华南理工大学工程光学期末复习review2010

一、n·sin I＇=nsinI。

sinI m=n＇/n。

发生全反射的条件：①光线从光密介质向光疏介质入射，②入射角大于临界角。

光程s=n l=ct（l是介质中传播的几何路程）完善成像条件：入射光为同心光束，出射光也为同心光束。

通过物点和光轴的截面称为子午面。

i=(l-r)*u/r i＇=n*i/n＇u＇=u+i-i＇l＇=r(1+i＇/u＇)n＇/l＇—n/l=（n＇—n）/r ，β=y＇/y=n l＇/n＇l，α=（n＇/n）*β2，γ=（n/n＇）/β，α*γ=βnuy=n＇u＇y＇，1/l+1/l＇=2/r ，l i+1=l i＇—d i二、每个物点对应于唯一的一个像点，称作“共轭”。

物方主平面和像方主平面是一对共轭面。

牛顿公式（以焦点为坐标原点）：xx＇=ff′，β=—f/x=—x＇/f＇高斯公式（以主点为坐标原点）：f＇/l＇+f/l=1 ，β=—f l＇/f＇l物像空间介质相同时，f＇=—f ，有1/l＇—1/l=1/f＇，β=l＇/l多光组系统：l i=l i-1＇—d i-1，x i=x i-1—△i-1，△i=d i—f i＇+f i+1理想光学系统两焦距之间关系f＇/f=—n＇/n理想光学系统的放大率α=—x＇/x=（—f＇/f）*β2=（n＇/n）*β 2 ，γ=（n＇/n）/β理想光学系统的组合焦距f＇=—（f1＇f2＇）/△，f=（f1f2）/△。

△为第一个系统的像方焦点到第二个系统物方焦点的距离。

通常用Φ表示像方焦距的倒数，Φ=1/f＇，称为光焦度。

三、平面镜的旋转特性：平面镜转动α，反射光线转动θ，θ=2α。

y=f＇tan2θ≈2f＇θ，tanθ≈θ=x/a→y=（2f＇/a）*x=K*x双平面镜成像：出射光线和入射光线夹角β=2α，α为双平面镜夹角。

平行平板近轴区内的轴向位移为△l＇=d（1-1/l）.平行平板不改变光线方向，平行平板不会使物体放大或缩小，对光束既不发散也不会聚，表明它是一个无焦元件，在光学系统中对光焦度无贡献，物体经平板成正立像，物像始终位于平板的同侧，且虚实相反。

1.一根折射率为1.50的玻璃棒,在其两端磨园并抛光成半径为5cm的球面,当一物放置于棒轴上离一端20cm处时,最后的像成在离另一端40cm处,此棒的长度为多少?（5分) 2.一束平行细光束入射到一半径为r=30mm、折射率n=1.5的玻璃球上,若在凹面镀上反射膜,求其会聚点的位置?（5分）3.一个半径为的600mm的薄壁玻璃球盛满水,若将一条鱼放置玻璃球中,当鱼游到据球面200mm位置时,求正面观察时,人眼看到的鱼像的位置及像的放大率。

玻璃壁的影响可忽略不计,水的折射率n=1.33。

（5分）4.设一系统位于空气中，垂轴放大率为-10倍，由物面到像面的距离（共轭距离）为7200mm，物镜两焦点间距离为1140mm，求物镜焦距，并绘出基点位置图。

（5分）5.已知一个透镜把物体放大-3倍投影早屏幕上，当透镜向物体移近18mm时，物体将被放大-4倍，试求透镜的焦距，并用图解法校核之。

（5分）6.希望得到一个对无限远成像的长焦距物镜，焦距f'=1200mm，由物镜顶点到像面的距离（筒长）L=700mm,由系统最后一面到像平面的工作距离（工作距）l k’=400mm,按最简单结构的薄透镜系统考虑，求系统结构，并画出光路图。

