習(xí)題集--《工程光學(xué)-物理光學(xué)》_測(cè)控專業(yè)

1、習(xí)題集-工程光學(xué)-物理光學(xué)_測(cè)控專業(yè) 2015.09工程光學(xué)-物理光學(xué)習(xí)題集_測(cè)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(xué)【 核心教材】 郁道銀，談恒英，工程光學(xué)， 2011年出版了國(guó)家“十一五”規(guī)劃教材（第3版）?！?參考教材】1. 蔡懷宇，工程光學(xué)復(fù)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)題解答，機(jī)械工業(yè)出版社。2. 梁銓廷，物理光學(xué)，電子工業(yè)出版社（第3版）。配套教材物理光學(xué)· 學(xué)習(xí)指導(dǎo)與題解，3. 石順祥等編著，物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)，（第2版）。4. 韓軍等著，物理光學(xué)學(xué)習(xí)指導(dǎo)，西北工業(yè)大學(xué)出版社。5. 趙建林（西北工業(yè)），

2、高等光學(xué)，國(guó)防工業(yè)出版社，2002年第一版，6. 波恩，沃爾夫，光學(xué)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(xué)網(wǎng)站：202. 113. 13. 85。9. 中國(guó)期刊網(wǎng)，萬(wàn)方網(wǎng)，維普期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)等。10. 中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)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(jì)算題】【一、閱讀理解題】=工程光學(xué)復(fù)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)題解答P.99-1

3、01例題7-1, 7-2, 7-3, 7-4, 7-5【三、計(jì)算題】=工程光學(xué)書(shū)本， P.337-339 第 1，2, 3-23，30題 ，任選10-15題【思考與討論題】= 寫(xiě)出無(wú)源、無(wú)傳導(dǎo)電流靜場(chǎng)的麥克斯韋方程組（積分形式或者微分形式）= 無(wú)色散情況下的物質(zhì)方程和其物理意義，= 波動(dòng)方程一般形式，及光波沿z軸正向傳播的波動(dòng)方程表示式。 = 沿z軸正向傳播的平面波簡(jiǎn)諧波解的表達(dá)式，以及主要參量之間的關(guān)系。 = 總結(jié)駐波的特點(diǎn)。= 理解相速度和群速度。=什么是光和光學(xué)？ 研究?jī)?nèi)容的分類？=理解：“幾何光學(xué)” 和 “物理光學(xué)” 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(wèn)題回

4、答貫串 各章節(jié) 學(xué)習(xí) 內(nèi)容。） =靜電場(chǎng)和穩(wěn)恒電流磁場(chǎng)與非穩(wěn)定電磁場(chǎng)，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(xué)拍，條件之一是要頻率接近。則，如果頻率相差大，會(huì)有什么現(xiàn)象以及會(huì)有什么用途？-查閱清華大學(xué)精儀系張書(shū)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(bǔ)充計(jì)算題】= 兩束振動(dòng)方向相互垂直的線偏振光在某點(diǎn)的場(chǎng)表示為，是在一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)選定8等分的8個(gè)不同的時(shí)刻，求出各點(diǎn)的合成矢量，并確定端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)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(xí)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(shū)P.354357，斐索干涉儀和邁克耳遜干涉儀（自學(xué)）=分別從以下幾個(gè)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(jí)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(xué)復(fù)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)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(xué)復(fù)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)題解答P.121， （選做）四、自測(cè)練習(xí) = 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(cè)練習(xí)，23 選擇填空 工程光學(xué)，習(xí)題 P.374-377， 第 1-21，任選5-10題；第22, 23, 24 題 =（習(xí)題冊(cè) ，P.125）在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，雙縫間隔為0.5mm, 接收屏距離雙縫1m,點(diǎn)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(diǎn)光源由光軸向下移動(dòng)2mm, 屏上干涉條紋向什么方向移動(dòng)？移動(dòng)多少距離？（3）若電源發(fā)射出的光波為500±2.5nm范圍的 準(zhǔn)單色光，求屏上能看到的干涉極大的最高 級(jí)次；（4）若光源

7、有一定的寬度，屏上干涉條紋消失時(shí)， 它的臨界寬度是多少？=一雙縫實(shí)驗(yàn)，如圖所示，波長(zhǎng)的單色光垂直入射到縫寬為d的雙縫上，在遠(yuǎn)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P(yáng)0點(diǎn)的光強(qiáng)特性（2）如果將一個(gè)縫的寬度增加到2d，而另一個(gè)縫的寬度保持不變，P0點(diǎn)的光強(qiáng)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(xì)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(wèn)用法布里-珀羅干涉儀，簡(jiǎn)稱：F-P標(biāo)準(zhǔn)具，分析者一結(jié)構(gòu)如何選擇

8、標(biāo)準(zhǔn)具的間距？標(biāo)準(zhǔn)具板面反射率R=0.9。=請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)利用干涉法測(cè)量氣體折射率的光學(xué)裝置，并簡(jiǎn)要說(shuō)明原理。方法：（設(shè)計(jì)+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(gè)法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng) h=0.5 m,兩個(gè)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(zhǎng)）。=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(shí)間相干性和空間相干性，極其物理

