工程光学 郁道银版 习题解答(一题不落)第十一章_光的干涉和干涉系统
第十一章 光的干涉和干涉系统
1． 双缝间距为1mm,离观察屏1m,用钠光灯做光源，它发出两种波长的单色光
nm 0.5891=λ和nm 6.5892=λ，问两种单色光的第十级亮条纹之间的间距是多
少？
解：由题知两种波长光的条纹间距分别为
9
6113
1589105891010D e m d λ---??===? 96
223
1589.610589.61010
D e m d λ---??===? ∴第十级亮纹间距()()65211010589.6589100.610e e m -?=-=?-?=?
2． 在杨氏实验中，两小孔距离为1mm,观察屏离小孔的距离为50cm,当用一片折射率为1.58的透明薄片贴住其中一个小孔时（见图11-17），发现屏上的条纹系统移动了0.5场面，试决定试件厚度。
解：设厚度为h ，则前后光程差为()1n h ?=- ()1x d
n h D
??∴-=
23
0.510100.580.5
h --??=
2
1.7210h mm -=?
3． 一个长30mm 的充以空气的气室置于杨氏装置中的一个小孔前，在观察屏上观察到稳
定的干涉条纹系。继后抽去气室中的空气，注入某种气体，发现条纹系移动了25
个条纹，已知照明光波波长nm 28.656=λ，空气折射率000276.10=n 。试求注入气室内气体的折射率。
解：设气体折射率为n ，则光程差改变()0n n h ?=-
图11-47 习题2 图
()02525x d d
n n h e D D
λ??∴-=
=?= 9
025656.2810 1.000276 1.0008230.03
m n n h λ-??=+=+= 4． ** 垂直入射的平面波通过折射率为n 的玻璃板，投射光经投射会聚到焦点上。玻
璃板的厚度沿着C 点且垂直于图面（见图11-18）的直线发生光波波长量级的突变d ，问d 为多少时，焦点光强是玻璃板无突变时光强的一半。
解：无突变时焦点光强为04I ，有突变时为02I ，设',.d D 2
00'
4cos 2xd I I I D
πλ== ()'104xd m m D λ??
∴?=
=+≥ ???
又
()1n d ?=-
114d m n λ?
?
∴=
+ ?-??
5． 若光波的波长为λ，波长宽度为λ?，相应的频率和频率宽度记为ν和ν?，证明
λ
λ
ν
ν
?=
?，对于nm 8.632=λ的氦氖激光，波长宽度nm 8
102-?=?λ，求频
率宽度和相干长度。
解：
c λν= λ
ν
λ
ν
??∴
=
对于632.8c
nm λνλ
=?=
898
41821010310 1.49810632.8632.810
c Hz λ
λννλλλ---??????∴?=?=?==??? C 图11-18
218
417632.810210210
L m λλ--?===???
6． 直径为0.1mm 的一段钨丝用作杨氏实验的光源，为使横向相干宽度大于1mm ，双孔
必须与灯相距离多少？ 解：设钨灯波长为λ，则干涉孔径角bc
λβ= 又∵横向相干宽度为1d mm =
∴孔、灯相距
0.182d
d bc
l m
β
λ
?=
=
= 取550nm λ=
7． 在等倾干涉实验中，若照明光波的波长nm 600=λ，平板的厚度mm h 2=，折射
率5.1=n ，其下表面涂上某种高折射率介质（5.1>H n ），问（1）在反射光方向观察到的圆条纹中心是暗还是亮？（2）由中心向外计算，第10个亮纹的半径是多少？（观察望远镜物镜的焦距为20cm ）（3）第10个亮环处的条纹间距是多少？ 解：（1）
0H n n n <<，∴光在两板反射时均产生半波损失，对应的光程差为
22 1.50.0020.006nh m ?==??=
∴中心条纹的干涉级数为
6
4061010600
m λ?
?===
为整数，所以中心为一亮纹
（2）由中心向外，第N 个亮纹的角半径为N θ=
100.067rad θ∴=
=
半径为10100.06720013.4r f mm mm θ=?=?= （3）第十个亮纹处的条纹角间距为 31010 3.358102n rad h
λ
θθ-?=
=? ∴间距为10100.67r f mm θ?=??=
8． 用氦氖激光照明迈克尔逊干涉仪，通过望远镜看到视场内有20个暗环且中心是暗
斑。然后移动反射镜1M ，看到环条纹收缩，并且一一在中心消失了20环，此刻视
场内只有10个暗环，试求（1）1M 移动前中心暗斑的干涉级次（设干涉仪分光板1G 不镀膜）；（2）1M 移动后第5个暗环的角半径。
解：（1）设移动前暗斑的干涉级次为0m ，则移动后中心级次为020m - 移动前边缘暗纹级次为020m -
，对应角半径为1θ=
移动后边缘暗纹级次为030m -
，对应角半径2θ=
()1221
1020
.............................1h h θθ∴=?
= 又∵()1210 (22)
N h h h λ
λ?=-=
= （条纹收缩，h 变小） 1220,10h h λλ== ∴1022
h m λ
λλ+
=
040.5m =
（2）移动后 252cos '2
h m λ
θλ+
=
()210cos 20.552
λ
λθλ?+=-
3cos 4
θ=
∴角半径541.40.72rad θ=?=
9． 在等倾干涉实验中，若平板的厚度和折射率分别是h=3mm 和n=1.5,望远镜的视场角
为0
6，光的波长,450nm =λ问通过望远镜能够看到几个亮纹？ 解：设有N 个亮纹，中心级次
34022 1.53101222102
nh m λ
λ
λ
λ
-+???+
=
=
=?-
12
q ∴=
最大角半径0.0524θ=
12.68N ≤
∴可看到12条亮纹
10． 用等厚干涉条纹测量玻璃楔板的楔角时，在长达5cm 的范围内共有15个亮纹，玻璃
楔板的折射率n=1.52,所用光波波长,600nm =λ求楔角。
解：9
560010 5.9100.05
22 1.5215
rad ne λ
α--?=
=??? 11． 土11-50所示的装置产生的等厚干涉条纹称牛顿环。证明λ
N r R 2
=，N 和r 分别表
示第N 个暗纹和对应的暗纹半径。λ为照明光波波长，R 为球面 曲率半径。
证明：在O 点空气层厚度为0，此处为一暗斑，设第N 暗斑半径为N r ，由图
()
2222
2N r R R h Rh h =--=-
R
h 22N r Rh ∴≈
又∵第N 暗纹对应空气层 ()
22122
h N λ
λ
+
=+
2
N h λ
=
2
r R N λ
∴=
12． 试根据干涉条纹清晰度的条件（对应于光源中心和边缘点，观察点的光程差?δ
必须
h
图11-50 习题12图
小于4
λ
），证明在楔板表面观察等厚条纹时，光源的许可角度为p θ=
'1
n h
n λ，其中h 是观察点处楔板厚度，n 和'n 是板内外折射率。
证明：如图，扩展光源12s s 照明契板W ，张角为2θ，设中心点0s 发出的光线在两表面反射
交于P ，则P 点光程差为12nh ?=（h 为对应厚度），若板极薄时，由1s 发出的光以角1θ入射也交于P 点附近，光程差222cos nh θ?=（2θ为折射角）
222222cos 212sin 2122nh nh nh θθθ????∴?==-≈- ? ????
?
由干涉条纹许可清晰度条件，对于10,s s 在P 点光程差小于
4
λ
21224
nh λ
θ∴?-?=≤
1'4
n nh n θλ??≤ ???
∴许可角度12θ≤
证毕。
13． 在图11-51中，长度为10cm 的柱面透镜一端与平面玻璃相接触。另一端与平面玻璃
相间隔0.1mm ，透镜的曲率半径为1m 。问：（1）在单色光垂直照射下看到的条纹形状怎样？（2）在透镜长度方向及于之垂直的方向上，由接触点向外计算，第N 个暗条纹到接触点的距离是多少？设照明广博波长nm 500=λ。
解：（1）沿轴方向为平行条纹，沿半径方向为间距增加的圆条纹，如图
（2）∵接触点光程差为
2
λ
∴为暗纹 沿轴方向，第N 个暗纹有2
h N λ
=?