（5分）7.有三个薄透镜，其焦距分别为f1’=100mm,f2’=50mm,f3’=-50mm,d1=10mm,d2=10mm,求组合系统的基点位置。

（5分）8.有三块薄透镜焦距,分别为f1'=100mm,f2=50mm,f3'=-50mm,其d1=10mm,d2=10mm,求组合系统的基点位置。

（5分）9.一薄透镜焦距f1’=100mm,和另一焦距为50mm的薄透镜组合，其组合焦距仍为100mm，问两薄透镜的相对位置，并求基点位置，并画图验证。

（5分）10.两块薄凸透镜组成一光学系统。

其中f'1=100mm，f'2=-250mm，d=400mm，（1）求透镜组的等效焦距f'。

光学例题解答与讨论1．一个直径为200mm的玻璃球，折射率为1.53，球内有两个小气泡，从球外看其中一个恰好在球心。

从最近的方位去看另一个气泡，它位于球表面和球心的中间。

求两气泡的实际位置。

（解题思路）玻璃球内部的气泡作为实物经单球面折射成像。

由于人眼的瞳孔直径很小，约2—3毫米，且是从离气泡最近的方位观察，所以本题是单球面折射的近轴成像问题。

题中给出的是像距s’, 需要求的是物距是s解：（1）n=1.53 n’=1.00 r=-100mm s’=-100mm 代入成像公式 s=-100mm 物为实物，且和像的位置重合，且位于球心。

（2）对另一个气泡，已知n=1.53;n’=1.00; r=-100mms’=-50mm . 代入成像公式气泡为实物，它的实际位置在离球心（100-60.47）=39.53mm的地方。

讨论：对于第一个气泡，也可以根据光的可逆性来确定。

因为第一个气泡和像是重合的，由可逆性将像视为物,经球面折射后仍成在相同的位置。

所以像和物只能位于球心。

2. 在制作氦氖激光管的过程中，常采用如图的装置。

已知目镜L1的焦距是2㎝、物镜L2的焦距是2㎝。

凹面镜的曲率半径是8㎝。

（1）调节L2使L1和 L2之间的距离为5㎝， L2和 L3之间的距离为10㎝，求L2前1cm的叉丝P经光学系统后成的像的位置。

（2）当L1和 L2之间的距离为5㎝时，若人眼通过目镜能观察到一个清楚的叉丝像，问L2和 L3之间的距离为多少？·解：(解题思路) 物点P经前面的系统成像，即直接经L1成像(P1’); 同时经后面的系统成像，即先后经L2成像(P2’)、经L3反射成像(P3’)后光线方向发生改变，再经L2成像(P4’)和L1成像(P5’)。

（1）P对L1直接成像P1’；s1=-4cm, f1’=2cm 根据透镜成像公式111−= 得：s'sf' s1'=位置位于在L1的左侧4㎝处。

工程光学--期末考试试题
1. 什么是光线追迹方法，其用途是什么？
2. 简述折射定律及其公式表示。

3. 分析物体在离开主轴越远的位置处放置，会带来什么影响？
4. 定义什么是球差，指出如何消除措施。

5. 确定什么是透镜的光圈，以及对成像的影响。

6. 简述衍射现象及其在光学设计中的应用。

7. 概述什么是色差，描述其发生的原因和常见的校正方法。

8. 确定什么是非球面透镜，列举其在光学设计和工业应用中的使用。

9. 定义什么是反射率，如何计算它。

10. 简述光学系统的光子学特性，并描述其如何影响光线传输。

武汉大学 电子信息学院2010-2011年度第一学期期末考试《工程光学》试题A一、填空题（每题1分，共10分）1、一学生配带200度近视镜，则该近视镜的焦距为='f mm 。

2、孔径光阑相对于其前方光学系统所成的像称为 。

3、光学系统的负畸变也成为 形畸变。

4、一台测量显微镜采用物方远心光路，其孔径光阑设置在 处。

二、作图题（每题5分，共10分）1、已知物的位置和物方坐标（如图一所示），①用图解法求经过第一成像系统后像的位置；②判断经过整个系统像的坐标。

图一三、简答题（每题4分，共20分）1、物为一 “十”字，通过光学系统成实像，若光学系统存在像散或场曲，沿光轴由前往后移动接收屏，则屏上的像会出现怎样的变化？（只需回答其中一种情况）2、目镜的作用是形成实像还是虚像？是放大还是缩小像？是正立像还是倒立像？4、什么是正弦条件，什么是等晕条件？5、波像差与球差有什么样的关系？四、计算题（共60分）1、一台显微镜和一台照相机组成的光组，显微物镜的垂轴放大率⨯-=5β，共轭距L=180mm ，孔径光阑为显微物镜镜框，目镜焦距mm f e 25='，照相物镜焦距mm f z 100='，求①显微镜的视觉放大率；②为满足光瞳衔接，照相物镜应距显微镜目镜后多远？③组合光组的焦距；④光组的像方焦面距离照相物镜多远？。