9、機(jī)理是什么？有什么經(jīng)典的應(yīng)用？=光波動(dòng)性的2個(gè)主要標(biāo)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(wèn)題；不能解決衍射什么問(wèn)題； =菲涅耳原理提出了？解決什么？ 但沒(méi)有能給出什么？ 【二、閱讀理解題】=工程光學(xué)復(fù)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)題解答P.135-141例題9-1, 9-2, 9-3-9-10=工程光學(xué)復(fù)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)題解答P.141-145 四自測(cè)練習(xí)（選做）【三、計(jì)算題】=工程光學(xué)書(shū)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(zhǎng)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(huì)聚透鏡講衍射光聚集在焦平面上進(jìn)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(chǎng)中心強(qiáng)度為I0，第1亮紋的強(qiáng)度時(shí)多少？=邊長(zhǎng)為 a 和b的矩孔的中心有一個(gè)邊長(zhǎng)為 a 和 b 的半透明方屏， 試導(dǎo)出這種光闌的夫瑯和費(fèi)衍射強(qiáng)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(fèi)衍射強(qiáng)度分布。=一束直徑為2mm的氦氖激光器（波長(zhǎng)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(wèn)在月球上接收到的光斑有多大？若把激光束擴(kuò)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(tái)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(zhǎng)減小 為430mm,問(wèn)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(jì)成多大？=一塊每毫米1000個(gè)刻槽的反射閃耀光柵。以平行光垂直槽面入射，1級(jí)閃耀波長(zhǎng)為546nm。問(wèn)(1) 光柵閃耀角多大？(2) 若不考慮缺級(jí)，有可能看到546nm 的幾級(jí)光譜？(3) 各級(jí)光譜的衍射角是多少？=一塊閃耀光柵寬260mm,每

12、毫米有300個(gè)刻槽，閃耀角為77012。(1)求光束垂直槽面入射是，對(duì)于波長(zhǎng)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(biāo)準(zhǔn)具的分辨本領(lǐng)和自由光譜范圍作一比較。= 波長(zhǎng)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(jí)光譜的角寬度；（2） 說(shuō)明第二級(jí)光譜和第三級(jí)光譜部分都重疊=設(shè)計(jì)一塊光柵，要求：（1）使波長(zhǎng)l=600 nm的第二級(jí)譜線的衍射角 ；（2） 色散盡可能大；（3） 第三級(jí)譜線缺級(jí)；（4） 對(duì)于波長(zhǎng)l=600 nm的二級(jí)譜線能分辨0.02nm的波長(zhǎng)差。在選定光柵參數(shù)后，問(wèn)在透鏡的焦面

13、上只可能看到波長(zhǎng)l=600 nm 的幾條譜線？ =在雙縫的夫瑯和費(fèi)衍射實(shí)驗(yàn)中，所用的光波的波長(zhǎng)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(dāng)?shù)?級(jí)亮紋缺級(jí)時(shí)。試求：（1）雙縫的縫距和縫寬；（2）1,2,3級(jí)亮紋的相對(duì)強(qiáng)度；（3）當(dāng)d=10a 的雙縫的第1,2,3級(jí)亮紋的相對(duì)強(qiáng)度。=用波長(zhǎng)為l的光波垂直照射一個(gè)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(jí)級(jí)次；（2）繪出光強(qiáng)I隨sinq變化的分布曲線。q為衍射角；（3）當(dāng)l=a/2正入射時(shí)，最多能夠看到多少條亮紋；（4）計(jì)算前3個(gè)主極大與中央極大的比值。=設(shè)一個(gè)有20個(gè)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(zhǎng)差；(2) 入射光方向上干涉主極大的級(jí)數(shù)；(3) 光柵的角色散；=一塊每毫米1000個(gè)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(zhǎng)為546nm。問(wèn)(1) 光柵閃耀角多大？(2) 若不考慮缺級(jí)，有可能看到546nm 的幾級(jí)光譜？(3) 各級(jí)光譜的衍射角是多少？= 一塊閃耀光柵寬260mm,每毫米有300個(gè)刻槽，閃耀角為77012。(1)求光束垂直槽面入射是，對(duì)于波長(zhǎng)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(biāo)準(zhǔn)具的分辨

15、本領(lǐng)和自由光譜范圍作一比較。=設(shè)一個(gè)有20個(gè)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(jí)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(zhǎng)差； （3）光柵的角色散（折射率不隨波長(zhǎng)變化）。=求證顯微鏡的分辨本領(lǐng)計(jì)算公式，并說(shuō)明如何提高其分辨本領(lǐng)。=推導(dǎo)雙縫衍射強(qiáng)度分布計(jì)算公式全過(guò)程,并分析雙縫衍射的極值分布與特點(diǎn)。 第十五章 光的偏振和晶體光學(xué)【一、閱讀理解題】=工程光學(xué)復(fù)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)題解答P.155-161例題10-1, 10-2,-10-10，10-11， 10-12 3. 工程光學(xué)書(shū)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(jì)算。 = 若想使一束線偏振光的振動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)，可以采用什么方法？簡(jiǎn)單說(shuō)明理由。= 設(shè)計(jì)一個(gè)區(qū)分橢圓偏振光和部分橢圓偏振光的實(shí)驗(yàn)方法，并加以簡(jiǎn)單說(shuō)明?！救?、計(jì)算題】=工程光學(xué)書(shū)本， P.337-339 第 1，2, 3-23，30題 ，任選10-15題書(shū)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(xué)復(fù)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)題解答P. 162 自測(cè)練習(xí) （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(zhǎng)軸沿x軸，長(zhǎng)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(guò)光軸夾角為45度的線偏振器后，又通過(guò)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(jì)算透射光的偏振態(tài)。=