高0.1mm
图11-51 习题14图
∴距离93
500100.252210h
N N
d Nmm λθθ--?==
==?
沿半径方向N r =
==
14． 假设照明迈克耳逊干涉仪的光源发出波长为1λ和2λ的两个单色光波，1λ=2λ+λ?，
且<<
?λ1λ，这样，当平面镜M 1移动时，干涉条纹呈周期性地消失和再现，从而
使条纹可见度作周期性变化，（1）试求条纹可见度随光程差的变化规律；（2）相继两次条纹消失时，平面镜M 1移动的距离?h ；（3）对于钠灯，设1λ=589.0nm 和
2λ=589.6nm 均为单色光，求?h 的值。
解：（1）当1λ的亮纹与2λ的 亮纹重合时，太欧文可见度最好，1λ与2λ的亮暗纹重合
时条纹消失，此时光程差相当于1λ的整数倍和2λ的半整数倍（反之亦然），即
1121
2'()2
h m m λλ?=+?==+
式中假设2cos 1θ=，'?为附加光程差（未镀膜时为2
λ） ∴()212112
12'2'2'............12h h h m m λλλλλ+?+?+?-+
=-=?? 当1M 移动时干涉差增加1，所以
()2112
12()'
1............................22h h m m λλλ+?+?-++=??
（1）（2）式相减，得到
122h λλλ
?=
? （2） 0.289h mm ?=
15． 图11-52是用泰曼干涉仪测量气体折射率的示意图，其中D 1和D 2是两个长度为10cm
的真空气室，端面分别与光束II I 和垂直。在观察到单色光照明（λ=589.3nm ）产生的干涉条纹后，缓慢向气室D 2充氧气，最后发现条纹移动了92个，（1）计算氧气的折射率；（2）若测量条纹精度为101条纹，求折射率的测量精度。
解：（1）条纹移动92个，相当于光程差变化92λ?=
设氧气折射率为n 氧， ()
210.192n λ∴-?=氧 n 氧=1.000271
（2）若条纹测量误差为N ?，周围折射率误差有
9
7
20.1589.310 2.9510220.1
l n N N n l λ
λ--?=???????===?? 16． 红宝石激光棒两端面平行差为10'
'，将其置于泰曼干涉仪的一支光路中，光波的波
长为632.8nm,棒放入前，仪器调整为无干涉条纹，问应该看到间距多大的条纹？设
红宝石棒的折射率n=1.76.
解：契角为α，光经激光棒后偏转()21n α-
∴两光波产生的条纹间距为
()8.621e mm n λ
α
=
=-
17． 将一个波长稍小于nm 600的光波与一个波长为nm 600的光波在F-P 干涉上比较，
当F-P 干涉仪两镜面间距改变mm 5.1时，两光波的条纹就重合一次，试求未知光波的波长。 解：设附加相位变化?，当两条纹重合时，光程差为1λ，2λ的整数倍，
图11-52 习题16图
2h m ?λ
λπ?=+
= 2h m ?λπ
∴=+
在移动前21121
212
222h h m m m h λλ??λπλπλλ????
-?=-=+
-+= ? ????? 移动后
211212122()2()'12()h h h h m m m h h λλ
??λπλπλλ????-+?+??=-+=+-+=+? ? ??
???
由上两式得2
12
0.1222nm h
h
λλλλ?=
≈
=??
∴未知波长为599.88nm
18． F -P 标准具的间隔为mm 5.2，问对于nm 500=λ的光，条纹系中心的干涉级是多
少？如果照明光波包含波长nm 500和稍少于nm 500的两种光波，它们的环条纹距离为100/1条纹间距，问未知光波的波长是多少？ 解：若不考虑附加相位?，则有02h m λ= 40210h
m λ
=
=
()2
942350010151021002 2.510
e nm e h λλ---???=
?=?
=??? ∴未知波长为499.99995nm
19． F -P 标准具两镜面的间隔为mm 25.0，它产生的1λ谱线的干涉环系中的第2环和第
5环的半径分别是mm 2和mm 8.3，2λ谱系的干涉环系中的第2环和第5环的半径分别是mm 1.2和mm 85.3。两谱线的平均波长为nm 500，求两谱线波长差。 解：设反射相位?产生附加光程差'?，则对于1λ有
()012'....................1h m λ+?=
若011m m q =+，（1m 为整数），则第N 个亮纹的干涉级数为()11m N --???? 其角半径为()()112cos '1.....................2N h m N θλ+?=--???? 由（1）（2）得()()1121cos 1N h N q θλ-=-+ ()2
1
11N N q h
λθ≈-+
又∵N N r f θ=?
∴第五环与第二环半径平方比为
251
1221
510.14921r q q r q -+=?=-+ 同理20.270q =
又()()1122122
222h h h m q m q ??λ
λπλπλ?????+-+=+-+= ? ????? ∴()2216102q q nm h
λ
λ-?=
-=?
20． 如图11-53所示，F-P 标准具两镜面的间隔为cm 1，在其两侧各放一个焦距为cm
15的准直透镜1L 和会聚透镜2L 。直径为cm 1的光源（中心在光轴上）置于1L 的焦平面上，光源为nm 3.589=λ的单色光；空气折射率为1。（1）计算2L 焦点处的干涉级次，在2L 的焦面上能看到多少个亮条纹？其中半径最大条纹的干涉级和半径是多少？（2）若将一片折射率为1.5，厚为mm 5.0的透明薄片插入其间至一半位置，
干涉环条纹应怎样变化？
解：（1）忽略金属反射时相位变化?，则
2
9
221033938.57589.310h
m λ--?===?
∴干涉级次为33938
光源经成像在观察屏上直径为1cm ，相应的张角1
30
tg θ=
，中心亮纹干涉级为133938m =，设可看到N 个亮纹，则最亮纹干涉级次为()11m N --????，其入射角N θ有()12cos 1N nh m N θλ=--????
观察屏
图11-53 习题21图
()1133919.7m N --=
∴最外层亮纹级数为33920
∴可看到18个亮纹
（2）上下不同，所以有两套条纹，不同处即 上： 2nh m λ=
下： ()22''nh n n h m λ+-?= （以上对应中心条纹）
21． 在玻璃基片上（52.1=G n ）涂镀硫化锌薄膜，入射光波长为nm 500=λ，求正入射时给出最大反射比和最小反射比的膜厚及相应的反射比。 解：正入射时，反射比为
()()2
2
2
2002
22200cos sin 422,cos sin 22G G G G n n n n n n nh n n n n n n δ
δπρδλδδ??-+- ???==??+++
???
当δπ=时，反射率最大()G n n >
2
0max
00.33G G n n n n n n n n ρ??
-
?== ? ?
+??
对应52.524h nm n
λ
=
=
当2δπ=时，反射率最小，min 0.04ρ= 对应105.042h nm n
λ
=
=
22． 在玻璃基片上镀两层光学厚度为4/0λ的介质薄膜，如果第一层的折射率为1.35，
问为达到在正入射下膜系对0λ全增透的目的，第二层薄膜的折射率应为多少？（玻璃基片折射率6.1=G
n
）
解：镀双层膜时，正入射2
001''G G n n n n ρ??
-= ?+??
其中22
112
22''G G G n n n n n n ==
令0ρ=
，则21 1.35 1.71n =
==
23． 在玻璃基片（6.1=G n ）上镀单层增透膜，膜层材料是氟化镁（38.1=n ），控制
膜厚使得在正入射时对于波长nm 5000=λ的光给出最小反射比。试求这个单层膜在下列条件下的反射比：（1）波长nm 6000=λ，入射角000=?；（2）波长
nm 5000=λ，入射角0030=?。
解：（1）600nm λ=时，0445
46
nh
λππδπλ
λ=
=
?= 代入式（11-67）有 0.01ρ=
（2）斜入射时，对,s p 分量有
000
00
cos cos cos cos ,cos cos cos cos s p n n
n n r r n n n n θθθθθθθθ--=-=++
可见对s 分量若令000cos ,cos ,cos G G G n n n n n n θθθ===
p 分量令
000,,cos cos cos G G G
n n n
n n n θθθ=== 则其形式与正入射时类似，因此可用于计算斜入射情形 当030θ=?时，可求得1
0sin sin 2115'n θθ-??
