工程光學(xué)復(fù)習(xí)題.doc

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一．問答題：（共12分，每題3分） 1．?dāng)z影物鏡的三個(gè)重要參數(shù)是什么？它們分別決定系統(tǒng)的什么性質(zhì)？ 2．為了保證測量精度，測量儀器一般采用什么光路？為什么？ 3．顯微物鏡、望遠(yuǎn)物鏡、照相物鏡各應(yīng)校正什么像差？為什么？ 4．評(píng)價(jià)像質(zhì)的方法主要有哪幾種？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？ 二．圖解法求像或判斷成像方向：（共18分，每題3分） 1．求像AB 2．求像AB 3．求物AB經(jīng)理想光學(xué)系統(tǒng)后所成的像，并注明系統(tǒng)像方的基點(diǎn)位置和焦距 4．判斷光學(xué)系統(tǒng)的成像方向 5．求入瞳及對(duì)無窮遠(yuǎn)成像時(shí)50%漸暈的視場 6．判斷棱鏡的成像方向 三．填空：（共10分，每題2分） 1．照明系統(tǒng)與成像系統(tǒng)之間的銜接關(guān)系為： ①________________________________________________ ②________________________________________________ 2．轉(zhuǎn)像系統(tǒng)分____________________和___________________兩大類， 其作用是：_________________________________________ 3．一學(xué)生帶500度近視鏡，則該近視鏡的焦距為_________________, 該學(xué)生裸眼所能看清的最遠(yuǎn)距離為_________________。 4．光通過光學(xué)系統(tǒng)時(shí)能量的損失主要有：________________________, ________________________和_______________________。 5．激光束聚焦要求用焦距較________的透鏡，準(zhǔn)直要用焦距較________的透鏡。 　 四．計(jì)算題：（共60分） 1．一透鏡焦距，如在其前邊放置一個(gè)的開普勒望遠(yuǎn)鏡，求組合后系統(tǒng)的像方基點(diǎn)位置和焦距，并畫出光路圖。（10分） 2．已知，的雙凸透鏡，置于空氣中。物A位于第一球面前處，第二面鍍反射膜。該物鏡所成實(shí)像B位于第一球面前，如圖所示。若按薄透鏡處理，求該透鏡的折射率n。（20分） 3．已知物鏡焦距為，相對(duì)孔徑，對(duì)無窮遠(yuǎn)物體成像時(shí)，由物鏡第一面到像平面的距離為，物鏡最后一面到像平面的距離為。 （1）按薄透鏡處理，求物鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)；（8分） （2）若用該物鏡構(gòu)成開普勒望遠(yuǎn)鏡，出瞳大小為，求望遠(yuǎn)鏡的視覺放大率；（4分） （3）求目鏡的焦距、放大率；（4分） （4）如果物鏡的第一面為孔徑光闌，求出瞳距；（6分） （5）望遠(yuǎn)鏡的分辨率；（2分） （6）如果視度調(diào)節(jié)為折光度，目鏡應(yīng)能移動(dòng)的距離。（2分） （7）畫出光路圖。（4分） 一．簡答題：（共12分，每題3分） 1．?dāng)z影物鏡的三個(gè)重要參數(shù)是什么？它們分別決定系統(tǒng)的什么性質(zhì)？ 答：攝影物鏡的三個(gè)重要參數(shù)是：焦距、相對(duì)孔徑和視場角。焦距影響成像的大小，相對(duì)孔徑影響像面的照度和分辨率，視場角影響成像的范圍。 2．為了保證測量精度，測量儀器一般采用什么光路？為什么？ 答：為了保證測量精度，測量儀器一般采用物方遠(yuǎn)心光路。由于采用物方遠(yuǎn)心光路時(shí)，孔徑光闌與物鏡的像方焦平面重合，無論物體處于物方什么位置，它們的主光線是重合的，即軸外點(diǎn)成像光束的中心是相同的。這樣，雖然調(diào)焦不準(zhǔn)，也不會(huì)產(chǎn)生測量誤差。 3．顯微物鏡、望遠(yuǎn)物鏡、照相物鏡各應(yīng)校正什么像差？為什么？ 答：顯微物鏡和望遠(yuǎn)物鏡應(yīng)校正與孔徑有關(guān)的像差，如：球差、正弦差等。照相物鏡則應(yīng)校正與孔徑和視場有關(guān)的所有像差。