（16分）2、一架开普勒望远镜的筒长310mm，放大倍率为⨯Γ30，2ω=4°, 渐晕系数K=50%，-=孔径光阑设置在物镜上，①求物镜和目镜的焦距；②目镜的通光孔径；③出瞳距；④视度调节在±5D（屈光度），目镜的移动量。

（16分）。

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。

⼯程光学期末考试题库试题含答案详解⼀、填空题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= ___ ，条纹间距同时可称为。

2．当保持⼊射光线的⽅向不变，⽽使平⾯镜转15°⾓，则反射光线将转动⾓。

3．光线通过平⾏平板折射后出射光线⽅向___ ___ ,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_______ 。

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 ____ ，另⼀类为 _____ 。

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________ 。

neo的单轴晶体称为 __________ 。

6．1/4波⽚的附加相位差为 _______ ,线偏振光通过1/4波⽚后，出射光将变为 __________ 。

7．单个折射球⾯横向放⼤率β=，当-1<β<0时，成像性质为。

8．两列波相⼲的条件 ____ ___________ 、_____________ _9.假设光波的偏振度为p，则p=0时表⽰ ____ ____ ，p=1时表⽰_____ ___ __ ,0时表⽰ _____ _____ 。

10.菲涅尔圆孔衍射图样的中⼼点可能是___ ____的，也可能是_ 的，⽽夫琅和费衍射图样的中⼼点是___________ 的。

11.光波的振动⽅向与传播⽅向互相 ____ __ ,所以光波是 ___ ____ 。

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_______ _ 偏振光，折射光为____ __ 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 _______ 。

14.在迈克尔逊⼲涉仪中，⽤单⾊光源直接照明，若反射镜M1、M2严格垂直，则此时发⽣（等倾或等厚）⼲涉，可观察到__________ ___ __（描述条纹特点）,若M1与M2’间的厚度每减少 _______ 的距离,在条纹中⼼就⼀个条纹15.限制进⼊光学系统的成像光束⼝径的光阑称为，限制物体成像范围的光阑称为，能够在像平⾯上获得⾜够清晰像的空间深度称为。

工程光学复习题及答案一、单项选择题1. 光学中，光的波动性可以通过以下哪个实验来验证？A. 双缝干涉实验B. 单缝衍射实验C. 迈克尔逊干涉仪实验D. 光的偏振实验答案：A2. 以下哪种光学元件可以实现光的会聚？A. 凸透镜B. 凹透镜C. 平面镜D. 棱镜答案：A3. 光的折射定律是由哪位科学家提出的？A. 牛顿B. 惠更斯C. 斯涅尔D. 爱因斯坦答案：C二、填空题4. 光在真空中的传播速度是_________m/s。

答案：3×10^85. 光的波长、频率和速度之间的关系可以用公式_________来表示。

答案：v=λf6. 光的偏振现象表明光是一种_________。

答案：横波三、简答题7. 简述光的干涉现象及其产生条件。

答案：光的干涉现象是指两束或多束相干光波在空间相遇时，由于光波的相位差引起的光强分布出现明暗相间的条纹。

产生干涉的条件是：两束光必须是相干光，即它们的频率相同，相位差恒定或满足一定的关系。

8. 什么是光的衍射现象？并举例说明。

答案：光的衍射现象是指光波在遇到障碍物或通过狭缝时，光波的传播方向发生改变，形成明暗相间的衍射图样。

例如，当光通过单缝时，会在缝后形成衍射条纹，这种现象称为单缝衍射。

四、计算题9. 已知一束光的波长为500nm，求其在真空中的频率。

答案：根据公式v=λf，光在真空中的速度v=3×10^8 m/s，波长λ=500×10^-9 m，代入公式可得频率f=v/λ=(3×10^8)/(500×10^-9) Hz=6×10^14 Hz。

10. 一束光从空气斜射入水中，入射角为30°，求折射角。

答案：根据斯涅尔定律n1sinθ1=n2sinθ2，其中n1为空气的折射率，n2为水的折射率，θ1为入射角，θ2为折射角。

空气的折射率n1≈1，水的折射率n2≈1.33，代入公式可得sinθ2=n1sinθ1/n2=1×sin30°/1.33≈0.433，因此θ2≈26.3°。

《工程光学》试卷（A卷）华南理工大学期末考试《工程光学》试卷(a卷)注意事项：1.备考恳请将密封线内核对确切；2.所有答案写在答题纸上；3．考试形式：TKT；4.本试卷共三大题，满分100分，考试时间120分钟。