==?
???
1sin sin 1812'G G n n θθ-??
==?
???
∴对s 分量 000cos 0.866, 1.286, 1.52G n n n n θ==== 在30?角入射下，0
44cos cos 2115'0.932nh nh π
π
δθπλλ=
=
?=
将上述值代入（11-67）式有0.014s r =， 同理 0.004p r = 因入射为自然光，所以反射率为1
0.0092s p r r ρ??=
+=?
? 24. 图示为检测平板平行性的装置。已知光源有：白炽灯，钠灯
（
nm nm 6.0,3.589=?=λλ，氦灯（ nm nm 0045.0,590=?=λλ ）
，
透镜L1、L2的焦距均为100mm ，待测平板Q 的最大厚度为4mm ， 折射率为1.5，平板到透镜L2的距离为300mm.
问：1）该检测装置应选择何种光源？ 2）S 到L1的距离？
3）光阑S 的许可宽度？ （注：此问写出算式即可。）
1） λ?小，相干性好，故选氦灯。
2） 检测平板平行性的装置应为等厚干涉系统，故S 到L1的距离为100mm ，以使出射光成平行光，产生等厚干涉条纹。
3）光源角半径：
另一方面，由光源中心点与边缘点发出的光在P 点产生的程差之差： 由此得：
所以光阑S 的许可宽度为：
25. 法布里—珀罗（F-P ）干涉仪两工作板的振幅反射系数，假设不考虑光在干涉仪两板内表面反射时的相位变化，问：
（1） 该干涉仪的最小分辨本领是多大？
（2）要能分辨开氢红线的双线，即 ，则F-P 干涉仪的间隔h 最小应为多大？
解（1） F-P 干涉仪的分辨本领为
当r=0.9时，最小分辨本领（对应m=1)为
（2）要能分辨开氢红线的双线 ，即要求分辨本领为
由于A 正比于m ，所以相应的级次为
12l b =α4
)cos 1(2'0λ
α≤
-=?-?nh h
n n λα'
21
≤
mm h
n n l l b 49.12122'
11≈?
≤=λ
αm μλ4101360.0-?=?2
197.0197.097.0r r
m
m mS mN A -=-===πρρπ43
.149.019
.0197.02
min =-???=πA )6563.0(m H μα35
.4825710136.06563
.04=?=?=-λλA
F-P 干涉仪的间距应为：
26. 一个用于检验平板厚度均匀性的装置如图所示，光阑D 用于限制平板上的受光面积，通过望远镜可以观察平板不同部位产生的干涉条纹（平板可相对光阑平移）。试讨论：
（1）平板从B 处移到A 处时，可看到有10个暗纹从中心冒出，问A 、B 两处对应的平板厚度差是多少？并决定哪端厚或薄？ （2）所用光源的光谱宽度为0.06nm ，平均波长为600nm ，问能检验多厚的平板（n=1.52）？
（1）由所给装置知这是一等倾干涉系统，因此条纹外冒，表明厚度h 增加，故 ，厚度差：
2）当光程差 （相干长度）时，不能检测。
而
即 从而
334443.1435.48257min
===A A m m
m h μλ097.12
6563.033442=?=
=B A h h >m mm N n h μδλδ97.11097.11052.121060023
6=?=???==--L M 2=?>?mm M 610
06.0)10600(62
62=??=?=?--λλmm nh 62<=?mm n h 97.126
=<
光的干涉习题答案
学号 班级 姓名 成绩 第十六章 光的干涉（一） 一、选择题 1、波长mm 4 108.4-?=λ的单色平行光垂直照射在相距mm a 4.02=的双缝上，缝后 m D 1=的幕上出现干涉条纹。则幕上相邻明纹间距离是[ B ]。 A ．0.6mm ； B ．1.2 mm ； C ．1.8 mm ； D ． 2.4 mm 。 2、在杨氏双缝实验中，若用一片透明云母片将双缝装置中上面一条缝挡住，干涉条纹发生的变化是[ C ]。 A .条纹的间距变大； B .明纹宽度减小； C .整个条纹向上移动； D .整个条纹向下移动。 3、双缝干涉实验中，入射光波长为λ，用玻璃薄片遮住其中一条缝，已知薄片中光程比相同厚度的空气大2.5λ，则屏上原0级明纹处[ B ]。 A ．仍为明条纹； B ．变为暗条纹； C ．形成彩色条纹； D ．无法确定。 4、在双缝干涉实验中，为使屏上的干涉条纹间距变大，可以采取的办法是[ B ]。 A ．使屏靠近双缝； B ．使两缝的间距变小； C ．把两个缝的宽度稍微调窄； D ．改用波长较小的单色光源。 5、在双缝干涉实验中，单色光源S 到两缝S 1、S 2距离相等，则中央明纹位于图中O 处，现将光源S 向下移动到S ’的位置，则[ B ]。 A ．中央明纹向下移动，条纹间距不变； B ．中央明纹向上移动，条纹间距不变； C ．中央明纹向下移动，条纹间距增大； D ．中央明纹向上移动，条纹间距增大。 二、填空题 1、某种波长为λ的单色光在折射率为n 的媒质中由A 点传到B 点，相位改变为π，问光程改变了 2λ ， 光从A 点到B 点的几何路程是 2n λ 。 2、从两相干光源s 1和s 2发出的相干光，在与s 1和s 2等距离d 的P 点相遇。若s 2位于真空 中，s 1位于折射率为n 的介质中，P 点位于界面上，计算s 1和s 2到P 点的光程差 d-nd 。 3、光强均为I 0的两束相干光相遇而发生干涉时，在相遇区域内有可能出现的最大光强是 04I ；最小光强是 0 。
工程光学_郁道银_光学习题解答
第一章习题 1、已知真空中的光速c＝3 m/s，求光在水（n=1.333）、冕牌玻璃（n=1.51）、火石玻璃（n=1.65）、加拿大树胶（n=1.526）、金刚石（n=2.417）等介质中的光速。 解： 则当光在水中，n=1.333时，v=2.25 m/s, 当光在冕牌玻璃中，n=1.51时，v=1.99 m/s, 当光在火石玻璃中，n＝1.65时，v=1.82 m/s， 当光在加拿大树胶中，n=1.526时，v=1.97 m/s， 当光在金刚石中，n=2.417时，v=1.24 m/s。 2、一物体经针孔相机在屏上成一60mm大小的像，若将屏拉远50mm，则像的大小变为70mm,求屏到针孔的初始距离。 解：在同种均匀介质空间中光线直线传播，如果选定经过节点的光线则方向不变，令屏到针孔的初始距离为x，则可以根据三 角形相似得出： 所以x=300mm 即屏到针孔的初始距离为300mm。 3、一厚度为200mm的平行平板玻璃（设n=1.5），下面放一直径为1mm的金属片。若在玻璃板上盖一圆形纸片，要求在玻
璃板上方任何方向上都看不到该金属片，问纸片最小直径应为多少？ 解：令纸片最小半径为x, 则根据全反射原理，光束由玻璃射向空气中时满足入射角度大于或等于全反射临界角时均会发生全反射，而这里正是由于这个原因导致在玻璃板上方看不到金属片。而全反射临界角求取方法为： (1) 其中n2=1, n1=1.5, 同时根据几何关系，利用平板厚度和纸片以及金属片的半径得到全反射临界角的计算方法为： (2) 联立（1）式和（2）式可以求出纸片最小直径x=179.385mm，所以纸片最小直径为358.77mm。 4、光纤芯的折射率为n1、包层的折射率为n2,光纤所在介质的折射率为n0，求光纤的数值孔径（即n0sinI1,其中I1为光在光纤内能以全反射方式传播时在入射端面的最大入射角）。
第一章光的干涉习题与答案解析
λd r y 0 = ?第一章 光的干涉 ●1.波长为nm 500的绿光投射在间距d 为cm 022.0的双缝上，在距离cm 180处的光屏上形成干涉条纹，求两个亮条纹之间的距离.若改用波长为nm 700的红光投射到此双缝上,两个亮条纹之间的距离又为多少?算出这两种光第2级亮纹位置的距离. 解：由条纹间距公式 λ d r y y y j j 0 1= -=?+ 得: cm 328.0818.0146.1cm 146.1573.02cm 818.0409.02cm 573.010700022.0180cm 409.010500022.018021222202221022172027101=-=-=?=?===?===??==?=??== ?--y y y d r j y d r j y d r y d r y j λλλλ ●2．在杨氏实验装置中,光源波长为nm 640,两狭缝间距为mm 4.0,光屏离狭缝的距离为 cm 50.试求：(1)光屏上第1亮条纹和中央亮条纹之间的距离；（2）若p 点离中央亮条纹 为mm 1.0，问两束光在p 点的相位差是多少？（3）求p 点的光强度和中央点的强度之比. 式: 解：（1）由公 得 λd r y 0= ? =cm 100.8104.64.05025--?=?? （2）由课本第20页图1-2的几何关系可知 52100.01 sin tan 0.040.810cm 50 y r r d d d r θθ--≈≈===?