因?yàn)轱@微和望遠(yuǎn)系統(tǒng)是大孔徑、小視場系統(tǒng)，而照相系統(tǒng)則是一個(gè)大孔徑、大視場系統(tǒng)。 4．評(píng)價(jià)像質(zhì)的方法主要有哪幾種？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？ 答：評(píng)價(jià)像質(zhì)的方法主要有瑞利（Reyleigh）判斷法、中心點(diǎn)亮度法、分辨率法、點(diǎn)列圖法和光學(xué)傳遞函數(shù)（OTF）法等5種。瑞利判斷便于實(shí)際應(yīng)用，但它有不夠嚴(yán)密之處，只適用于小像差光學(xué)系統(tǒng)；中心點(diǎn)亮度法概念明確，但計(jì)算復(fù)雜，它也只適用于小像差光學(xué)系統(tǒng)；分辨率法十分便于使用，但由于受到照明條件、觀察者等各種因素的影響，結(jié)果不夠客觀，而且它只適用于大像差系統(tǒng)；點(diǎn)列圖法需要進(jìn)行大量的光線光路計(jì)算；光學(xué)傳遞函數(shù)法是最客觀、最全面的像質(zhì)評(píng)價(jià)方法，既反映了衍射對(duì)系統(tǒng)的影響也反映了像差對(duì)系統(tǒng)的影響，既適用于大像差光學(xué)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)也適用于小像差光學(xué)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)。 二．圖解法求像或判斷成像方向：（共18分，每題3分） 1．求像AB（圖中C為球面反射鏡的曲率中心） 2．求像AB 3．求物AB經(jīng)理想光學(xué)系統(tǒng)后所成的像，并注明系統(tǒng)像方的基點(diǎn)位置和焦距 4．判斷光學(xué)系統(tǒng)的成像方向 5．求入瞳及對(duì)無窮遠(yuǎn)成像時(shí)50%漸暈的視場 6．判斷棱鏡的成像方向 > 　 三．填空：（共10分，每題2分） 1．照明系統(tǒng)與成像系統(tǒng)之間的銜接關(guān)系為： ①__照明系統(tǒng)的拉赫不變量要大于成像系統(tǒng)的拉赫不變量___ ②__保證兩個(gè)系統(tǒng)的光瞳銜接和成像關(guān)系_________________ 2．轉(zhuǎn)像系統(tǒng)分___棱鏡式___________和___透鏡式__________兩大類， 其作用是：_使物鏡所成的倒像轉(zhuǎn)變?yōu)檎瘛? 3．一學(xué)生帶500度近視鏡，則該近視鏡的焦距為_____-0.2 米________, 該學(xué)生裸眼所能看清的最遠(yuǎn)距離為___眼前0.2米__________。 4．光通過光學(xué)系統(tǒng)時(shí)能量的損失主要有：_兩透明介質(zhì)面上的反射損失______, __介質(zhì)吸收的損失_____________和_____反射面的光能損失__。 5．激光束聚焦要求用焦距較__短____的透鏡，準(zhǔn)直要用焦距較__長______的透鏡。 四．計(jì)算題：（共60分） 1．一透鏡焦距，如在其前邊放置一個(gè)的開普勒望遠(yuǎn)鏡，求組合后系統(tǒng)的像方基點(diǎn)位置和焦距，并畫出光路圖。（10分） 解：, 求得： 答：組合后的焦距是-180mm。基點(diǎn)位置如圖所示。 其光路圖如下所示： 　 2．已知，的雙凸透鏡，置于空氣中。物A位于第一球面前處，第二面鍍反射膜。該物鏡所成實(shí)像B位于第一球面前，如圖所示。若按薄透鏡處理，求該透鏡的折射率n。（20分） 解： 設(shè)：透鏡的折射率為n 物點(diǎn)A經(jīng)折射成像在A處，將已知條件代入公式 得 ----① A經(jīng)反射后，成像于B點(diǎn)。故將，代入反射面公式，得： ----② B點(diǎn)再經(jīng)折射成像在B點(diǎn)。根據(jù)光路的可逆性，將B視為物，B點(diǎn)視為像，有，代入折射公式，得： ----③ 由①②③式解得： 答：透鏡的折射率為1.6。 3．已知物鏡焦距為，相對(duì)孔徑，對(duì)無窮遠(yuǎn)物體成像時(shí)，由物鏡第一面到像平面的距離為，物鏡最后一面到像平面的距離為。 （1）按薄透鏡處理，求物鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)；（8分） （2）若用該物鏡構(gòu)成開普勒望遠(yuǎn)鏡，出瞳大小為，求望遠(yuǎn)鏡的視覺放大率；（4分） （3）求目鏡的焦距、放大率；（4分） （4）如果物鏡的第一面為孔徑光闌，求出瞳距；（6分） （5）望遠(yuǎn)鏡的分辨率；（2分） （6）如果視度調(diào)節(jié)為折光度，目鏡應(yīng)能移動(dòng)的距離。