《物理光学》半期考试(附答案)

《物理光学》半期考试试题
一．选择题 (每小题2分，共30分)
1. 自然光正入射，其反射光为 D 。

A ．椭圆偏振光
B ．线偏振光
C ．部分偏振光
D ．自然光
2. 自然光在界面发生反射和折射，当反射光为线偏振光时，折射光与反射
光的夹角必为 D 。

A ．
B θ B ．
C θ
C ．3π
D ．2
π
3．在相同时间内，同一单色光在空气和在玻璃中 C 。

A. 传播的路程相等，走过的光程相等。

B. 传播的路程相等，走过的光程不相等。

C. 传播的路程不相等，走过的光程相等。

D. 传播的路程不相等，走过的光程不相等。

4. 当光波在两种不同介质中的振幅相等时， C 。

A. 其强度相等
B. 其强度不相等
C. 其强度比等于两种介质的折射率之比
D. 不确定
5. 光在界面发生反射和透射，对于入射光、反射光和透射光，不变的量
是 D 。

A ．波长
B ．波矢
C ．强度
D ．频率
6. 平行平板的等倾干涉图样定域在 A 。

A ．无穷远
B ．平板上界面
C ．平板下界面
D ．自由空间
7. 在白光入射的等倾干涉中，同级圆环中相应于颜色紫到红的空间位置是
A 。

A ．由外到里
B ．由里到外
C ．不变
D ．随机变化
8. 在对称平板双光束干涉中，无论是等厚干涉还是等倾干涉，也无论是
21n n >还是12n n <，两反射光束间的附加相位突变总是 A 。

A ．等于π
B ．等于0
C ．可以为π也可以为0
D ．在0和π之间
9. 把一平凸透镜放在平玻璃上，构成牛顿环装置，当平凸透镜慢慢地向上
平移时，由反射光形成的牛顿环 B 。

A. 向中心收缩， 条纹间隔不变
B. 向中心收缩，环心呈明暗交替变化
C. 向外扩张，环心呈明暗交替变化
D. 向外扩张，条纹间隔变大
10．对于单层光学薄膜，增透膜和增反膜的光学厚度 C 。

A ．分别为2λ和4λ
B ．分别为4λ和2
λ
C ．都等于4λ
D ．都等于2λ. 11．单色平行光垂直照射在薄膜上，经上下两表面反射的两束光发生干涉，
若薄膜的厚度为h ，且n 1＜n 2＞n 3，λ1为入射光在n 1中的波长，则两束
反射光的光程差为 C 。

A. 2 n 2h
B. 2 n 2h +()112n λ
C. 2 n 2h +111
2
n λ
D. 2 n 2h +2112n λ 12． F-P 腔两平行腔面间的距离增加时，其 A 。

A ．分辨能力增强
B ．分辨能力降低
C ．自由光谱范围λ∆增大
D ．最小可分辨波长差δλ增大
13. 决定平行平板干涉属双光束干涉还是多光束干涉的关键因素是平板的
C 。

A ．平行度
B ．厚度
C ．反射率
D ．折射率
14. 关于光的空间相干性，下列说法不正确的是 D 。

A. 光场的空间相干性来源于普通扩展光源不同部分发出的光的不相
干性
B. 普通光源的空间扩展越大，其光场的空间相干范围越小
C. 光的空间相干性反映了光波场的横向相干性
D. 空间相干性与光波的波列长度有关
15. 关于光的时间相干性，下列说法不正确的是 B 。

A. 光场的时间相干性来源于普通光源的原子发光持续时间的有限性
B. 光场的时间相干性与光源的光谱展宽无关
C. 光场的时间相干性反映了光场的纵向相干性
D. 光波的波列越长，其光场的时间相干性越好
二．简答题（每小题6分，共30分）
1．有电场数值为E的圆偏振光和电场振幅为E的线偏振光。

给出两束光的强度关系并简要说明其原因。

答: 圆偏振光的强度为线偏振光强度的两倍。

（3分）
原因：电场为E 的圆偏振光可以分解为两个互相垂直的方向上电场振幅为E 的线偏振光，因为这两束线偏振光的强度相等，且偏振方向互相垂直，不会发生干涉，故圆偏振光的强度就等于上述为两束线偏振光的强度之和，也就是一束线偏振光强度的两倍。

（3分）
（注：也可以应用光的强度公式直接计算,得到同样的结果）
2．光波在介质分界面上的反射特性和透射特性与哪些因素有关？
答：与入射光的偏振状态（2分）、入射角（2分）和界面两侧介质的折射率（2分）有关。