5 21522()0.8106.4104 r r π ππ?λ --?= -= ??= ? (3) 由公式 22 22 121212cos 4cos 2I A A A A A ? ??=++?= 得 8536.04 2224cos 18cos 0cos 421cos 2 cos 42cos 42220 2212 212020=+=+= =??=??= =π ππ??A A A A I I p p ●3. 把折射率为1.5的玻璃片插入杨氏实验的一束光路中,光屏上原来第5级亮条纹所 在的位置为中央亮条纹,试求插入的玻璃片的厚度.已知光波长为6×10-7 m. 解：未加玻璃片时，1S 、2S 到P 点的光程差，由公式 2r ?πλ??=可知为 Δr =215252r r λ πλπ-= ??= 现在 1 S 发出的光束途中插入玻璃片时，P 点的光程差为 ()210022r r h nh λλ ?ππ'--+= ?=?=???? 所以玻璃片的厚度为 421510610cm 10.5r r h n λ λ--= ===?- 4. 波长为500nm 的单色平行光射在间距为0.2mm 的双狭缝上.通过其中一个缝的能量为另一个的2倍,在离狭缝50cm 的光屏上形成干涉图样.求干涉条纹间距和条纹的可见度. 解： 6050050010 1.250.2r y d λ-?= =??=mm 122I I = 22 122A A = 1 2A A =
光学 第一章 习题及答案
物理与机电工程学院 2011级 应用物理班 姓名：罗勇 学号：20114052016 第一章 习题 一、填空题： 1001．光的相干条件为 两波频率相等 、相位差始终不变和 传播方向不相互垂直。 1015.迈克尔逊干涉仪的反射镜M 2移动0.25mm 时,看到条纹移动的数目为1000个，若光为垂直入射，则所用的光源的波长为_500nm 。 1039,光在媒介中通过一段几何路程相应的光程等于折射率和__路程_的乘积 。 1089. 振幅分别为A 1和A 2的两相干光同时传播到p 点，两振动的相位差为ΔΦ。则p 点的 光强I ＝22 12122cos A A A A ?++? 1090. 强度分别为1I 和2I 的两相干光波迭加后的最大光强max I =12+I I 。 1091. 强度分别为I 1和I 2的两相干光波迭加后的最小光强min I =。12I I - 1092. 振幅分别为A 1和A 2的两相干光波迭加后的最大光强max I =12122A A A A ++。 1093. 振幅分别为A 1和A 2的两相干光波迭加后的最小光强min I =12122A A A A +-。 1094. 两束相干光叠加时，光程差为λ/2时，相位差?Φ=π。 1095. 两相干光波在考察点产生相消干涉的条件是光程差为半波长的()2j+1倍，相位差为π的()2j+1倍。 1096. 两相干光波在考察点产生相长干涉的条件是光程差为波长的2j 倍，相位差为π的 2j 倍。 1097. 两相干光的振幅分别为A 1和A 2，则干涉条纹的可见度v=1221221A A A A ?? ?????+ ??? 。 1098. 两相干光的强度分别为I 1和I 2，则干涉条纹的可见度v= 1212 I I I I -+。 1099.两相干光的振幅分别为A 1和A 2，当它们的振幅都增大一倍时，干涉条纹的可见度为 不变。 1100. 两相干光的强度分别为I 1和I 2，当它们的强度都增大一倍时，干涉条纹的可见度 不变。 1101. 振幅比为1/2的相干光波，它们所产生的干涉条纹的可见度V=45。 1102. 光强比为1/2的相干光波，它们所产生的干涉条纹的可见度V=13 。 1103. 在杨氏双缝干涉实验中，缝距为d ，缝屏距为D ，屏上任意一点p 到屏中心p 点的距离为y ，则从双缝所发光波到达p 点的光程差 为 1104. 在杨氏双缝干涉实验中，缝距为d ，缝屏距为D ，波长为λ，屏上任意一点p 到屏中心p 0点的距离为y ，则从双缝所发光波到达p 点的相位差为
第一章--光的干涉--习题及答案
第一章--光的干涉--习题及答案
λ d r y 0 =?第一章 光的干涉 ●1.波长为nm 500的绿光投射在间距d 为cm 022.0的双缝上，在距离cm 180处的光屏上形成干涉条纹，求两个亮条纹之间的距离.若改用波长为nm 700的红光投射到此双缝上,两个亮条纹之间的距离又为多少?算出这两种光第2级亮纹位置的距离. 解：由条纹间距公式 λ d r y y y j j 0 1= -=?+ 得: cm 328.0818.0146.1cm 146.1573.02cm 818.0409.02cm 573.010700022.0180cm 409.010500022.018021222202221022172027101=-=-=?=?===?===??==?=??== ?--y y y d r j y d r j y d r y d r y j λλλλ ●2．在杨氏实验装置中,光源波长为nm 640,两狭缝间距为mm 4.0,光屏离狭缝的距离为cm 50.试求：(1)光屏上第1亮条纹和中央亮条纹之间的距离；（2）若p 点离中央亮条纹为mm 1.0，问两束光在p 点的相位差是多少？（3）求p 点的光强度和中央点的强度之比. 解：（1）由公式: 得
λd r y 0 = ? = cm 100.8104.64 .050 25--?=?? （2）由课本第20页图1-2的几何关系可 知 52100.01sin tan 0.040.810cm 50 y r r d d d r θθ--≈≈===? 5 21522()0.8106.4104 r r π ππ?λ --?= -= ??= ? (3) 由公式 22 22 121212cos 4cos 2 I A A A A A ? ??=++?= 得 8536.04 2224cos 18cos 0cos 421cos 2 cos 42cos 42220 2212 212020=+=+= =??=??= =π ππ??A A A A I I p p ●3. 把折射率为1.5的玻璃片插入杨氏实验 的一束光路中,光屏上原来第5级亮条纹所在的位置为中央亮条纹,试求插入的玻璃片的厚度.已知光波长为6×10-7m . 解：未加玻璃片时，1 S 、2 S 到P 点的光程差，由 公式 2r ?πλ ??=可知为 Δr = 215252r r λ πλπ-= ??=
(完整word版)郁道银主编_工程光学(知识点)
1 、波面：点光源发出的光波向四周传播时，某一时刻其振动位相相同的点所构成的等相位面称为波阵面，简称波面。 2 、几何光学的四大基本定律 1 ）光的直线传播定律：在各向同性的均匀介质中，光是沿着直线传播的。 2 ）光的独立传播定律：不同光源发出的光在空间某点相遇时，彼此互不影响，各光束独立传播。 3 ）反射定律和折射定律（全反射）： 全反射：当光线从光密介质向光疏介质入射，入射角大于临界角时，入射到介质上的光会被全部反射回原来的介质中，而没有折射光产生。sinI m =n ’/n ，其中I m 为临界角。 3 、费马原理 光从一点传播到另一点，其间无论经历多少次折射和反射，其光程为极值。 4 、马吕斯定律 光线束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面正交，并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。 5 、完善成像条件（3种表述) 1）、入射波面为球面波时，出射波面也为球面波； 2）、入射光束为同心光束时，出射光束也为同心光束； 3）、物点A 1及其像点A k ’之间任意二条光路的光程相等。 6 、单个折射面的成像公式（定义、公式、意义） r n n l n l n -= -''' r l l 21'1=+ ( 反射球面，n n -=' ) 7 、垂轴放大率成像特性： β>0,成正像，虚实相反；β<0,成倒像，虚实相同。|β|>1,放大；|β|<1，缩小。 注：前一个系统形成的实像，若实际光线不可到达，则为下一系统的虚物。 若实际光线可到达，则为下一系统的实物。 8 、理想光学系统两焦距之间的关系 n n f f ''-= 9 、解析法求像方法为何？（牛顿公式、高斯公式） 1）牛顿公式： 2）高斯公式： ' 11'1f l l =-
