应用光学试题及答案
应用光学习题答案
7、 设一物体对正透镜成像，其垂直放大率等于-1， 试求物平面与像平面的位置，并用作图法验证。
在轴上的孔径角L1大于L2，所以L2为系统的孔径光阑
入瞳即为L2对L1成像，在L1前方2.18cm处，口径为2y=2.9cm
出瞳为L2，视场光阑为L1
3.照相物镜，f ' 50mm, D / f ' 1/ 5 2m远处目标照相， 假定底片上像点弥散斑直径小于0.05mm仍可认为成像清 晰，问物空间能清晰成像的最远、最近距离各位多少？
解：
y
f
' 1
tg
y' f2'tg
y'
f
' 2
y
f
' 1
15. 电影放映机镜头的焦距f′=120mm，影片画面的 尺寸为22×16mm2，银幕大小为6.6 ×4.8m2，问电 影机应放在离银幕多远的地方?如果把放映机移到 离银幕50m远处，要改用多大焦距的镜头?
解：
6600
300
22
l' 36.12m
• 解：
8、已知显微镜物平面和像平面之间距离180mm， 垂直放大率-5，求该物镜组的焦距和离开物平面的 距离。
• 解：
9. 已知航空照相机物镜的焦距f′=500mm，飞机 飞行高度为6000m，相机的幅面为300×300mm2， 问每幅照片拍摄的地面面积。
解：
f f f ' 8.3 105
应用光学作业题答案
第二题： （1）光线由水中射向空气，求在界面处发生全反射的临界角。
解： 全反射的临界角Im arcsin（n '/ n）
光线由水中射向空气，n’=1，n=1.333
则 Im arc sin（n '/ n）=arc sin（1/1.333）=48.61
（2）光线由玻璃内部射向空气，求发生全反射的临界角。
1 l2
'
-
1 130
=
1 120
l2'=-62.4mm
A”成象于透镜2左侧62.4mm处。
（2）等效光组成象的方法：
解： H’
A
F1
F2’
F1’
F2
f1’=120mm f2’=-120mm d=70mm △= d-f1’- f2’=70mm
f ' f1 ' f2 ' 120 (120) 205.714mm
n0sini1=nsini1’ sini1=0.6552 i1=40.93° 由三角形内角和可求出太阳和幻
日之间的夹角
α=180 °－2×（i1-i1’） =158.14 °
第七题：
为了从坦克内部观察外界目标，需要在坦克上开一个孔，假 定坦克壁厚250mm,孔宽150mm,在孔内装一块折射率 n=1.52的玻璃，厚度与装甲厚度相同，问能看到外界多大的 角度范围？
O’
A’
解：（1）对于在球心的气泡，以O作为 球面顶点，根据符号规则，
O L’A=-200mm，n’=1，n=1.52
由 n ' n n ' n l' l r
1 -1.52 = 1-1.52 l=-200mm -200 l -200
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考试试题纸（A卷）课程名称题号题分备注:学生不得在试题纸上答题(含填空题、选择题等客观题应用光学四五六七专业班级八九十总分一二三一、选择题（每题1分，共5分）1．发生全反射现象的必要前提是：A)光线由光疏介质到光密介质传播B)光线由光密介质到光疏介质传播C)光线在均匀介质中传播D)以上情况都可能产生2．周视照相机可以拍摄大视场景物，其利用的：A)节点的性质B)主点的性质C)焦点的性质D)以上答案都正确3．在望远镜的视度调节中，为适应近视人群，应采取的是：A)使物镜远离目镜B)使目镜远离物镜C)使目镜靠近物镜D)应同时调节物镜和目镜4．棱镜系统中加入屋脊面，其作用是：A改变光轴的方向B)改变主截面内像的方向C)改变垂轴于主截面方向上像的方向D)以上都正确5．光学系统中场镜的作用是：A)改变成像光束的位置B)减小目镜的尺寸C)不改变像的成像性质D)以上都正确二、填空题（每题2分，共10分）1．