（2分） （7）畫出光路圖。（4分） 解：根據(jù)題意，畫出物鏡的結(jié)構(gòu)圖如下： (1)將 和 代入公式 ，得： 將代入牛頓公式 ，得： (2)因，則： (3)， (4)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下圖所示： 將和代入公式，得： 將和代入公式， 得出瞳距： (5) (6) (7)望遠(yuǎn)系統(tǒng)光路圖如下： 工程光學(xué) 一、填空（20分） 1、照明系統(tǒng)與成像系統(tǒng)之間的銜接關(guān)系為： __照明系統(tǒng)的拉赫不變量要大于成像系統(tǒng)的拉赫不變量_、______保證兩個(gè)系統(tǒng)的光瞳銜接和成像關(guān)系__________________________________________ 2、轉(zhuǎn)像系統(tǒng)分__棱鏡式___________和___透鏡式__________兩大類，其作用是：_使物鏡所成的倒像轉(zhuǎn)變?yōu)檎瘛? 3、角放大率、軸向放大率和垂軸放大率三者之間的關(guān)系為、拉赫不變J=nuy 、牛頓公式以焦點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)。 4產(chǎn)生偏振光的方法有反射和折射、二向色性、雙折射、散射。 5、麥克斯韋方程組的微分形式為 6．獲得相干光的方法有分波前法、分振幅法。 7、水槽中盛水，深20mm，槽底中央置一點(diǎn)光源，水的折射率n=1.33，水面上浮一個(gè)既不透光又不反射光的紙片，使人從水面上無論哪個(gè)角度都看不到光，紙片面積最小為1634.33mm2。 8、光源的相干長度與相干時(shí)間的關(guān)系為。 三、名詞解釋（15分） 1、光的直線傳播定律：在各向同性的均勻介質(zhì)中，光是沿直線傳播的。 2、節(jié)點(diǎn)：光學(xué)系統(tǒng)中放大率為+1的一對(duì)共軛點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。 3、空間相干性： 光源的大小與相干空間成反比關(guān)系，給定一個(gè)光源尺寸，就限制著一個(gè)相干空間，這就是空間相干性的問題，即通過光波場橫方向上兩點(diǎn)的光在空間相遇時(shí)能夠發(fā)生干涉，則稱通過空間這兩點(diǎn)的光具有空間相干性。 4、費(fèi)馬原理： 光從一點(diǎn)傳播到另一點(diǎn)，其間無論經(jīng)過多少次折射或反射，其光程為極值，即光是沿光程的極值的路徑傳播的。 5、出瞳：孔徑光闌經(jīng)它前面的透鏡或透鏡組在光學(xué)系統(tǒng)像空間所成的像稱為出射光瞳。 四、作圖（20分） 1、設(shè)輸入為右手坐標(biāo)系，畫出經(jīng)圖中棱鏡后的輸出坐標(biāo)系（圖1）。 2、求AB的像（圖2）。 3、判斷棱鏡的成像方向（圖3）。 4、求軸上物點(diǎn)A所成的像（圖4）。 圖4 五、計(jì)算題（45分） 1、用等厚條紋測量玻璃楔板的楔角時(shí)，在長達(dá)5cm的范圍內(nèi)共有15個(gè)亮條紋，玻璃楔板的折射率n=1.52，所用光波波長，求楔角？（10分） 解：……………………………………..………………….5分 e=50mm/15 ……………………………5分 2、已知，的雙凸透鏡，置于空氣中。物A位于第一球面前處，第二面鍍反射膜。該物鏡所成實(shí)像B位于第一球面前，如圖所示。若按薄透鏡處理，求該透鏡的折射率n。（20分） 解： 設(shè)：透鏡的折射率為n ----5分 物點(diǎn)A經(jīng)折射成像在A處，將已知條件代入公式 得 ---5分 A經(jīng)反射后，成像于B點(diǎn)。故將，代入反射面公式，得： ----5分 B點(diǎn)再經(jīng)折射成像在B點(diǎn)。根據(jù)光路的可逆性，將B視為物，B點(diǎn)視為像，有，代入折射公式，得： ----5分 由①②③式解得： 答：透鏡的折射率為1.6。 3、一透鏡焦距，如在其前邊放置一個(gè)的開普勒望遠(yuǎn)鏡，求組合后系統(tǒng)的像方基點(diǎn)位置和焦距，并畫出光路圖。（15分） 解：, 求得：----5分 ----5分 答：組合后的焦距是-180mm。 基點(diǎn)位置如圖所示。 ----5分