光的干涉练习题及答案
1、严格地讲，空气折射率大于1，因此在牛顿环实验中，若将玻璃夹层中的空气逐渐抽去而 成为真空时，干涉环将：（） A.变大； B.缩小； C.不变； D.消失。 【答案】：A 2、在迈克耳逊干涉仪的一条光路中，放入一折射率n，厚度为h的透明介质板，放入后，两 光束的光程差改变量为：（） A.2(n1)h； B.2nh； C.nh； D.(n1)h。 【答案】：A 3、用劈尖干涉检测工件（下板）的表面，当波长为λ的单色光垂直入射时，观察到干涉条纹 如图。图中每一条纹弯曲部分的顶点恰与左边相邻的直线部分的连线相切。由图可见工件表面：（） A.一凹陷的槽，深为λ/4； B.有一凹陷的槽，深为λ/2； C.有一凸起的埂，深为λ/4； D.有一凸起的埂，深为λ。 【答案】：B 4、牛顿环实验装置是用一平凸透镜放在一平板玻璃上，接触点为C，中间夹层是空气，用平 行单色光从上向下照射，并从下向上观察，看到许多明暗相间的同心圆环，这些圆环的特点是：（） A.C是明的，圆环是等距离的； B.C是明的，圆环是不等距离的； C.C是暗的，圆环是等距离的； D.C是暗的，圆环是不等距离的。 【答案】：B 5、若将牛顿环玻璃夹层中的空气换成水时，干涉环将：（） A.变大； B.缩小； C.不变； D.消失。 【答案】：B 6、若把牛顿环装置(都是用折射率为1.52的玻璃制成的)由空气搬入折射率为1.33的水中， 则干涉条纹（） A.中心暗斑变成亮斑； B.变疏； C.变密； D.间距不变。 【答案】：C 7、两个不同的光源发出的两个白光光束，在空间相遇是不会产生干涉图样的，这是由于（） A.白光是由许多不同波长的光组成； B.两个光束的光强不一样； C.两个光源是独立的不相干光源； D.两个不同光源所发出的光，频率不会恰好相等。 【答案】：C 8、在双缝干涉实验中，若单色光源S到两缝S1、S2距离相等，则观察屏上中央明条纹位于O 处。现将光源S向下移动到S位置，则（） A.中央明条纹也向下移动，且条纹间距不变； B.中央明条纹向上移动，且条纹间距不变； C.中央明条纹向下移动，且条纹间距增大； D.中央明条纹向上移动，且条纹间距增大。 第1页共8页
工程光学 郁道银 光学习题解答
工程光学郁道银光学习题解答第一章习题 1、已知真空中的光速c,3 m/s，求光在水(n=1.333)、冕牌玻璃(n=1.51)、火石玻璃(n=1.65)、加拿大树胶(n=1.526)、金刚石(n=2.417)等介质中的光速。 解: 则当光在水中，n=1.333时，v=2.25 m/s, 当光在冕牌玻璃中，n=1.51时，v=1.99 m/s, 当光在火石玻璃中，n,1.65时，v=1.82 m/s， 当光在加拿大树胶中，n=1.526时，v=1.97 m/s， 当光在金刚石中，n=2.417时，v=1.24 m/s。 2、一物体经针孔相机在屏上成一60mm大小的像，若将屏拉远50mm，则像的大小变为70mm,求屏到针孔的初始距离。 解:在同种均匀介质空间中光线直线传播，如果选定经过节点的光线则方向不变，令屏到针孔的初始距离为x，则可以根据三角形相似得出: 所以x=300mm 即屏到针孔的初始距离为300mm。 3、一厚度为200mm的平行平板玻璃(设n=1.5)，下面放一直径为1mm的金属片。若在玻璃板上盖一圆形纸片，要求在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属片，问纸片最小直径应为多少, 解:令纸片最小半径为x,
则根据全反射原理，光束由玻璃射向空气中时满足入射角度大于或等于全反射临界角时均会发生全反射，而这里正是由于这个原因导致在玻璃板上方看不到金属片。而全反射临界角求取方法为: (1) 其中n=1, n=1.5, 21 同时根据几何关系，利用平板厚度和纸片以及金属片的半径得到全反射临界角的计算方法为: (2) 联立(1)式和(2)式可以求出纸片最小直径x=179.385mm，所以纸片最小直径为358.77mm。 4、光纤芯的折射率为n、包层的折射率为n,光纤所在介质的折射率为n，求光纤的数值120孔径(即nsinI,其中I为光在光纤内能以全反射方式传播时在入射端面的最大入射角)。 011 解:位于光纤入射端面，满足由空气入射到光纤芯中，应用折射定律则有: n0sinI1=n2sinI2 (1) 而当光束由光纤芯入射到包层的时候满足全反射，使得光束可以在光纤内传播，则有: (2) 由(1)式和(2)式联立得到n sinI1 . 0
工程光学课后答案-第二版-郁道银
工程光学第一章习题 1、已知真空中的光速c＝3 m/s，求光在水（n=1.333）、冕牌玻璃（n=1.51）、火石玻璃（n=1.65）、加拿大树胶（n=1.526）、金刚石（n=2.417）等介质中的光速。 解： 则当光在水中，n=1.333时，v=2.25 m/s, 当光在冕牌玻璃中，n=1.51时，v=1.99 m/s, 当光在火石玻璃中，n＝1.65时，v=1.82 m/s， 当光在加拿大树胶中，n=1.526时，v=1.97 m/s， 当光在金刚石中，n=2.417时，v=1.24 m/s。 2、一物体经针孔相机在屏上成一60mm大小的像，若将屏拉远50mm，则像的大小变为70mm,求屏到针孔的初始距离。 解：在同种均匀介质空间中光线直线传播，如果选定经过节点的光线则方向不变， 令屏到针孔的初始距离为x，则可以根据三角形相似得出： 所以x=300mm 即屏到针孔的初始距离为300mm。 3、一厚度为200mm的平行平板玻璃（设n=1.5），下面放一直径为1mm的金属片。若在玻璃板上盖一圆形纸片，要求在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属片，问纸片最小直径应为多少？ 解：令纸片最小半径为x, 则根据全反射原理，光束由玻璃射向空气中时满足入射角度大于或等于全反射临界角时均会发生全反射，而这里正是由于这个原因导致在玻璃板上方看不到金属片。而全反射临界角求取方法为： (1) 其中n 2=1, n 1 =1.5, 同时根据几何关系，利用平板厚度和纸片以及金属片的半径得到全反射临界角的计算方法为： (2) 联立（1）式和（2）式可以求出纸片最小直径x=179.385mm，所以纸片最小直径为358.77mm。 4、光纤芯的折射率为n 1、包层的折射率为n 2 ,光纤所在介质的折射率为n ，求光纤的数值孔 径（即n 0sinI 1 ,其中I 1 为光在光纤内能以全反射方式传播时在入射端面的最大入射角）。解：位于光纤入射端面，满足由空气入射到光纤芯中，应用折射定律则有：n0sinI1=n2sinI2 (1)
习题七 光的干涉