显微镜中的光学筒长指的是（2．光学系统中像方顶截距是（3．用波像差评价系统成像质量的瑞利准则是（4．望远系统中物镜的相对孔径是（5．棱镜的转动定理是（三、简答题（共20分）1．什么叫孔径光阑？它和入瞳和出瞳的关系是什么？（4分）2．什么叫视场光阑？它和入窗和出窗的关系是什么？（4分）3．几何像差主要包括哪几种？（4分）4.什么叫远心光路？其光路特点是什么？（4分）5.照相机中F数是什么意思？光圈指的是什么？（4分））））））四、分析作图题（共25分）1.已知正光组的F和F’，求轴上点A的像，要求用五种方法。
（8分）2.已知透镜的焦距公式为f'=nr1n−1n−1，l'H=−f'd，lH=−f'd，nrnr⎡⎤rd12(n−1)⎢n(1−1)+(n−1)⎥r2r2⎦⎣分析双凹透镜的基点位置，并画出FFL、BFL和EFL的位置。
（9分）3.判断下列系统的成像方向，并画出光路走向（8分）（a）五、计算题（共35分）（b）1．由已知f1′=50mm，f2′=−150mm的两个薄透镜组成的光学系统，对一实物成一放大4倍的实像，并且第一透镜的放大率β1=−2，试求：1.两透镜的间隔；2.物像之间的距离；3.保持物面位置不变，移动第一透镜至何处时，仍能在原像面位置得到物体的清晰像？与此相应的垂铀放大率为多大?（15分）2.已知一光学系统由三个零件组成，透镜1：f1′=−f1=100，口径D1=40；透镜2：f2′=−f2=120，口径D2=30，它和透镜1之间的距离为d1=20；光阑3口径为20mm，它和透镜2之间的距离d2=30。
应用光学习题解答
习题巩固
巩固练习
习题难度：从易到难，逐步提高解题能力 习题类型：覆盖多种题型，包括选择题、填空题、计算题等 习题内容：涉及多个知识点，帮助学生巩固所学内容 习题答案：提供详细的答案解析，帮助学生理解解题思路
练习答案
答案：光在平面镜上的反射遵守光的反射定律。
答案：在应用光学中，透镜的焦距是指平行于主轴的光线通过透镜后汇聚 的点到透镜中心的距离。
题目：应用光学实验操作
解析：通过实验操作，加深对应用光学理论的理解，掌握实验仪器的使用技巧，提高实验操作能力 和数据分析能力。
练习总结
习题巩固：通过 练习题来巩固所 学知识
解题技巧：掌握 解题技巧，提高 解题效率
错题分析：分析 错题原因，避免 重复犯错
举一反三：通过练 习题学会举一反三， 拓展知识面
学科交叉：与其 他学科的知识点 进行交叉融合， 拓宽学生的知识 面和思维方式。
创新实验：设计 一些创新性的实 验，让学生通过 动手实践来加深 对光学的理解。
拓展总结
解题技巧：掌握常用解题方 法，提高解题效率
习题难度：由易到难，逐步 提高解题能力
知识点拓展：通过习题巩固 和拓展所学知识点
举一反三：学会触类旁通， 能够解决类似问题
应用光学习题解析
01
02
习题拓展
习题巩固
03
04
习题解答
光的折射与反射
光的折射：光从一 种介质斜射入另一 种介质时，传播方 向发生改变的现象。
光的反射：光在两 种介质的交界面上 返回原介质的现象。
折射定律：入射角i 、折射角r和介质的 折射率n之间的关 系。
反射定律：入射角i 、反射角i'和介质 的折射率n之间的 关系。
应用光学习题解答13年
、填空题1、光学系统中物和像具有共轭关系的原因是。
2、发生全反射的条件是3、光学系统的三种放大率是、、，当物像空间的介质的折射率给定后，对于一对给定的共轭面，可提出种放大率的要求。
4、理想光学系统中，与像方焦点共轭的物点是。
5、物镜和目镜焦距分别为f物' 2mm 和 f目' 25mm的显微镜，光学筒长△ = 4mm，则该显微镜的视放大率为，物镜的垂轴放大率为，目镜的视放大率为。
6、某物点发出的光经理想光学系统后对应的最后出射光束是会聚同心光束，则该物点所成的是（填“实”或“虚” ）像。
