和散射
图 6 - 2 介质对光的吸收
14
第 6 章 光的吸收、色散和散射
由(6.2-2)式可见，吸收系数K愈大，光波被吸收得愈强烈，当 l=1/K时，光强减少为原来的1/e。若引入消光系数η描述光强 的衰减，则吸收系数K与消光系数η有如下关系：
21Biblioteka 第 6 章 光的吸收、色散和散射
图 6-3 钠蒸气的几个二重吸收光谱
22
第 6 章 光的吸收、色散和散射
图 6-4 室温下YAG晶体的吸收光谱
23
第 6 章 光的吸收、色散和散射 对一种材料吸收光谱的测量，是了解该材料特性的重要手段。 例如，地球大气对可见光、紫外光是透明的，但对红外光的某些 波段有吸收，而对另外一些波段比较透明。透明的波段称为“大 气窗口”，如图 6-5 所示， 波段从1μm到15 μm有七个“窗 口”。充分地研究大气的光学性质与“窗口”的关系，有助于红 外导航、跟踪等工作的进行。又如，太阳内部发射连续光谱， 由于太阳四周大气中的不同元素吸收不同波长的辐射，因而在连 续光谱的背景上呈现出一条条黑的吸收线， 如图 6-6 所示。夫 朗和费首先发现，并以字母标志了这些主要的吸收线，它们的波 长及太阳大气中存在的相应吸收元素， 如表 6-2 所示。
物理光学与应用光学石顺祥课后答案
《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：，试求该光的i E ))65.0(10cos(10152t cz-⨯⨯=π频率、波长，玻璃的折射率。
1-2. 已知单色平面光波的频率为，在z H 1014=νz = 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 --=ω1-4. 在椭圆偏振光中，设椭圆的长轴与x 轴的夹角为，椭圆的长、短轴各为2a 1、2a 2，E x 、E y 的相位差为。
求证：。
αϕϕαcos 22tan 22000y 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，，其中c 是真空中的光速，是介质中的电磁波波长，222λb c v +=λb 是常数。
(2)充满色散介质（，）的直波导管中的电磁波，)(ωεε=)(ωμμ=，其中c 真空中的光速，a 是与波导管截面有关的常数。
222/a c c v p -=εμωω1-7. 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︒450456'︒︒901-8. 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？1-9.电矢量振动方向与入射面成45°的线偏振光，入射到两种透明介质的分界面上，若入射角，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？若时，该角度又︒=501θ︒=601θ1-2题用图为多大？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 。
物理光学与应用光学_石顺祥_物光应光试题1-推荐下载
n2 1
考虑到 d>0， 所以 m=4， 这时 d=10um。
三、若能产生干涉，二孔间距应小于相干宽度 dt ：
dt
1.22
1.22 R b
四、（1）双缝衍射出现条纹的条件为
2
0.73 mm
10m 30 5
±1，±2，±3，…，得条纹间距为 x f ，由此得缝距 d f
六、(8 分)一束波长 λ＝0.589m 的钠黄光以 60°角入射到方解石晶体上， 方解石晶体的厚度 d=lcm，主折射率 no=1.6584，ne=1.4864，其光轴方向与晶 体表面平行，且垂直于入射面。试求晶体中二折射光线的夹角,晶体输出面上 二光的相位差，并绘出输出光光路图。
1
对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术通关，1系电过，力管根保线据护敷生高设产中技工资术艺料0不高试仅中卷可资配以料置解试技决卷术吊要是顶求指层，机配对组置电在不气进规设行范备继高进电中行保资空护料载高试与中卷带资问负料题荷试2下卷2，高总而中体且资配可料置保试时障卷，各调需类控要管试在路验最习；大题对限到设度位备内。进来在行确管调保路整机敷使组设其高过在中程正资1常料中工试，况卷要下安加与全强过，看度并22工且22作尽22下可22都能22可地护以缩1关正小于常故管工障路作高高；中中对资资于料料继试试电卷卷保破连护坏接进范管行围口整，处核或理对者高定对中值某资，些料审异试核常卷与高弯校中扁对资度图料固纸试定，卷盒编工位写况置复进.杂行保设自护备动层与处防装理腐置，跨高尤接中其地资要线料避弯试免曲卷错半调误径试高标方中高案资等，料，编试要5写、卷求重电保技要气护术设设装交备备置底4高调、动。中试电作管资高气，线料中课并敷3试资件且、设卷料中拒管技试试调绝路术验卷试动敷中方技作设包案术，技含以来术线及避槽系免、统不管启必架动要等方高多案中项；资方对料式整试，套卷为启突解动然决过停高程机中中。语高因文中此电资，气料电课试力件卷高中电中管气资壁设料薄备试、进卷接行保口调护不试装严工置等作调问并试题且技，进术合行，理过要利关求用运电管行力线高保敷中护设资装技料置术试做。卷到线技准缆术确敷指灵设导活原。。则对对：于于在调差分试动线过保盒程护处中装，高置当中高不资中同料资电试料压卷试回技卷路术调交问试叉题技时，术，作是应为指采调发用试电金人机属员一隔，变板需压进要器行在组隔事在开前发处掌生理握内；图部同纸故一资障线料时槽、，内设需，备要强制进电造行回厂外路家部须出电同具源时高高切中中断资资习料料题试试电卷卷源试切，验除线报从缆告而敷与采设相用完关高毕技中，术资要资料进料试行，卷检并主查且要和了保检解护测现装处场置理设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。