习题七 光的干涉 院 系： 班 级:_____________ 姓 名:___________ 班级个人序号:______ 一、选择题 1．在真空中波长为 的单色光，在折射率为n 的透明介质中从A 沿某路径传播到B ，若A 、B 两点相位差为3 ，则此路径AB 的光程为［ A ］ (A) 1.5 λ． (B) 1.5 λ/ n ． (C) 1.5 n λ． (D) 3 λ． 2．两块平玻璃构成空气劈形膜，左边为棱边，用单色平行光垂直入射．若上面的平玻璃慢慢地向上平移，则干涉条纹［ C ］ (A) 向棱边方向平移，条纹间隔变小． (B) 向棱边方向平移，条纹间隔变大． (C) 向棱边方向平移，条纹间隔不变． (D) 向远离棱边的方向平移，条纹间隔不变． (E) 向远离棱边的方向平移，条纹间隔变小． 3. 如图所示，平行单色光垂直照射到薄膜上，经上下两表面反射的两束光发生干涉，若薄膜的厚度为e ，并且 n 1＜n 2＞n 3， 1为入射光在折射率为n 1的媒质中的波长，则两束反射光在相遇点的相位差为 (A) 2π n 2e / (n 1λ1)． (B)[4πn 1e / (n 2λ1)] +π． (C) [4π n 2e / (n 1λ1) ]+ π． (D) 4π n 2e / (n 1 λ1)． ［ C ］ 4.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 ＝500 nm (1 nm=10-9 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连线相切．则工件的上表面缺陷是［ B ］ (A) 不平处为凸起纹，最大高度为500 nm ． (B) 不平处为凸起纹，最大高度为250 nm ． (C) 不平处为凹槽，最大深度为500 nm ． (D) 不平处为凹槽，最大深度为250 nm ． 5.在迈克耳孙干涉仪的一支光路中，放入一片折射率为n 的透明介质薄膜后，测出两束光的光程差的改变量为一个波长λ，则薄膜的厚度是［ D ］ (A) λ/ 2． (B) λ/ (2n )． (C) λ/ n ． (D) () 12-n λ ． 6． 在玻璃(折射率n 2＝1.60)表面镀一层MgF 2 (折射率n 2＝1.38)薄膜作为增透膜．为了使波 长为500 nm(1nm=10-9 m)的光从空气(n 1＝1.00)正入射时尽可能少反射，MgF 2薄膜的最少厚度应是 (A) 78.1 nm (B) ) 90.6 nm (C) 125 nm (D) 181 nm (E) 250nm ［ B ］ 二、填空题 n 1 3λ1 图b
工程光学习题答案第七章-典型光学系统---郁道银
第七章 典型光学系统 1．一个人近视程度是D 2-（屈光度），调节范围是D 8，求： （1）远点距离； （2）其近点距离； （3）配戴100度近视镜，求该镜的焦距； （4）戴上该近视镜后，求看清的远点距离； （5）戴上该近视镜后，求看清的近点距离。 解： ① 21 -== r l R )/1(m ∴ m l r 5.0-= ② P R A -= D A 8= D R 2-= ∴ D A R P 1082-=--=-= m P l p 1.010 1 1-=-== ③f D '= 1 ∴m f 1-=' ④D D R R 1-=-=' m l R 1-=' ⑤P R A '-'= D A 8= D R 1-=' D A R P 9-=-'=' m l P 11.09 1 -=-=' 2．一放大镜焦距mm f 25='，通光孔径mm D 18=，眼睛距放大镜为mm 50，像距离眼睛在明视距离mm 250，渐晕系数为%50=k ，试求（1） 视觉放大率；（2）线视场；（3）物体的位置。 eye
已知：放大镜 mm f 25=' mm D 18=放 mm P 50=' mm l P 250='-' %50=K 求：① Γ ② 2y ③l 解： ① f D P '-'- =Γ1 25 501252501250-+=''-+'= f P f 92110=-+= ②由%50=K 可得： 18.050 *218 2=='= 'P D tg 放ω ωωtg tg '= Γ ∴02.09 18 .0==ωtg D y tg = ω ∴mm Dtg y 502.0*250===ω ∴mm y 102= 方法二： 18.0='ωtg mm tg y 45*250='='ω mm l 200-=' mm f e 250=' mm l 2.22-= y y l l X '==='= 92.22200β mm y 102= ③ l P D '-'= mm D P l 20025050-=-=-'=' f l l '=-'11125 112001=--l mm l 22.22-= 3．一显微镜物镜的垂轴放大率为x 3-=β，数值孔径1.0=NA ，共扼距mm L 180=，物镜框是孔径光阑，目镜焦距mm f e 25='。
光学 第一章 习题及答案
物理与机电工程学院 20XX 级 应用物理班 姓名：罗勇 学号：20114052016 第一章 习题 一、填空题： 1001．光的相干条件为 两波频率相等 、相位差始终不变和 传播方向不相互垂直。 1015.迈克尔逊干涉仪的反射镜M 2移动0.25mm 时,看到条纹移动的数目为1000个，若光为垂直入射，则所用的光源的波长为_500nm 。 1039,光在媒介中通过一段几何路程相应的光程等于折射率和__路程_的乘积 。 1089. 振幅分别为A 1和A 2的两相干光同时传播到p 点，两振动的相位差为ΔΦ。则p 点的 光强I ＝22 12122cos A A A A ?++? 1090. 强度分别为1I 和2I 的两相干光波迭加后的最大光强max I =12+I I 。 1091. 强度分别为I 1和I 2的两相干光波迭加后的最小光强min I =。12I I - 1092. 振幅分别为A 1和A 2的两相干光波迭加后的最大光强max I =12122A A A A ++。 1093. 振幅分别为A 1和A 2的两相干光波迭加后的最小光强min I =12122A A A A +-。 1094. 两束相干光叠加时，光程差为λ/2时，相位差?Φ=π。 1095. 两相干光波在考察点产生相消干涉的条件是光程差为半波长的()2j+1倍，相位差为π的()2j+1倍。 1096. 两相干光波在考察点产生相长干涉的条件是光程差为波长的2j 倍，相位差为π的 2j 倍。 1097. 两相干光的振幅分别为A 1和A 2，则干涉条纹的可见度v=1221221A A A A ?? ?????+ ??? 。 1098. 两相干光的强度分别为I 1和I 2，则干涉条纹的可见度v= 1212 I I I I -+。 1099.两相干光的振幅分别为A 1和A 2，不变。 1100. 两相干光的强度分别为I 1和I 2，当它们的强度都增大一倍时，干涉条纹的可见度 不变。 1101. 振幅比为1/2的相干光波，它们所产生的干涉条纹的可见度V=45。 1102. 光强比为1/2的相干光波，它们所产生的干涉条纹的可见度V=13 。 1103. 在杨氏双缝干涉实验中，缝距为d ，缝屏距为D ，屏上任意一点p 到屏中心p 点的距离为y ，则从双缝所发光波到达p 点的光程差为 1104. 在杨氏双缝干涉实验中，缝距为d ，缝屏距为D ，波长为λ，屏上任意一点p 到屏中心p 0点的距离为y ，则从双缝所发光波到达p 点的相位差为
工程光学,郁道银,第一章 习题及答案
第一章习题及答案 1、已知真空中的光速c＝3*108m/s，求光在水（n=1.333）、冕牌玻璃（n=1.51）、火石玻璃（n=1.65）、加拿大树胶（n=1.526）、金刚石（n=2.417）等介质中的光速。 解： 则当光在水中，n=1.333 时，v=2.25*108m/s, 当光在 冕牌玻璃中，n=1.51 时，v=1.99*108m/s, 当光在火 石玻璃中，n＝1.65 时，v=1.82*108m/s，当光在加 拿大树胶中，n=1.526 时，v=1.97*108m/s，当光在 金刚石中，n=2.417 时，v=1.24*108m/s。 2、一物体经针孔相机在屏上成一60mm 大小的像，若将屏拉远50mm，则像的大小变为70mm,求屏到针孔的初始距离。 解：在同种均匀介质空间中光线直线传播，如果选定经过节点的光线则方向不变，令屏到针孔的初始距离为x，则可以根据三角形相似得出： 所以x=300mm 即屏到针孔的初始距离为300mm。 3、一厚度为200mm 的平行平板玻璃（设n=1.5），下面放一直径为1mm 的金属片。若在玻璃板上盖一圆形纸片，要求在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属片，问纸片最小直径应为多少？ 解：令纸片最小半径为x, 则根据全反射原理，光束由玻璃射向空气中时满足入射角度大于或等于全反 射临界角时均会发生全反射，而这里正是由于这个原因导致在玻璃板上方看不到金属片。而全反射临界角求取方法为：
