習題集--《工程光學-物理光學》_測控專業(yè)

1、習題集-工程光學-物理光學_測控專業(yè) 2015.09工程光學-物理光學習題集_測控專業(yè)【教程章節(jié)】 第十一章 光的電磁理論基礎(chǔ) 第十二章 光的干涉和干涉系統(tǒng) 第十三章 光的衍射 第十五章 光的偏振和晶體光學【 核心教材】 郁道銀，談恒英，工程光學， 2011年出版了國家“十一五”規(guī)劃教材（第3版）?！?參考教材】1. 蔡懷宇，工程光學復(fù)習指導(dǎo)與習題解答，機械工業(yè)出版社。2. 梁銓廷，物理光學，電子工業(yè)出版社（第3版）。配套教材物理光學· 學習指導(dǎo)與題解，3. 石順祥等編著，物理光學與應(yīng)用光學，（第2版）。4. 韓軍等著，物理光學學習指導(dǎo)，西北工業(yè)大學出版社。5. 趙建林（西北工業(yè)），

2、高等光學，國防工業(yè)出版社，2002年第一版，6. 波恩，沃爾夫，光學原理(中英文版)，電子工業(yè)出版社。7. Eugene Hecht, Cunlin Zhang,Optics, Higher education press. 8. 工程光學網(wǎng)站：202. 113. 13. 85。9. 中國期刊網(wǎng)，萬方網(wǎng)，維普期刊全文數(shù)據(jù)庫等。10. 中國光學學會網(wǎng) /; 11. SPIE:【 課程題型類別】 傳統(tǒng)型作業(yè)、模擬題、思考題、閱讀題 第十一章 光的電磁理論基礎(chǔ)【閱讀理解題】【思考與討論題】 【計算題】【一、閱讀理解題】=工程光學復(fù)習指導(dǎo)與習題解答P.99-1

3、01例題7-1, 7-2, 7-3, 7-4, 7-5【三、計算題】=工程光學書本， P.337-339 第 1，2, 3-23，30題 ，任選10-15題【思考與討論題】= 寫出無源、無傳導(dǎo)電流靜場的麥克斯韋方程組（積分形式或者微分形式）= 無色散情況下的物質(zhì)方程和其物理意義，= 波動方程一般形式，及光波沿z軸正向傳播的波動方程表示式。 = 沿z軸正向傳播的平面波簡諧波解的表達式，以及主要參量之間的關(guān)系。 = 總結(jié)駐波的特點。= 理解相速度和群速度。=什么是光和光學？ 研究內(nèi)容的分類？=理解：“幾何光學” 和 “物理光學” 各自的理論體系，研究方法，了解之間的區(qū)別 和 之間的關(guān)系。（此問題回

4、答貫串 各章節(jié) 學習 內(nèi)容。） =靜電場和穩(wěn)恒電流磁場與非穩(wěn)定電磁場，用麥克斯韋方程組的積分表示式不同之處？物理模型有何區(qū)別？ =倏逝波存在的條件，什么是倏逝波？ 倏逝波的特性？=光學拍，條件之一是要頻率接近。則，如果頻率相差大，會有什么現(xiàn)象以及會有什么用途？-查閱清華大學精儀系張書連教授的研究。=什么是拉曼散射？什么是瑞利散射？這兩種散射有什么樣的關(guān)系呢？【補充計算題】= 兩束振動方向相互垂直的線偏振光在某點的場表示為，是在一個振動周期內(nèi)選定8等分的8個不同的時刻，求出各點的合成矢量，并確定端點運動的軌跡。(0,T/8, 2T/8, 3T/8, 4T/8T） 第十二章 光的干涉和干涉系統(tǒng)【復(fù)

5、習與思考題】= 討論 “11-5 節(jié) 光波的疊加”與“12-1 光波的干涉條件”，在處理方法有什么不同？=書P.354357，斐索干涉儀和邁克耳遜干涉儀（自學）=分別從以下幾個方面比較：等傾干涉條紋與等厚干涉條紋 1.光程差公式，干涉條件； 2.中心干涉條紋的級次； 3.中心條紋的明暗性； 4.條紋形狀，疏密性， 5.條紋的間距， ·····【閱讀理解題】=工程光學復(fù)習指導(dǎo)與習題解答P.114-118例題：8-1, 8-2, 8-3，8-4, 8-5, 8-6,8-8=工程光學復(fù)習指導(dǎo)與習題解答P.121， （選做）四、自測練習 = P.111

6、，5.典型的雙光束干涉系統(tǒng)及應(yīng)用。 =P.112，6.平行平板的多光束干涉及應(yīng)用。 =P.121，四、自測練習，23 選擇填空 工程光學，習題 P.374-377， 第 1-21，任選5-10題；第22, 23, 24 題 =（習題冊 ，P.125）在楊氏雙縫干涉實驗中，雙縫間隔為0.5mm, 接收屏距離雙縫1m,點光源距離雙縫300mm,發(fā)射出500nm的單色光，試求：（1）屏上干涉條紋的間隔；（2）若點光源由光軸向下移動2mm, 屏上干涉條紋向什么方向移動？移動多少距離？（3）若電源發(fā)射出的光波為500±2.5nm范圍的 準單色光，求屏上能看到的干涉極大的最高 級次；（4）若光源