7、人眼的调节包含调节和调节。
8、复杂光学系统中设置场镜的目的是9、要使公共垂面内的光线方向改变60 度，则双平面镜夹角应为度。
10、近轴条件下，折射率为1.4 的厚为14mm的平行玻璃板，其等效空气层厚度为mm。
11、设计反射棱镜时，应使其展开后玻璃板的两个表面平行，目的12、有效地提高显微镜分辨率的途径是。
13、近轴情况下，在空气中看到水中鱼的表观深度要比实际深度。
一、填空题1、光路是可逆的2、光从光密媒质射向光疏媒质，且入射角大于临界角I0，其中，sinI0=n2/n13、垂轴放大率；角放大率；轴向放大率；一4、轴上无穷远的物点5、－20；－2；106、实7、视度瞳孔8、在不影响系统光学特性的的情况下改变成像光束的位置，使后面系统的通光口径不致过大。
9、3010、1011、保持系统的共轴性12、提高数值孔径和减小波长13、小二、简答题1、什么是共轴光学系统、光学系统物空间、像空间？答：光学系统以一条公共轴线通过系统各表面的曲率中心，该轴线称为光轴，这样的系统称为共轴光学系统。
物体所在的空间称为物空间，像所在的空间称为像空间。
2、如何确定光学系统的视场光阑？答：将系统中除孔径光阑以外的所有光阑对其前面所有的光学零件成像到物空间。
这些像中，孔径对入瞳中心张角最小的一个像所对应的光阑即为光学系统的视场光阑。
应用光学考研试题及答案
应用光学考研试题及答案一、单项选择题（每题2分，共10分）1. 下列哪种情况不属于干涉现象？A. 薄膜干涉B. 单缝衍射C. 双缝干涉D. 多普勒效应2. 激光的三个主要特性不包括以下哪一项？A. 单色性B. 相干性C. 方向性D. 发散性3. 在光纤通信中，信号传输的介质通常是：A. 空气B. 真空C. 石英玻璃D. 水4. 下列关于光的偏振现象，错误的是：A. 只有横波才能发生偏振B. 偏振片可以让自然光变成偏振光C. 偏振光通过偏振片后，光的强度会发生变化D. 偏振光的振动方向与偏振片的透振方向垂直时，透射光强度为零5. 在迈克尔逊干涉仪中，哪部分的移动会产生干涉条纹？A. 分光镜B. 反射镜C. 光源D. 观察屏二、简答题（每题10分，共20分）1. 简述全息照相的原理及其特点。
2. 解释光纤通信中的模式色散现象，并说明其对信号传输的影响。
三、计算题（每题15分，共30分）1. 一个凸透镜的焦距为20cm，物体距离透镜30cm。
求像的位置和大小。
2. 在光纤通信中，已知光纤的数值孔径为0.2，光纤的折射率为 1.5，求光纤接受光的锥角。
四、论述题（共40分）1. 论述光学薄膜在现代光学系统中的重要作用及其应用实例。
（20分）2. 分析激光冷却技术的原理及其在科学研究中的应用。
（20分）答案：一、单项选择题1. D2. D3. C4. D5. B二、简答题1. 全息照相是一种利用激光记录物体的三维图像的技术。
其原理基于光的干涉现象，通过记录物体发射或反射的光波的干涉图样，再利用参考光波与物体光波的干涉图样重合，形成全息图。
全息照相的特点包括能够记录物体的三维信息，具有真实感和立体感，以及可以进行无损检测等。
2. 模式色散是指在多模光纤中，由于不同模式的光在光纤中传播的速度不同，导致信号到达接收端的时间不同，从而引起的信号失真。
模式色散对信号传输的影响主要表现在限制了光纤的传输带宽和传输距离，降低了信号的传输质量。
应用光学习题及答案
四、分析作图题（共25分）1. 已知正光组的F 和F’，求轴上点A 的像，要求用五种方法。
（8分）2. 已知透镜的焦距公式为1122111nr f 'r d (n )n()(n )r r =⎡⎤--+-⎢⎥⎣⎦，11H n l'f 'd nr -=-，21H n l f 'd nr -=-，分析双凹透镜的基点位置，并画出FFL 、BFL 和EFL 的位置。