题号得分评卷人一二三四五总分一.简答题（共30分后）1、麦克斯韦方程组描述了怎样的电磁场现象规律？（本小题6分）2、详述光学里布儒斯特角的概念，并列举其应用领域的一个例子（本小题6分后）。

3、两束光产生干预须要哪些条件？存有哪两种方法可以同时实现光束的干预？（本小题6分）4、详述干预和绕射的区别与联系。

（本小题6分后）5、详述光程的定义及费马原理。

（本小题6分后）二.计算题（共56分）1、未知光驻波的电场为试求出磁场强度h的表达式，并绘制该驻波的示意图。

（本小题8分）2、光束以不大的角度入射光至一块平行平板（例如图），试求相继从平板散射和反射的头两支光束的相对强度。

设立平板的折射率n=1.5（本小题8分后）3、在玻璃平板b上放一块标准平板a（如图），并将一端垫一小片锡箔，使a和b之间形成楔形空气层。

⑴若b表面存有一半圆柱形凹槽，凹槽方向与a、b交线横向，反问在单色光横向反射下看见的条纹形状如何？⑵若单色光波长（he-ne激光），条纹的最大弯曲量为条纹间距的2/5，问凹槽的深度是多少？（本小题8分）4、在杨氏实验装置中，两小孔s1和s2的间距为0.5mm，光屏距小孔距离为50cm。

当以折射率为1.6的透明化薄片抓著小孔s2时，辨认出屏上的条纹移动了1cm，先行确认该薄片的厚度。

（本小题8分后）5、衍射细丝测径仪是将单缝夫琅和费衍射装置中的单缝用细丝代替。

今测得衍射斑的宽度(两个一级暗纹间的距离)为1cm,求细丝的直径。

已知光波长0.63?m,透镜焦距50cm。

（本题8分）6、水槽存有水20cm深,槽底有一点光源,水的折射率就是1.33,水面上电光源正上方沉一不透光的圆形纸盘,并使人从水面上任一角度观察都看不出光,则纸盘的最轻面积就是多少?（本小题8分）7、一厚透镜焦距为200mm，一物体坐落于透镜前300mm处为，求像的边线和垂轴放大率。

工程光学复习提纲（复习时结合课本、课件及相应习题。

）第一章1、光学三大定律，折射定律公式2、什么是马吕斯定律和费马定理？光程公式3、什么是光路可逆4、什么是全反射及临界角求法5、发生全反射条件6、什么叫共轭第二章1、了解光线的孔径角和截距2、熟悉符号规则3、近轴区物像位置关系式及物像大小关系式4、基面和基点：主面的放大率，物方焦点和像方焦点是一对共轭点吗？p335、焦面的性质；焦距、光焦度、光焦度单位6、作图法（物求像、像求物、轴上物点求像点）：见课件及图2.15，图2.16，p54 T66、正焦距系统虚物一定成实像吗？负焦距系统实物都成虚像吗？7、牛顿公式及高斯公式的运用8、无限远物（像）求像（物）公式p419、三种放大率的关系9、球面镜焦距p4610、双光组求主面和焦点公式第三章1、平行平板各种放大率，轴向位移公式：（3.4）式2、光楔偏向角公式3、平面反射镜成像性质4、奇数个反射镜（奇数次反射）成镜像p655、掌握右（左）手定则使用6、两面角镜成像特性：公式，推论p667、二次反射棱镜特点（相当于两面镜，两反射面夹角）和画法p687、二次反射棱镜和两面角镜一样，绕垂直主截面轴转动，不影响出射光线方向7、五角棱镜使光路转90度，半五角棱镜使光路转45度。

8、屋脊棱镜屋脊面作用。

凡是有屋脊面，反射次数要加1.9、棱镜展开长度10、成像方向判断；图3.27及课后第8题11、无限远物经正透镜成像，坐标系不变，但会绕光轴转180度。

因为成倒像。

12、p79：T8, 9第四章1、什么是孔径光阑？2、孔径光阑、入瞳、出瞳的关系3、什么是主光线4、什么是物（像）方远心光路5、什么是场镜，场镜的作用，场镜的垂轴放大率多少？16、场镜会改变系统的成像特性吗？7、场镜焦距的求法：主光线在场镜前后与光轴交点是一对共轭点8、什么是视场光阑9、视场光阑、入窗、出窗关系10、什么是渐晕p8811、不出现渐晕现象的条件第六章1、人眼视角分辩率（弧度值和角秒值分别是多少？60角秒或0.0003rad）2、视放大率定义3、物在焦点处的放大镜视放大率（式6.2）3、放大镜视场与放大镜口径及人眼距放大镜的距离有何关系(式6.2)？4、显微镜成像原理图5、显微镜的视放大率、分辨率（式6.7，6.8，6.9）、有效放大率（6.11）6、望远镜的原理图（图6.12）7、望远镜的视放大率、分辨率。

