物理光学考试题副答案

………密………封………线………以………内………答………题………无………效……电子科技大学二零零 六 至二零零 七 学年第 一 学期期 末 考试物理光学 课程考试题 A 卷 （ 120 分钟） 考试形式： 一页纸开卷 考试日期 200 7 年 1 月 日课程成绩构成：平时 25 分， 期中 10 分， 实验 0 分， 期末 65 分一．选择题（每小题3分）1.[]0exp ()E E i t kz ω=-- 与[]0exp ()E E i t kz ω=-+ 描述的是 C 传播的光波。

A. 沿正z 方向B. 沿负z 方向C. 分别沿正z 和负z 方向D. 分别沿负z 和正z 方向2. 牛奶在自然光照射时呈白色，由此可以肯定牛奶对光的散射主要是 C 。

A ．瑞利散射B ．分子散射C ．Mie 散射D ．拉曼散射3．对左旋圆偏振光， A 。

A. E →、H → 都左旋B. E → 左旋、H → 右旋C. E → 右旋、H → 左旋D. E →、H →都右旋4. 在白炽光入射的牛顿环中，同级圆环中相应于颜色兰到红的空间位置是 B 。

A ．由外到里B ．由里到外C ．不变D ．随机变化5. F-P 腔两内腔面距离h 增加时，其自由光谱范围λ∆ C 。

A ．恒定不变B ．增加C ．下降D ．=0 6. 光波的能流密度S 正比于 B 。

A ．E 或HB ．2E 或2HC ．2E ，与H 无关D ．2H ，与E 无关7. 由A 、B 两只结构相同的激光器发出的激光具非常相近的强度、波长及偏振方向，这两束激光 C 。

A ．相干B ．可能相干C ．不相干D ．无法确定是否相干 8. 琼斯矩阵2i ⎡⎤⎢⎥⎣⎦表示的是 C 。

A ．线偏振光B ．左旋椭圆偏振光C ．右旋椭圆偏振光D ．圆偏振光………密………封………线………以………内………答………题………无………效……a图b 图9. 光在介质中传播时，将分为o 光和e 光的介质属 A 。

A ．单轴晶体B ．双轴晶体C ．各向同性晶体D ．均匀媒质10. 等倾干涉图样中心圆环 B 。

A ．级次最高，色散最弱B ．级次最高，色散最强C ．级次最低 色散最弱D ．级次最低，色散最强11. 在单缝夫琅和费衍射实验中，波长为λ的单色光垂直入射在宽度为a ＝4λ 的单缝上，对应于衍射角为30︒的方向，单缝处波阵面可分成的半波带数目为 B 。

A. 2个B. 4个C.6个D. 8个12．如图a 所示，一光学平板玻璃A 与待测工件B 之间形成空气劈尖，用波长500nm λ= （9110nm m -=）的单色光垂直照射，看到的反射光的干涉条纹如图b 所示，有些条纹弯曲部分的顶点恰好与其右边条纹的直线部分的切线相切，则工件的上表面缺陷是B 。

A.不平处为凸起纹，最大高度为500nmB.不平处为凸起纹，最大高度为250nmC.不平处为凹槽，最大深度为500nmD.不平处为凹槽，最大深度为250nm13. 光束经渥拉斯顿棱镜后，出射光只有一束，入射光应为 D 。

A ．自然光B ．部分偏振C ．圆偏振光D ．线偏振光14. 闪耀光栅中，使刻槽面与光栅面成θ角，目的是使 A 。

A ．干涉零级与衍射零级在空间分开B ．干涉零级与衍射零级在空间重合。

C ．条纹变宽D ．自由光谱范围增大15. 把一平凸透镜放在平玻璃上，构成牛顿环装置，当平凸透镜慢慢地向上平移时，由反射光形成的牛顿环 B 。

A. 向中心收缩，条纹间隔不变 B . 向中心收缩，环心呈明暗交替变化C. 向外扩张，环心呈明暗交替变化 D . 向外扩张，条纹间隔变大16. 在均匀平面波垂直入射的芙琅和费多缝衍射中，相邻缝的衍射图样 A 。

A. 相同B. 相似， 但空间位置不同C. 相似，但空间位置平移缝距dD. 强弱互补………密………封………线………以………内………答………题………无………效……17. 线偏振光通过半波片后，一定是 B 。

A ．圆偏振光B ．线偏振光C ．椭圆偏振光D ．自然光18. 平行平板的等倾干涉图样定域在 A 。

A ．无穷远B ．平板上界面C ．平板下界面D ．自由空间19. 在晶体中至少存在 C 个方向，当场强度E →沿这些方向时，E →与相应的电位移矢量D →的方向相同。

A ．1B ．2C ．3D ．420.一束自然光自空气射向一块平板玻璃（如图），设入射角等于布懦斯特角i 0，则在界面2的反射光 B 。

A . 是自然光B.是完全偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面C. 是完全偏振光且光矢量的振动方向平行于入射面D. 是部分偏振光。

二．计算简答题（前4题每小题6分，后2题每小题8分）1. 平行光的双缝衍射实验中，若挡住一缝，原来亮条纹处的光强有何变化？为什么？ 解：（1）平行光的双缝衍射实验中，若挡住一缝，光强会变小。

