哈尔滨工业大学2007至2008学年第一学期物理光学期末考试试题

哈尔滨工业大学2007至2008学年第一学期物理光学期末考试试题

一、解释下列名词（每小题2分，总共10分）

1．复色波的相速度：

2．布儒斯特角：

3．光的空间相干性：

4．爱里斑：

5．晶体的光轴：

二、简答题（每小题4分，总共40分）

1．由于一般光学玻璃在红外线波段不透光，所以在此波段要用锗板（n=4.0）作为红外线仪器的窗口。试问光垂直经过由锗板作的窗片时，光能损失多少？

2．把折射率n＝1.40的薄膜放入迈克尔逊干涉仪的一臂中，如果由此产生了7条条纹的移动，若入射光的波长为589nm，求薄膜的厚度。

3．如图所示，用白光照射厚度为d=400nm的薄膜，若膜的折射率n2=1.40，且n1>n2>n3，问反射光中那些波长的光得到加强？

4．在牛顿环实验中，平凸透镜的凸面曲率半径5m，透镜半径为10mm，在钠光的垂直照射下（l=589纳米），能产生多少个干涉条纹？

5．宇航员声称他恰能分辨在他下面100km地面上两个黄绿点光源（l=550nm）。若瞳孔直径为4mm，试估算这两个点光源的间距。

6．波长为589nm的黄光照在一双缝上，在距双缝为1m的观察屏上，测得20个亮条纹的间距共宽2.4cm，求双缝间的距离。

7．当单轴晶体的光轴与表面成一定角度，一束与光轴

方向平行的光入射到晶体表面之内时，它是否会发生

双折射？为什么？

8．两偏振片之间插入一半波片，其快轴（光轴）与P1透振方向成380角。设波长632nm的光垂直照射到P1，欲使透射光有最大光强，P2应如何放置？为什么？

9．一玻璃管长3.50m，内贮标准大气压下的某种气体。若这种气体在此条件下的吸收系数

为0.1650/m，求透射光强的百分比。（忽略玻璃管表面的反射）

10．用光的散射理论解释蓝天的形成。

三．自然光从空气到玻璃（n=1.50）以450角入射。试计算：（1）能流反射率R s和R p值；（2）总能流反射率R值。（10分）[已知；]

四．波长为500nm的单色光垂直照射到由两块光学平玻璃构成的空气劈尖上，在观察反射光的干涉现象中，距劈尖棱边l=1.56cm的A处是从棱边算起的第四条暗条纹中心。求此空气劈尖的劈尖角q。（10分）

五、在菲涅耳圆孔衍射实验中，圆孔半径为2.0mm，光源离圆孔2.0m，波长为500nm。当接受屏幕由很远的地方向圆孔靠近时，求：前两次出现中心亮斑（强度极大）的位置。（10分）

六．有一块光栅，光栅常数d=2mm。现含有500nm和500.01nm两种波长的平面光波垂直照射在光栅上，若选定在第二级上进行工作，试问该光栅将这两条谱线分开多大角度？（10

分）

七．设晶体是负单轴晶体，玻璃的折射率为n，分别绘出下列两种情形下自然光经过如图所示的棱镜后双折射光线的传播方向和振动方向。（10分）

（1）n=n e

哈尔滨工业大学2007-2008学年第一学期物理光学期末考试试题答案

一、解释下列名词（每小题2分，总共10分）

1．复色波的相速度：复色波的等相位面的传播速度。

2．布儒斯特角：反射光为完全线偏振光时的入射角。

3．光的空间相干性：光源大小对条纹可见度的影响称为光的空间相干性。

4．爱里斑：圆孔衍射中，中央亮斑称为爱里斑（爱里斑占入射在圆孔上能量的83%）。5．晶体的光轴：在晶体中，光沿某方向传播时不发生双折射现象，该方向称为光轴。

二、简答题（每小题4分，总共40分）

1．由于一般光学玻璃在红外线波段不透光，所以在此波段要用锗板（n=4.0）作为红外线仪器的窗口。试问光垂直经过由锗板作的窗片时，光能损失多少？

解: 光在锗板表面的能流反射率为

两次总能流的反射损失为

2．把折射率n＝1.40的薄膜放入迈克尔逊干涉仪的一臂中，如果由此产生了7条条纹的移动，若入射光的波长为589nm，求薄膜的厚度。

解：

3．如图所示，用白光照射厚度为d=400nm的薄膜，若膜的折射率n2=1.40，且n1>n2>n3，问反射光中那些波长的光得到加强？

解：由于n1>n2>n3，两反射光皆无半波损失现象，两反射光的光程差为

令其为波长的整数倍，得到：

对m取不同的值加以讨论。当m取2时，有：

当m取其他值时，波长均超出可见光范围，因此只有波长560nm的光得到放大。

4．在牛顿环实验中，平凸透镜的凸面曲率半径5m，透镜半径为10mm，在钠光的垂直照射下（l=589纳米），能产生多少个干涉条纹？

解：

5．宇航员声称他恰能分辨在他下面100km地面上两个黄绿点光源（l=550nm）。若瞳孔直径为4mm，试估算这两个点光源的间距。

解：设恰可分辨的两个点光源的间距为l，点光源到宇航员距离为L。两个点光源对人眼的张角即为人眼最小分辨角q，黄绿点光源所发波长为550nm，因此有

6．波长为589nm的黄光照在一双缝上，在距双缝为1m的观察屏上，测得20个亮条纹的间距共宽2.4cm，求双缝间的距离。

解：

7．当单轴晶体的光轴与表面成一定角度，一束与光轴

方向平行的光入射到晶体表面之内时，他是否会发生

双折射？为什么？

解：只有晶体内部光束与光轴平行时，不发生双折射现象，但是目前入射光束在晶体外边与光轴平行，因此为了满足折射定律，光入射到晶体表面之内时，会发生双折射现象。

8．两偏振片之间插入一半波片，其快轴（光轴）与P1透振方向成380角。设波长632nm的光垂直照射到P1，欲使透射光有最大光强，P2应如何放置？为什么？

解：偏振片P1和P2的振动方向应夹760，因为半波片把入射光的振动方向旋转2q 角。9．一玻璃管长3.50m，内贮标准大气压下的某种气体。若这种气体在此条件下的吸收系数为0.1650/m，求透射光强的百分比。（忽略玻璃管表面的反射）（XP285）

解：由吸收定律可得透射光强与入射光强的百分比为

10．用光的散射现象简述蓝天的形成。

解：蓝天的形成是由瑞利散射引起的，瑞利散射中散射光强度与入射光波长的四次放成反比，即

在天空中蓝光的散射强度大于红光，因此天空形成了蓝色。

三．自然光从空气到玻璃（n=1.50）以450角入射。试计算：（1）能流反射率R s和R p值；（2）总能流反射率R值。（10分）（XP119）

解：（1）由折射定律可得：

由菲涅耳公式可得：