7、有一定的寬度，屏上干涉條紋消失時， 它的臨界寬度是多少？=一雙縫實驗，如圖所示，波長的單色光垂直入射到縫寬為d的雙縫上，在遠處的屏幕上觀察到干涉條紋。將一塊厚度為t，折射率n 的玻璃片放在S1和屏幕之間，（1）討論P0點的光強特性（2）如果將一個縫的寬度增加到2d，而另一個縫的寬度保持不變，P0點的光強發(fā)生怎樣變化？（假設(shè)薄片不吸收光）解：=已知汞綠線的超精細結(jié)構(gòu)為546.0753nm, 546.0745nm, 546.0734nm, 546.0728nm,它們分別是汞的同位素Hg198, Hg200, Hg202, Hg204。問用法布里-珀羅干涉儀，簡稱：F-P標準具，分析者一結(jié)構(gòu)如何選擇

8、標準具的間距？標準具板面反射率R=0.9。=請設(shè)計利用干涉法測量氣體折射率的光學裝置，并簡要說明原理。方法：（設(shè)計+思考+閱讀題）1. 楊氏干涉法2. 邁克耳遜干涉法3. 泰曼干涉法=激光器的諧振腔可以看做是一個法布里-珀羅標準具。(1) 導(dǎo)出激光器輸出的激光光波的頻率間隔表示式；(2) 導(dǎo)出輸出譜線寬度的表示式；(3)若氦氖激光腔長 h=0.5 m,兩個反射鏡的反射率R=0.99， 輸出激光光波的頻率間隔和譜線寬度是多少？（設(shè)氣體折射率n=1,輸出譜線的中心波長）。=理解與推導(dǎo)平行平板多光束等傾干涉條紋間距 第十三章 光的衍射【一、思考與討論題】= 理解光源的時間相干性和空間相干性，極其物理

9、機理是什么？有什么經(jīng)典的應(yīng)用？=光波動性的2個主要標志：光的干涉與光的衍射，它們的聯(lián)系與區(qū)別，處理方式的相同與不同。 = 理解波的疊加原理。 =惠更斯原理的核心；解決了衍射的什么問題；不能解決衍射什么問題； =菲涅耳原理提出了？解決什么？ 但沒有能給出什么？ 【二、閱讀理解題】=工程光學復(fù)習指導(dǎo)與習題解答P.135-141例題9-1, 9-2, 9-3-9-10=工程光學復(fù)習指導(dǎo)與習題解答P.141-145 四自測練習（選做）【三、計算題】=工程光學書本， P.417- 第 8 ，9，11, 12，13,14， 15, 16, 17，18，19， 20, 21，22， 25, 26， 27題，

10、任選8-12題=波長為500nm的平行光垂直照射在寬度為0.025mm的縫上，以焦距為50cm的會聚透鏡講衍射光聚集在焦平面上進行觀察。（1）求單縫衍射中央亮條紋的角半寬度；（2）第1亮紋到衍射中心的距離是多少？若場中心強度為I0，第1亮紋的強度時多少？=邊長為 a 和b的矩孔的中心有一個邊長為 a 和 b 的半透明方屏， 試導(dǎo)出這種光闌的夫瑯和費衍射強度公式；= 有一多縫衍射屏，如圖所示，縫數(shù)是2N，縫寬為a,縫間不透明部分的寬度依次為a和3a。試求，正入射情況下， 這一衍射屏的夫瑯和費衍射強度分布。=一束直徑為2mm的氦氖激光器（波長632.8nm）自地面射向月球，已知月球到地面的距離是3

11、76*103 km, 問在月球上接收到的光斑有多大？若把激光束擴束到直徑為0.2m再射向月球，月球上接收到的光斑又有多大？=一臺虛偽鏡的數(shù)值孔徑N.A.=0.9, 試求：（1）它的最小分辨率；（2）利用油浸物鏡是數(shù)值孔徑重大到1.5，利用紫色濾光片使波長減小 為430mm,問它的分辨率本領(lǐng)提高多少？（3）利用在（2）中獲得的分辨本領(lǐng)，顯微鏡的放大倍數(shù)應(yīng)設(shè)計成多大？=一塊每毫米1000個刻槽的反射閃耀光柵。以平行光垂直槽面入射，1級閃耀波長為546nm。問(1) 光柵閃耀角多大？(2) 若不考慮缺級，有可能看到546nm 的幾級光譜？(3) 各級光譜的衍射角是多少？=一塊閃耀光柵寬260mm,每