（9分）3. 判断下列系统的成像方向，并画出光路走向（8分）（a ） （b ）五、计算题（共35分） 1．由已知150f mm '=，2150f mm '=-的两个薄透镜组成的光学系统，对一实物成一放大4倍的实像，并且第一透镜的放大率12β⨯=-，试求：1.两透镜的间隔；2.物像之间的距离；3.保持物面位置不变，移动第一透镜至何处时，仍能在原像面位置得到物体的清晰像？与此相应的垂铀放大率为多大?（15分）2. 已知一光学系统由三个零件组成，透镜1：11100f f '=-=，口径140D =；透镜2：22120f f '=-=，口径230D =，它和透镜1之间的距离为120d =；光阑3口径为20mm ，它和透镜2之间的距离230d =。
物点A 的位置1200L =-，试确定该光组中，哪一个光孔是孔径光阑，哪一个是视场光阑？（20分）试题标准答案及评分标准用纸课程名称：应用光学 （A 卷）一、选择题（每题2分，共10分）1．B ；2．A ；3．C ；4．C ；5．D二、填空题（每题2分，共10分）1．物镜的像方焦点F '物到目镜物镜焦点F 目之间的距离 2．又叫后截距，用Fl '表示，是系统最后一个面的顶点到像方焦点之间的距离 3．一般认为最大波像差小于四分之一波长，则系统质量和理想光学系统没有显著差别4．入瞳直径D 和物镜焦距f '物之比D f '物5．假设物空间不动，棱镜绕P 转θ，则像空间先绕P ’转1(1)n θ--，后绕P 转θ三、简答题（每题4分，共20分）1．限制进入光学系统的成像光束口径的光阑叫空径光阑。
应用光学习题解答13年
一、填空题1、 光学系统中物和像具有共轭关系的缘故是 。
2、 发生全反射的条件是 。
3、 光学系统的三种放大率是 、 、 ，当物像空间的介质的折射率给定后，关于一对给定的共轭面，可提出 种放大率的要求。
4、 理想光学系统中，与像方核心共轭的物点是 。
5、 物镜和目镜焦距别离为mm f 2'=物和mm f 25'=目的显微镜，光学筒长△= 4mm ，那么该显微镜的视放大率为 ，物镜的垂轴放大率为 ，目镜的视放大率为 。
6、 某物点发出的光领导想光学系统后对应的最后出射光束是集聚同心光束，那么该物点所成的是 (填“实”或“虚”)像。
7、 人眼的调剂包括 调剂和 调剂。
8、 复杂光学系统中设置场镜的目的是 。
9、 要使公共垂面内的光线方向改变60度，那么双平面镜夹角应为 度。
10、近轴条件下，折射率为1.4的厚为14mm 的平行玻璃板，其等效空气层厚度为 mm 。
1一、设计反射棱镜时，应使其展开后玻璃板的两个表面平行，目的是 。
1二、有效地提高显微镜分辨率的途径是 。
13、近轴情形下，在空气中看到水中鱼的表观深度要比实际深度 。
一、填空题一、光路是可逆的二、光从光密媒质射向光疏媒质，且入射角大于临界角I 0，其中，sinI 0=n 2/n 1。
3、垂轴放大率；角放大率；轴向放大率； 一4、轴上无穷远的物点五、－20；－2； 10 六、实 7、视度 瞳孔八、在不阻碍系统光学特性的的情形下改变成像光束的位置，使后面系统的通光口径不致过大。
九、30 10、101一、维持系统的共轴性 1二、提高数值孔径和减小波长 13、小 二、简答题一、什么是共轴光学系统、光学系统物空间、像空间？答：光学系统以一条公共轴线通过系统各表面的曲率中心，该轴线称为光轴，如此的系统称为共轴光学系统。
物体所在的空间称为物空间，像所在的空间称为像空间。
二、如何确信光学系统的视场光阑？答：将系统中除孔径光阑之外的所有光阑对其前面所有的光学零件成像到物空间。
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2005-2006学年第二学期试题名称: 应用光学 A 课程号：共 2 页第 1 页
专业年级__物理学2003_____ 学号___________ 姓名____________ 考试日期（考生填写）_______年____月__日分数_________ 一．简答题（15分）（写在答卷纸上）