(1) 其中n2=1, n1=1.5, 同时根据几何关系，利用平板厚度和纸片以及金属片的半径得到全反射临界角的计算方法为： (2) 联立（1）式和（2）式可以求出纸片最小直径x=179.385mm，所以纸片最小直径为358.77mm。 4、光纤芯的折射率为n1、包层的折射率为 n2,光纤所在介质的折射率为n0，求光纤的数值孔径（即 n0sinI1,其中 I1 为光在光纤内能以全反射方式传播时在入射端面的最大入射角）。 解：位于光纤入射端面，满足由空气入射到光纤芯中，应用折射定律则有： n0sinI1=n2sinI2 (1) 而当光束由光纤芯入射到包层的时候满足全反射，使得光束可以在光纤内传播，则有： (2) 由（1）式和（2）式联立得到n0 . 5、一束平行细光束入射到一半径r=30mm、折射率n=1.5 的玻璃球上，求其会聚点的位置。如果在凸面镀反射膜，其会聚点应在何处？如果在凹面镀反射膜，则反射光束在玻璃中的会聚点又在何处？反射光束经前表面折射后，会聚点又在何处？说明各会聚点的虚实。 解：该题可以应用单个折射面的高斯公式来解决，
工程光学 郁道银版 习题解答(一题不落)第十章_光的电磁理论基础
第十章 光的电磁理论基础 1. 一个平面电磁波可以表示为14 0,2cos[210()],02 x y z z E E t E c π π==?-+ =,求(1)该 电磁波的频率、波长、振幅和原点的初相位？（２）拨的传播方向和电矢量的振动方向？（３）相应的磁场Ｂ的表达式？ 解：（1）平面电磁波cos[2()]z E A t c πν?=-+ 对应有14 62,10,,3102 A Hz m π ν?λ-=== =?。 （2）波传播方向沿z 轴，电矢量振动方向为y 轴。 （3）B E → → 与垂直，传播方向相同，∴0 By Bz == 814610[210()]2 z Bx CEy t c π π===??-+ ２. 在玻璃中传播的一个线偏振光可以表示2 15 0,0,10cos 10()0.65y z x z E E E t c π===-，试求（1）光的频率和波长；（2）玻璃的折射率。 解：（1）215 cos[2()]10cos[10()]0.65z z E A t t c c πν?π=-+=- ∴15 14 210510v Hz πνπν=?=? 72/2/0.65 3.910n k c m λππ-===? （2）8 714310 1.543.910510 n c c n v λν-?====??? 3.在与一平行光束垂直的方向上插入一片透明薄片，薄片的厚度0.01h mm =,折射率n=1.5, 若光波的波长为500nm λ=,试计算透明薄片插入前后所引起的光程和相位的变化。 解：光程变化为 (1)0.005n h mm ?=-= 相位变化为)(202500 10005.026 rad πππλδ=??= ? = 4. 地球表面每平方米接收到来自太阳光的功率为 1.33kw,试计算投射到地球表面的太阳光 的电场强度的大小。假设太阳光发出波长为600nm λ=的单色光。 解：∵2201 2 I cA ε= = ∴1 32 2()10/I A v m c ε= 5. 写出平面波8 100exp{[(234)1610]}E i x y z t =++-?的传播方向上的单位矢量0k 。
第二章.光的干涉习题和答案解析
λ d r y 0=?第一章 光的干涉 ●1.波长为nm 500的绿光投射在间距d 为cm 022.0的双缝上，在距离cm 180处的光屏上形成干涉条纹，求两个亮条纹之间的距离.若改用波长为nm 700的红光投射到此双缝上,两个亮条纹之间的距离又为多少?算出这两种光第2级亮纹位置的距离. 解：由条纹间距公式 λ d r y y y j j 0 1= -=?+ 得: cm 328.0818.0146.1cm 146.1573.02cm 818.0409.02cm 573.010700022.0180cm 409.010500022.018021222202221022172027101=-=-=?=?===?===??==?=??== ?--y y y d r j y d r j y d r y d r y j λλλλ ●2．在杨氏实验装置中,光源波长为nm 640,两狭缝间距为mm 4.0,光屏离狭缝的距离为 cm 50.试求：(1)光屏上第1亮条纹和中央亮条纹之间的距离；（2）若p 点离中央亮条纹 为mm 1.0，问两束光在p 点的相位差是多少？（3）求p 点的光强度和中央点的强度之比. 解：（1）由公式: 得 λd r y 0=? =cm 100.8104.64.05025--?=?? （2）由课本第20页图1-2的几何关系可知 52100.01 sin tan 0.040.810cm 50 y r r d d d r θθ--≈≈===?
5 21522()0.8106.4104 r r π ππ?λ --?= -= ??= ? (3) 由公式 22 22 121212cos 4cos 2I A A A A A ? ??=++?= 得 8536.04 2224cos 18cos 0cos 421cos 2 cos 42cos 42220 2212 212020=+=+= =??=??= =π ππ??A A A A I I p p ●3. 把折射率为1.5的玻璃片插入杨氏实验的一束光路中,光屏上原来第5级亮条纹所 在的位置为中央亮条纹,试求插入的玻璃片的厚度.已知光波长为6×10-7 m. 解：未加玻璃片时，1S 、2S 到P 点的光程差，由公式2r ?π λ??= 可知为 Δr =215252r r λ πλπ-= ??= 现在 1S 发出的光束途中插入玻璃片时，P 点的光程差为 ()210022r r h nh λλ ?ππ'--+= ?=?=???? 所以玻璃片的厚度为 421510610cm 10.5r r h n λ λ--= ===?- 4. 波长为500nm 的单色平行光射在间距为0.2mm 的双狭缝上.通过其中一个缝的能量为另一个的2倍,在离狭缝50cm 的光屏上形成干涉图样.求干涉条纹间距和条纹的可见度. 解： 60500 50010 1.250.2r y d λ-?= =??=mm 122I I = 22 122A A = 1 2A A =
郁道银主编工程光学(知识点)
第一章小结（几何光学基本定律与成像概念） 1、光线、波面、光束概念。 光线：在几何光学中，我们通常将发光点发出的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，某一时刻其振动位相相同的点所构成的等相位面称为波阵面，简称波面。 光束：与波面对应所有光线的集合称为光束。 2、几何光学的基本定律（内容、表达式、现象解释） 1）光的直线传播定律：在各向同性的均匀介质中，光是沿着直线传播的。 2）光的独立传播定律：不同光源发出的光在空间某点相遇时，彼此互不影响，各光束独立传播。 3）反射定律和折射定律（全反射及其应用）： 反射定律：1 、位于由入射光线和法线所决定的平面内；2 、反射光线和入射光线位于法线的两侧，且反射角和入射角绝对值相等，符号相反，即I'='-I。 全反射：当满足1、光线从光密介质向光疏介质入射，2、入射角大于临界角时，入射到介质上的光会被全部反射回原来的介质中，而没有折射光产生。 sinIm=n'/n ， 其中Im为临界角。 应用：1、用全反射棱镜代替平面反射镜以减少光能损失。（镀膜平面反射镜只能反射90%左右的入射光能）2、光纤 折射定律：1 、折射光线位于由入射光线和法线所决定的平面内；2、折射角的正弦和入射角的正弦之比与入射角大小无关，仅由两种介质的性质决定。n'sinI '=nsinI