（2）由于单缝的光强分布为：2)sin ()(ββo I p I = 双缝的光强分布为：220sin ()4()cos ,2I p I βδβ= 双缝衍射的亮条纹处，两单缝衍射的光场呈相长干涉，2cos 1,2δ=即双缝亮条纹光场强度 20)sin (4)(ββI p I = 为单缝光场强度的4倍，所以平行光的双缝衍射实验中，若挡住一缝，原来亮条纹处的光强会变小。

2. 一束光强为0I 的自然光垂直入射在三个叠在一起的偏振片P 1、P 2、P 3上，已知P 1与P 3的偏振化方向相互垂直。

求P 2与P 3的偏振化方向之间夹角为多大时，穿过第三个偏振片的透射光强为0/8I 。

………密………封………线………以………内………答………题………无………效……解：透过P 1的光强0121I I =设P 2与P 1的偏振化方向之间的夹角为θ，则透过P 2后的光强为)cos (21cos 20212θθI I I == 透过P 3的光强为()232cos 90I I θ=-)sin cos (21220θθI = 8/)2sin (20θI =由题意I 3＝0/8I ，可知θ＝45︒故，P 2与P 3的偏振化方向之间夹角为 9045θ-=3. 有一方解石直角棱镜，光轴平行于直角棱，自然光垂直入射。

要使出射光只有一种线偏振光，另一种被完全反射掉，顶角应取在什么范围？出射光振动方向如何？（已知6583.1=o n ，4864.1=e n ）解：已知：6583.1=o n ，4864.1=e n全反射临界角为c θ 12sin n n c =θ 这里0.12=n （空气） 1n 为方解石的折射率 当入射角i c θθ>时全反射对于o 光：6030.06583.111sin ===o co n θ co θ=o 08.37 对于e 光：6727.04864.1111sin "====e ce n n θ ce θ=o 28.42 当入射角在 37.0842.28o o i θ<< 之间时，o 光全反射，出射光只有e 光，呈线偏振光。

………密………封………线………以………内………答………题………无………效……由图中可知i θα= ∴顶角在 o 08.37~o 28.42 之间时，o 光全反射，e 光透射。

又因为e 光在主截面内振动，所以透射光的振动方向在主截面内，或者说平行于纸面。

4. 波长λ＝6000A 的单色光垂直入射到一光栅上，测得第二级主极大的衍射角为30︒，且第三级是缺级。

(1) 光栅常数d 等于多少？(2) 透光缝可能的最小宽度a 等于多少。

解：(1) 由光栅衍射主极大公式得42 2.410 cm sin d λφ-==⨯ (2) 由光栅公式，相应于第三级干涉主极大的 φ' 应满足sin 3d φλ'=由于第三级缺级，对应于可能的最小a ，φ'方向应是单缝衍射第一级暗纹：λφ='sin a ，两式比较，得4/30.810 cm a d -==⨯5. 如图所示，用波长为 λ 的单色光照射双缝干涉实验装置，并将一折射率为n ，劈角为α (α很小)的透明劈尖b 插入光线2中，设缝光源S 和屏C 上的O 点都在双缝S 1和S 2的中垂线上，问要使O 点的光强由最亮变为最暗，劈尖b 至少应向上移动多大距离d （只遮住S 2）？解：设O 点最亮时，光线2在劈尖b 中传播距离为1l ,则由双缝S 1和S 2分别到达O 点的光线的光程差满足下式：1(1)n l -=k λ ① 设O 点由此时第一次变为最暗时，光线2在劈尖b 中传播的距离为2l ，则由双缝S 1和S 2分别到达O 点的两光程差满足下式2(1)n l -= k λ＋λ21② ②－①得λ O C………密………封………线………以………内………答………题………无………效……(1)n - (2l -1l ) =λ21 ③ 由图可求出： (2l -1l )＝ααd d ≈tg ④由③和④得：劈尖b 应向上移动的最小距离为()[]αλ12-=n d或 []αλ tg )1( 2-=n d6. 如图，现有一束自然光以布儒斯特角入射在12/n n 界面，（1）请标出反射光的偏振方向；（2）现有全波片、1/4波片和线偏振器各一只，请用上述反射光加以鉴别（要求写明鉴别方法并简要地说明其原理，允许使用白纸板）。

解：（1）反射光的偏振方向垂直于纸面；（2） 由于反射光是线偏振光，因此先将三只待测器件分别放在垂直于反射光光束的方向上并旋转，用白纸板放在后面进行观察，由于线偏振器不允许与其通光方向垂直的线偏振光通过，而波片都不会改变光的强度，因此旋转器件时若在白纸板上出现消光现象，则该器件为线偏振器。

然后将另两只还未检测出的器件分别分两次放在垂直于光传播的方向上，且两次的放置方位成一定角度ϕ（4/0πϕ<<），后面依次放上线偏振器和白纸板，并旋转线偏振器。

由于线偏振光通过全波片后总是线偏振光，而线偏振光通过1/4波片后变为圆偏振光或椭圆偏振光，因此当后面的线偏振器旋转时，若两次都能在白纸板上观察到消光现象，则该器件是全波片；剩下的一只则是1/4波片，这是因为对于4/0πϕ<<的先后两次之中至少有一次不会是线偏振光，也就是说，至少有一次没有消光现象，甚至可能两次都没有消光现象。

（检测方法不唯一）。