1．（5分）物理光学研究什么内容？几何光学研究什么内容？
2．（5分）什么是场镜？场镜的作用是什么（要求写出两种作用）？
3．（5分）写出轴外点的五种单色像差的名称。
二．作图题（15分）(画在试卷上)
4．（５分）已知焦点F和F’和节点J和J’（见图2），求物方主点H和像方主点H’。
5．（10分）应用达夫棱镜的周视瞄准仪示意图(见图1)，分别标出A、B、C、D点光的坐标方向。
授课教师
李颖命题教师或命题负责人
签字李颖
院系负责人
签字
年月日
注：请命题人标明每道考题的考分值。
J F’F J’
图2
z
y
x
A
B
C
D
图1
2005-2006学年第二学期试题名称: 应用光学课程号：共 2 页第 2 页
中国海洋大学试题答案
2005-2006学年第二学期试题名称: 应用光学
一．简答题（15分）
1．（5分）物理光学研究什么内容？几何光学研究什么内容？
物理光学：研究光的本性，并根据光的本性来研究各种物理现象。
几何光学：研究光的传播规律和传播现象，几何光学中采用光线理论。
2．（5分）什么是场镜？场镜的作用是什么（要求写出两种作用）？
场镜：和像平面重合或者和像平面很靠近的透镜，场镜只改变成像光束位置，不影响系统的光学性质。
作用：降低主光线在后面系统上的透射高度；
改变出瞳距离；
承担一定放大作用。
3．（5分）写出轴外点的五种单色像差的名称。
球差，彗差，像散，场曲，畸变
二．作图题（15分）
4．（５分）已知焦点F和F’和节点J和J’（见图2），求物方主点H和像方主点H’。
图2
5．（10分）应用达夫棱镜的周视瞄准仪示意图(见图1)，分别标出A 、B 、C 、D 点光的坐标方向。
备注： 不重复扣分
三．计算题（70分）
6．（10分）某被照明目标，其反射率为ρ=0.1，在该目标前15m 距离处有一200W 的照明
灯，各向均匀发光，光视效能（发光效率）为30lm/W ，被照明面法线方向与照明方向的夹角为0度。
求：（1）该照明灯的总光通量；（2）被照明目标处的光照度；（3）该目标视为全扩散表面时的光亮度。
（1）lm k e 600020030=⨯==ϕϕ
4分
π
ϕα
2cos 2
=
=
I l I E E=2.12lx 4分 （2）2068.0m cd E
L ==
π
ρ
2分
7．（10分）显微镜目镜视角放大率为Γe =10，物镜垂轴放大率为β=-2，NA=0.1，物镜共轭
距为180mm ，物镜框为孔径光阑，求：（1）显微镜总放大率，总焦距。
（2）求出瞳的位置和大小。
z
y
x
A
B
C
D 图1
z
y x
z
y x
z y
x
z
y
x
（1）总放大率：20102=⨯=Γ=Γe β
总焦距mm f 5.12250
'
=Γ
=
5分
（2）目镜焦距：mm f e 2510
250'
==
''111e
f s s =-，mm s 145-=，mm s 2.30'
= 500
'
Γ=D NA ， mm D 5.2'
= 5分
8．（15分）一个空间探测系统（可视为薄透镜），其相对孔径为1:1.2，要求将10km 处直
径为２ｍ的物体成像在1/2英寸的探测器靶面上，物体所成像在探测器靶面上为内接圆，问此系统的焦距应该为多少？口径为多少？所对应的最大物方视场角是多少？（一英寸等于25.4毫米，探测器靶面长与宽之比为４:3） 探测器靶面尺寸即像的直径为：0.5×25.4×0.6=7.62mm
放大率：00381.0200062
.7'===
h h β 5分
m l l 1.38101000381.03'=⨯⨯==β
由高斯公式：
''
1
11f
l l =- 得 m f 96.37'= 6分
由
2.11'
=f
D 得 mm D 63.31= 2分
最大物方视场角：rad 4
3
10210