应用：光纤 4）光路的可逆性 光从A点以AB方向沿一路径S传递，最后在D点以CD方向出射，若光从D点以CD 方向入射，必原路径S传递，在A点以AB方向出射，即光线传播是可逆的。 5）费马原理光从一点传播到另一点，其间无论经历多少次折射和反射，其光程为极值。（光是沿着光程为极值（极大、极小或常量）的路径传播的），也叫“光程极端定律”。 6）马吕斯定律 光线束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面的正交性，并且入射波面与 出射波面对应点之间的光程均为定值。 折/ 反射定律、费马原理和马吕斯定律三者中的任意一个均可以视为几何光学的一个基本定律，而把另外两个作为该基本定律的推论。 3、完善成像条件（3 种表述） 1）、入射波面为球面波时，出射波面也为球面波； 2）、入射光束为同心光束时，出射光束也为同心光束； 3）、物点A1及其像点Ak '之间任意二条光路的光程相等。 4、应用光学中的符号规则（6 条） 1）沿轴线段（L、L'、r ）：规定光线的传播方向自左至右为正方向，以折射面顶点O 为原点。 2）垂轴线段（h）：以光轴为基准，在光轴以上为正，以下为负。 3）光线与光轴的夹角（U 、U'）：光轴以锐角方向转向光线，顺时针为正，逆时针为负。 4）光线与法线的夹角（I 、I'）：光线以锐角方向转向法线，顺时针为正，逆时针为负。
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第一章 1、一物体经针孔相机在 屏上成一60mm 大小的像，若将屏拉远50mm ，则像的大小变为70mm,求屏到针孔的初始距离。 解：在同种均匀介质空间中光线直线传播，如果选定经过节点的光线则方向不变，令屏到 针孔的初始距离为x ，则可以根据三角形相似得出： 所以x=300mm 即屏到针孔的初始距离为300mm 。 2、一厚度为200mm 的平行平板玻璃（设n =），下面放一直径为1mm 的金属片。若在玻璃板上盖一圆形的纸片，要求在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属片，问纸片的最小直径应为多少 《 : 2211sin sin I n I n = 66666.01 sin 2 2== n I 745356.066666.01cos 22=-=I # 1mm I 1=90? n 1 n 2 200mm L I 2 x
88.178745356 .066666 .0* 200*2002===tgI x mm x L 77.35812=+= 3、.光纤芯的折射率为1n ，包层的折射率为2n ，光纤所在介质的折射率为0n ，求光纤的数 值孔径（即10sin I n ，其中1I 为光在光纤内能以全反射方式传播时在入射端面的最大入射角）。 解：位于光纤入射端面，满足由空气入射到光纤芯中，应用折射定律则有： } n 0sinI 1=n 2sinI 2 (1) 而当光束由光纤芯入射到包层的时候满足全反射，使得光束可以在光纤内传播，则有： (2) 由（1）式和（2）式联立得到n 0 . 4、一束平行细光束入射到一半径r=30mm 、折射率n=的玻璃球上，求其会聚点的位置。如 果在凸面镀反射膜，其会聚点应在何处如果在凹面镀反射膜，则反射光束在玻璃中的会聚点又在何处反射光束经前表面折射后，会聚点又在何处说明各会聚点的虚实。 解：该题可以应用单个折射面的高斯公式来解决， 设凸面为第一面，凹面为第二面。 （1）首先考虑光束射入玻璃球第一面时的状态，使用高斯公 式：
工程光学习题 郁道银解答
4、光纤芯的折射率为n1、包层的折射率为n2,光纤所在介质的折射率为n0，求光纤的数值孔径（即n0sinI1,其中I1为光在光纤内能以全反射方式传播时在入射端面的最大入射角）。 解：位于光纤入射端面，满足由空气入射到光纤芯中，应用折射定律则有： n0sinI1=n2sinI2 (1) 而当光束由光纤芯入射到包层的时候满足全反射，使得光束可以在光纤内传播，则有： (2) 由（1）式和（2）式联立得到n0 sinI1 . 5、一束平行细光束入射到一半径r=30mm、折射率n=1.5的玻璃球上，求其会聚点的位置。如果在凸面镀反射膜，其会聚点应在何处？如果在凹面镀反射膜，则反射光束在玻璃中的会聚点又在何处？反射光束经前表面折射后，会聚点又在何处？说明各会聚点的虚实。 解：该题可以应用单个折射面的高斯公式来解决， 设凸面为第一面，凹面为第二面。 （1）首先考虑光束射入玻璃球第一面时的状态，使用高斯公 式： 会聚点位于第二面后15mm处。 （2）将第一面镀膜，就相当于凸面镜
像位于第一面的右侧，只是延长线的交点，因此是虚像。 还可以用β正负判断： （3）光线经过第一面折射：, 虚像 第二面镀膜， 则： 得到： （4）再经过第一面折射 物像相反为虚像。 6、一直径为400mm，折射率为1.5的玻璃球中有两个小气泡，一个位于球心，另一个位于1／2半径处。沿两气泡连线方向在球两边观察，问看到的气泡在何处？如果在水中观察，看到的气泡又在何处？ 解：设一个气泡在中心处，另一个在第二面和中心之间。 （1）从第一面向第二面看
（2）从第二面向第一面看 （3）在水中 7、有一平凸透镜r1=100mm,r2=,d=300mm,n=1.5,当物体在时，求高斯像的位置l’。在第二面上刻一十字丝，问其通过球面的共轭像在何处？当入射高度h=10mm，实际光线的像方截距为多少？与高斯像面的距离为多少？ 解：
第一章光的干涉习题与答案解析说课讲解
第一章光的干涉习题与答案解析
λd r y 0 = ?第一章 光的干涉 ●1.波长为nm 500的绿光投射在间距d 为cm 022.0的双缝上，在距离cm 180处的光屏上形成干涉条纹，求两个亮条纹之间的距离.若改用波长为nm 700的红光投射到此双缝上,两个亮条纹之间的距离又为多少?算出这两种光第2级亮纹位置的距离. 解：由条纹间距公式 λ d r y y y j j 0 1= -=?+ 得: cm 328.0818.0146.1cm 146.1573.02cm 818.0409.02cm 573.010700022.0180cm 409.010500022.018021222202221022172027101=-=-=?=?===?===??==?=??== ?--y y y d r j y d r j y d r y d r y j λλλλ ●2．在杨氏实验装置中,光源波长为nm 640,两狭缝间距为mm 4.0,光屏离狭缝的距离为cm 50.试求：(1)光屏上第1亮条纹和中央亮条纹之间的距离；（2）若p 点离中央亮条纹为mm 1.0，问两束光在p 点的相位差是多少？（3）求p 点的光强度和中央点的强度之比. 式: 解：（1）由公 得 λd r y 0= ? =cm 100.8104.64.05025--?=?? （2）由课本第20页图1-2的几何关系可知 52100.01 sin tan 0.040.810cm 50 y r r d d d r θθ--≈≈===?
5 21522()0.8106.4104 r r π ππ?λ --?= -= ??= ? (3) 由公式 22 22 121212cos 4cos 2I A A A A A ? ??=++?= 得 8536.04 2224cos 18cos 0cos 421cos 2 cos 42cos 42220 2212 212020=+=+= =??=??= =π ππ??A A A A I I p p ●3. 把折射率为1.5的玻璃片插入杨氏实验的一束光路中,光屏上原来第5 级亮条纹所在的位置为中央亮条纹,试求插入的玻璃片的厚度.已知光波长为6×10-7m. 解：未加玻璃片时，1S 、2S 到P 点的光程差，由公式2r ?π λ??=可知为 Δr =215252r r λ πλπ-= ??= 现在 1 S 发出的光束途中插入玻璃片时，P 点的光程差为 ()210022r r h nh λλ ?ππ'--+= ?=?=???? 所以玻璃片的厚度为 421510610cm 10.5r r h n λ λ--= ===?- 4. 波长为500nm 的单色平行光射在间距为0.2mm 的双狭缝上.通过其中一个缝的能量为另一个的2倍,在离狭缝50cm 的光屏上形成干涉图样.求干涉条纹间距和条纹的可见度. 解： 6050050010 1.250.2r y d λ-?= =??=mm 122I I = 22 122A A = 1 2A A =