12、毫米有300個刻槽，閃耀角為77012。(1)求光束垂直槽面入射是，對于波長l=500nm的光的分辨本領(lǐng)；(2) 光柵的自由光譜范圍有多大？(3)同空氣間隔為1cm,銳度為25的F-P標準具的分辨本領(lǐng)和自由光譜范圍作一比較。= 波長從390 nm到780nm的白光垂直入射到每毫米600條縫的光柵上。 （1）求白光第一級光譜的角寬度；（2） 說明第二級光譜和第三級光譜部分都重疊=設(shè)計一塊光柵，要求：（1）使波長l=600 nm的第二級譜線的衍射角 ；（2） 色散盡可能大；（3） 第三級譜線缺級；（4） 對于波長l=600 nm的二級譜線能分辨0.02nm的波長差。在選定光柵參數(shù)后，問在透鏡的焦面

13、上只可能看到波長l=600 nm 的幾條譜線？ =在雙縫的夫瑯和費衍射實驗中，所用的光波的波長l=632.8 nm,透鏡f=50cm,觀察到相鄰亮紋之間的距離e=1.5mm,并且當?shù)?級亮紋缺級時。試求：（1）雙縫的縫距和縫寬；（2）1,2,3級亮紋的相對強度；（3）當d=10a 的雙縫的第1,2,3級亮紋的相對強度。=用波長為l的光波垂直照射一個N=4，d=4a的衍射屏，這里d為相鄰兩縫間隔，a為縫寬，試求：（1）指出缺級級次；（2）繪出光強I隨sinq變化的分布曲線。q為衍射角；（3）當l=a/2正入射時，最多能夠看到多少條亮紋；（4）計算前3個主極大與中央極大的比值。=設(shè)一個有20個階梯

14、的光柵，t=1cm, n=1.5，l=500nm，求(1) 透射光或反射光在法線方向上能夠分辨的最小波長差；(2) 入射光方向上干涉主極大的級數(shù)；(3) 光柵的角色散；=一塊每毫米1000個刻槽的反射閃耀光柵。一平行光垂直槽面入射，以及閃耀波長為546nm。問(1) 光柵閃耀角多大？(2) 若不考慮缺級，有可能看到546nm 的幾級光譜？(3) 各級光譜的衍射角是多少？= 一塊閃耀光柵寬260mm,每毫米有300個刻槽，閃耀角為77012。(1)求光束垂直槽面入射是，對于波長l=500nm的光的分辨本領(lǐng)；(2) 光柵的自由光譜范圍有多大？(3)同空氣間隔為1cm,銳度為25的F-P標準具的分辨

15、本領(lǐng)和自由光譜范圍作一比較。=設(shè)一個有20個階梯的光柵，t=1cm, d=0.1cm, n=1.5，l=500nm的單色光垂直入射，求（1）透射光或反射光在入射光方向上干涉主極大的級數(shù)；（2）透射光或反射光在法線方向上能夠分辨的最小波長差； （3）光柵的角色散（折射率不隨波長變化）。=求證顯微鏡的分辨本領(lǐng)計算公式，并說明如何提高其分辨本領(lǐng)。=推導(dǎo)雙縫衍射強度分布計算公式全過程,并分析雙縫衍射的極值分布與特點。 第十五章 光的偏振和晶體光學【一、閱讀理解題】=工程光學復(fù)習指導(dǎo)與習題解答P.155-161例題10-1, 10-2,-10-10，10-11， 10-12 3. 工程光學書本，P.48

16、7 例題15-1, 例題15-2【二、思考與討論題】= 為什么只有橫波才可能是偏振的？= 惠更斯作圖法 = 離散角物理意義與計算。 = 若想使一束線偏振光的振動方向旋轉(zhuǎn)，可以采用什么方法？簡單說明理由。= 設(shè)計一個區(qū)分橢圓偏振光和部分橢圓偏振光的實驗方法，并加以簡單說明?！救?、計算題】=工程光學書本， P.337-339 第 1，2, 3-23，30題 ，任選10-15題書本， P.529-532 第 1 題, 第 2 題, 第 4題, 第 2 題, 第 1 題, 第 2 題, 第 1 題, 第 2 題, 第 1 題, 第 2 題,=工程光學復(fù)習指導(dǎo)與習題解答P. 162 自測練習 （選做）= 光矢量沿X軸，振幅為a 的線偏振光= 光矢量與X軸成 角，振幅為a的線偏振光的歸一化瓊斯矢量表示。= 求長軸沿x軸，長短軸之比是 2:1 的右旋橢圓偏振光的歸一化瓊斯矢量。= 振幅為a 的左旋圓偏振光的歸一化瓊斯矢量。= 求透光軸(Transmission axis)與x軸成q角的起偏器的瓊斯矩陣。= 有一快軸與x軸成q角，產(chǎn)生位相差為d的波片，試求其瓊斯矩陣= 自然光通過光軸夾角為45度的線偏振器后，又通過了1/4、1/2和1/8波片，波片快軸沿Y軸方向，試用瓊斯矩陣計算透射光的偏振態(tài)。=