1022-⨯=⨯=
ω 2分
（备注：若忽略l
1，mm D m f 75.31,
1.38'
==）
9．（10分）有一个薄透镜组，焦距为100mm ，通过口径为20mm ，利用它使无限远物体
成像，像的直径为10mm ，在距离透镜组50mm 处加入一个五角棱镜（棱镜的玻璃折射率为1.5，透镜展开长度为L=3.414D ，D 为棱镜第一面上的通光口径），求棱镜的入射面和出射面的口径，通过棱镜后的像面位置。
棱镜第一面的通光口径为
152
10
201=+=
D 五角棱镜展开以后的平行玻璃板厚度为
21.5115414.3414.3=⨯==D L
4分
平行平板的相当空气层的厚度为：
14.345
.121.51===
n L e 通过棱镜后像平面离开棱镜出射表面的距离为：
86.1514.345050'2=-=-=e l
4分
棱镜出射表面的通过口径为：
586.11100
86
.15)
1020(102=-+=D 2分
10．（15分，A 、B 任选）
A ．有一个焦距为50mm 的放大镜，直径D=40mm ，人眼（指瞳孔）离放大镜20mm 来观看位于物方焦平面上的物体，瞳孔直径为4mm 。
求系统的孔径光阑，入瞳和出瞳的位置和大小，并求系统无渐晕时的线视场范围。
（1）瞳孔通过放大镜所成的像A ’
B ’ 由高斯公式，50,
20'-==f l ，mm l 3
100
'=
A ’
B ’的高度为：mm y l l y y 3
20
''
=
==β 5分
25
13100503/20212=
+⨯=
ωtg 放大镜在系统最前面
5
25040211=⨯=
ωtg 所以瞳孔为孔径光阑，放大镜为渐晕光阑。
入瞳即为A ’B ’，位于放大镜后100/3mm 处，口径为20/3mm ，出瞳即为瞳孔。
5分
（2）无渐晕的线视场范围
如图示，M 与B ’的连线恰好通过放大镜下边缘时，系统无渐晕
由几何关系知
40
320
2'
'=OM B A 推出 OM=20mm 5分
所以系统无渐晕的线视场范围为40mm
B ．有一开普勒望远镜，视放大率Γ=8，物方视场角2ω=8︒，出瞳直径为6mm ，物镜和目镜之间的距离为180mm ，假定孔径光阑与物镜框重合，系统无渐晕，求（1）物镜焦距，目镜焦距；（2）物镜口径和目镜口径；（3）出瞳距离。
（1）1808
''''
=+==Γe o e
o f f f f
mm f mm
f e o 20160''==
5分
（2）出瞳直径D ’=6mm 入瞳直径D=6×8=48mm 目镜口径：
17m m .31180tg42D'=︒⨯+=目D
5分
（3）mm f l e 20180
'=-=
由高斯公式，得出瞳距离mm l 5.22'=
5分
11．（10分，要求用矩阵法求解）有一个正薄透镜焦距为8cm ，位于另一个焦距为－12cm 的负薄透镜左边6cm 处，假如物高3cm ，位于正透镜左边的24cm 处，求像的位置和大小。
选定物像所在的平面为两参考平面，设像到副透镜的距离为s ’，则系统成像矩阵为：
⎥⎦⎤
⎢⎣
⎡⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣
⎡-⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣
⎡-⎥⎦⎤⎢⎣⎡=1011101
1011101
101'1'
2's f t f s I 5分
其中6,
24,
12,
8'2'
1==-==t s f f
⎥⎦⎤
⎢⎣
⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-----=D C B A s s I 1104212104225'
其中B=0，得s ’=12cm 垂轴放大率11
,1
-==
=
D
D ββ
所以像与物等高，成倒像5分。