3.光波从光密介质入射到光疏介质出现透射系数大于1，这是否与能量守
恒不相符合？如何解释？
答：透射系数大于1不与能量守恒相矛盾。

（3分）
反映能量关系的是透射率，由透射率表达式可知：即使透射系数大于1，其透射率也不能大于1。

（3分）
4. 比较双光束等倾干涉花样与多光束等干涉花样的异同点。

答：相同点：条纹的形状、条纹间隔、条纹光暗位置一样，条纹对比度都可以比较高。

（3分）
相异点：条纹的锐度不一样，多光束干涉条纹细亮。

（3分）
5. 解释“半波损失”和“附加光程差”。

答：半波损失是光在界面反射时，反射光在入射点相对于入射光的相位突
变π，对应的光程为半个波长。

（3分）
附加光程差光在两界面分别反射时，由于两界面的物理性质不同（一界
面为光密到光疏，而另一界面为光疏到光密；或相相反的情形）在两反射光中引入的附加相位突变π，对应的附加光程差也为半个波长。

（3分）
三．计算题（每小题10分，共40分）
1. 如图所示是一根直圆柱形光纤，光纤芯的折射率为n 1，光纤包层的折射
率为n 2，并且n 1 >n 2。

（1）证明入射光的最大孔径角u 2满足：
sin u =；
（2）若n 1 =1.62, n 2=1.52，最大孔径角为多少？
解：（1）如图，为保证光线在光纤内的入射角大于临界角，必须使入射到
光纤端面的光线限制在最大孔径角u 2范围内。

由折射定律：
c c n n u θθcos )90sin(sin 11=-︒=
∵12
arcsin n n c =θ ∴
2
121cos ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=n n c θ ∴2221212111cos sin n n n n n n u c -=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-==θ （6分）
（2）当62.11=n ，52.12
=n 时： 56.052.162.1sin 22=-=u
∴最大孔径角为：︒=682u （4分）
2．如图所示，一光束垂直入射到等腰直角棱镜的斜面，
经两侧面反射后从斜面反方向透出。

若入射光强为I 0，
问从棱镜透出的光束的强度为多少？设棱镜的折射率
为1.52，不考虑棱镜的吸收。

解：光束经过了四个分界面，通过第一个分界面和第四个
分界面时均为垂直入射，其反射率为：
043.0152.1152.121=⎪⎭
⎫ ⎝⎛+-=R （2分） 043.052.1152.1124=⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=R （2分）
在第二和第三个分界面上，入射角为45°。

全反射的临界角为：
︒==14.4152.11arcsin c θ （2分）
∴在棱镜侧面上发生全反射，
即： R 2 = R 3 = 1 。

（2分）
∴从棱镜透出的光束的强度为：
043210916.0)1()1(I R R R R I I =--=' （2分）
3．如图所示的杨氏双缝干涉实验装置中，S 为中心波长λ0＝600 nm 、线宽
∆λ＝6 nm 的点光源，求观察屏上干涉条纹消失的级次。

解：该问题属于光的时间相干性问题。

由非单色点光源发出的光波的相干长度为：
λλ∆=2
0L (3分)
两个次波源S1和S2产生的光程差满足干涉极大的条件为：
012k r r λ=-=∆ （3分）
随着光程差的增加，干涉级次也不断增加，当光程差增加到等于或大于波列长度时，从同一波列分成的两个相干波列在观察点P 处不能相遇，屏幕上光强分布的可见度下降为零，即：
λλλ∆===-=∆2
0012L k r r （2分）
时，对应干涉级次k 就是观察屏上条纹消失时的级次，所以得：
100k 0=∆=λλ （2分）
4．在光学玻璃基片（52.1=G
n ）上镀制硫化锌膜层（n ＝2.35），入射光波长m μλ5.0=，求正入射时最大反射率和最小反射率的膜厚和相应的反射率数值。

解：∵G n n > 反射率有最大值的膜厚是： nm n h 52.5238.245004=⨯==λ
（2分）
相应的反射率为：
()()33.0)38.2(52.11)38.2(52.112222222max =⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⨯-⨯=+-=n n n n n n R G o G o
（3分）
反射率有最小值的膜厚是： nm n h 04.10538
.225002=⨯==λ （2分）
相应的反射率为：
()
()04.052.1152.112
22min =⎪
⎭⎫
⎝⎛+-=+-=G o G o n n n n R （
3分）。