物理光学与应用光学第二版课件及课后习题答案
相干光波、有相同的频率、有恒 定的相位差、有相同的振动方向 。
双缝干涉与多缝干涉
双缝干涉
两束相干光波分别通过两个平行狭缝 后，在屏幕上产生的明暗交替的干涉 条纹。
多缝干涉
多个狭缝产生的相干光波在屏幕上产 生的明暗交替的干涉条纹。
薄膜干涉与干涉滤光片
薄膜干涉
光波在薄膜表面反射和透射时产生的干涉现象，常用于增反 膜和增透膜的设计。
摄像机的原理
摄像机通过镜头将光线聚焦在电荷耦合器件（CCD）或互补金属氧化物半导体（ CMOS）传感器上，记录下动态影像。
照相机与摄像机的比较
照相机和摄像机在结构和工作原理上存在差异，但它们都是用于记录影像的光学仪器。
光学信息处理系统
1 2
光学信息处理系统的原理
光学信息处理系统利用光的干涉、衍射、全息等 原理对信息进行处理。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
04
光学仪器及应用
透镜与成像原理
透镜的分类
01
根据透镜的形状和焦距，可以将透镜分为凸透镜、凹透镜和凹
凸透镜等。
成像原理
02
透镜通过改变光线的传播路径，使光线会聚或发散，从而形成
实像或虚像。
像距与物距
03
透镜成像时，像距与物距之间的关系遵循“1/f = 1/u + 1/v”
干涉滤光片
利用薄膜干涉原理设计的滤光片，具有特定波长范围的透过 或反射特性。
干涉系统的应用
光学干涉仪
干涉光谱技术
利用光的干涉原理测量长度、角度、表面 粗糙度等物理量。
通过干涉原理分析物质吸收、发射和散射 光谱，用于物质成分分析和光谱测量。
精品课件-物理光学与应用光学_第三版(石顺祥)-第8章
(x f ) tan u h (x' f ') tan u'
因
x y f , x' y' f '
y'
y
代入上式得
29
yf tan u y' f ' tan u'
(8.2-3) (8.2-4)
第 8 章 理想光学系统
图 8-9 理想光学系统导出两焦距关系用图
30
第 8 章 理想光学系统
23
第 8 章 理想光学系统
图 8-7 任意入射线的出射线的作图
24
第 8 章 理想光学系统 另一种方法是认为任意光线是由物方焦平面上一点发出的 光束中的一条。这时过该入射光线与物方焦平面的交点作一条 平行于光轴的辅助线，其出射线必过像方焦点。由于入射光线 的出射线平行于辅助光线的出射线，因而可求得任意光线的出 射线方向，如图8-7(b)所示。 图解法求解物像关系，方法简单、直观，便于判断像的位 置和虚实，但精度较低。为了更全面地讨论物体经光学系统的 成像规律，常采用解析法确定物像的关系。
18
第 8 章 理想光学系统 2. 在折射球面中，轴向放大率β=nl′/n′l，所以主平面相对
nlH' n' lH
lH ' lH 0
即折射球面的物方主点和像方主点重合，位于顶点上。
由于节平面上角放大率 1 lJ / lJ ' '，因而 lJ lJ，' 根
即折射球面的物方节点和像方l节J' 点 重lJ 合，r 位于球心处。
3
第 8 章 理想光学系统 根据理想光学系统上述特征， 可以得到如下推论： 物空 间的任一个同心光束必对应于像空间中的一个同心光束； 若 物空间中的两点与像空间中的两点共轭， 则物空间两点的连 线与像空间两点的连线也一定共轭； 若物空间任意一点位于 一直线上， 则该点在像空间的共轭点必位于该直线的共轭线 上。 上述定义只是理想光学系统的基本假设。在均匀透明介质 中，除平面反射镜具有上述理想光学系统的性质外，任何实际 的光学系统都不能绝对完善成像。
物理光学与应用光学石顺祥课后问题详解
《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ϕ。
求证：ϕαcos 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？1-9. 电矢量振动方向与入射面成45°的线偏振光，入射到两种透明介质的分界面上，若入射角︒=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 。
中科院考研817光学参考答案
故 z=0 平面上，t=0 时刻相位为： ϕ = 又由 x=-5 µm , ϕ = 0 得
k
x
x +ϕ
ϕ
0
= 2.5π
故:
3 3 i ( x + y + z +ϕ ) E ( x, y, z ) = e k x k y k z 0 = e i (1.571×10 x +1.385×10 z + 2.5π )
可见波法线在 xoz 面内，波法线方向与 z 轴夹角为 α = arctan
k k
x z
= 4836，
2.解:(1)
θ
1
= 30
n sinθ
0
1
= n sinθ 2 ⇒ θ 2 = ar 19.47
设入射光振幅为 E,则 据菲涅尔公式：
E
ip
= E is = E i cos 45 =
⇒d =
λ1 4(ne1 − no1 )
ϕ, =
2π ne 2 − no 2 d λ2
⇒ ϕ, =
2π λ1 ne 2 − no 2 π ≈ λ2 4 ne1 − no1 4
π ， ， E x = A1 cos(ωt + ） 2 π 故： ， ， E y = A2 cos(ωt + ) 4
4
π ） 2
E z = Ae cos ωt
,
8.解： δ =
2π 3 n0 γ σ3 ⋅ U λ
⇒ Uλ =
2
λ = 7505V 3 2n0 γ σ3
光线通过 A 晶体后偏转 90 成为 e 光
1 1 1 cos 2 θ sin 2 θ −1 tan α = sin 2θ 2 − 2 （ + ） =0.030221473 2 2 2 n0 ne n0 ne ⇒ 间隔∆x = α tan α = 0.3022 mm ne (θ ) = n0 ne n0 sin θ + ne cos 2 θ