1、Ray aberration：光线相差2、Transverse：横向的3、Defocus：离焦4、Curvature：曲率5、Aplanatic：消球差的，等光程的6、Optical Performance：光学性能7、Diffraction disk：衍射环8、OPD：Optical Path Difference，光程差9、Paraxial：旁轴10、Dispersion：色散11、Magnification：放大率12、Pupil Size：孔径大小13、MTF：Modulation Transfer Function。

调制传递函数。

14、Concentric：同心的，同轴的，会聚的15、Miscellaneous：混杂的16、Field curvature：场曲17、Edge thickness solves：边界厚度解决方案18、Second order effect：二级效应。

19、Entrance pupil diameter：入瞳直径。

20、Chromatic aberration：色差21、coefficient：系数22、Criteria：标准1、LDE中半径、厚度和半径口径使用最多。

2、Zemax一般用微米作为波长单位。

3、有S形变曲的光学特性的玻璃，一届色差可被矫正；有S形变曲的光学特性曲线是典型的用离焦平衡球面镜片的例子。

光学特性曲线原点处的斜率对于每个波长是大致相同的，这表示每一个波长相对离焦是很小的，但斜率不为0，隐含了离焦被用来平衡球差的意思。

4、抛物线能够很好的矫正所有阶的球差。

5、光阑放在主曲率半径的中心，这是为了排除场像差（如慧差），这是schmidt设计的特点。

6、Default merit function中的Rings表示光线采样的密度。

7、EVEN ASPHERE面型允许为非球面校正器指定多项式非球面系数为了矫正色球差，需要用轴上颜色来平衡它，即在同一种像差中，用低阶像差来平衡高阶像差。

工程光学期末复习题(含答案)work Information Technology Company.2020YEAR简答题、填空题：1、光线的含义是什么波面的含义是什么二者的关系是什么光线：发光点发出光抽象为许许多多携带能量并带有方向的几何线。

波面：发光点发出的光波向四周传播时，某一时刻起振动位相相同的点所构成的等相位面。

二者关系：波面法线即为光线。

2、什么是实像什么是虚像如何获得虚像实像：实际光线相交所会聚成的点的所组成的像。

虚像：光线的延长线相交所形成的点所组成的像。

如何获得虚像：光线延长线所形成的同心光束。

3、理想光学系统几对基点分别是什么2对。

像方焦点（F’），像方主点（H’），物方焦点（F），物方主点（H）。

4、什么是孔径光阑什么是入瞳什么是出瞳孔径光阑与入瞳、出瞳之间有什么系孔径光阑：限制进入光学系统的成像光束口径的光阑称为孔径光阑。

入瞳：孔径光阑在透镜后，经前面光学系统所成的像，称为入瞳。

出瞳：孔径光阑在透镜前，经后面光学系统所成的像，称为出瞳。

关系：入瞳、出瞳和孔径光阑对整个系统是共轭的，经过入瞳的光线必经过孔径光阑、也经过出瞳。

5、光学系统的景深是什么含义？能够在像面上获得清晰像的物空间深度，就是系统的景深。

6、发生干涉的条件是什么发生干涉的最佳光源是什么类型的光源两列光波的频率相同，相位差恒定，振动方向一致的相干光源。

7、近场衍射和远场衍射的区别是什么？近场衍射：光源和衍射场或二者之一到衍射屏的距离比较小时的衍射。

远场衍射：光源和衍射场都在衍射屏无限远处的衍射。

8、什么是光学系统的分辨率人眼的极限分辨率是多少极限分辨角为60``(=1`)9、完善像和理想光学系统的含义分别是什么？完善像：每一个物点对应唯一的一个像点。

或者，物点发出的同心光束经过光学系统后仍为同心光束。

或者，入射波面为球面波时，出射波面也为球面波。

理想光学系统：任何一个物点发出的光线在系统的作用下所有的出射光线仍然相交于一点的系统。