《光学教程》期末总复习
光学教程大学期末考试复习题
光学教程大学期末考试复习题一、选择题1. 光的波长为λ，频率为ν，光速为c，它们之间的关系是：A. λ = c / νB. ν = c / λC. λν = cD. c = λ * ν2. 干涉现象发生的条件是：A. 两束光的频率相同B. 两束光的相位相同C. 两束光的强度相同D. 两束光的波长相同3. 在单缝衍射实验中，中央亮纹的宽度与下列哪个因素无关？A. 单缝宽度B. 观察屏距离单缝的距离C. 光的波长D. 单缝到观察屏的距离二、简答题1. 解释什么是光的偏振现象，并简述偏振光的应用。
2. 描述光的衍射现象，并举例说明其在日常生活中的应用。
三、计算题1. 假设一束红光的波长为700nm，求其频率。
已知光速c = 3×10^8 m/s。
2. 给定一个单缝衍射实验，单缝宽度为0.1mm，光的波长为600nm，求第一级次亮纹与中央亮纹之间的距离，假设观察屏距离单缝1m。
四、论述题1. 论述光的干涉现象在光学仪器中的应用，并举例说明。
2. 讨论光的全反射现象及其在光纤通信中的应用。
五、实验题1. 设计一个实验来验证光的干涉现象，并说明实验步骤和预期结果。
2. 描述如何使用迈克尔逊干涉仪测量光波的波长，并解释其原理。
参考答案：一、选择题1. 答案：C2. 答案：A3. 答案：C二、简答题1. 偏振现象是指光波振动方向的特定取向。
在自然界中，光通常是非偏振的，但在某些情况下，如反射和折射，光可以变为偏振光。
偏振光的应用包括偏振太阳镜减少眩光，液晶显示器的工作原理，以及在摄影中减少反射等。
2. 衍射现象是指光波在遇到障碍物或通过狭缝时，波前发生弯曲，形成新的波前。
日常生活中的应用包括CD播放器读取数据，光学显微镜成像等。
三、计算题1. 答案：ν = c / λ = (3×10^8 m/s) / (700×10^-9 m) =4.29×10^14 Hz2. 答案：由于是单缝衍射，第一级次亮纹与中央亮纹之间的距离可以通过公式计算：Δy = λL / a，其中L是观察屏距离单缝的距离，a是单缝宽度。
大学《光学教程》复习要点
第一章几何光学1几何光学基本定律：光在均匀介质里沿直线传播2光的反射定律：光的入射角等于反射角3光的折射定律任何介质的折射率都等于光在真空中的传播速度c与光在该介质中的传播速度v的比值。
n=c/v绝对折射率4光的独立传播定律多束光传播时互不干扰5光路可逆定理光程费马定理费马原理的严格表述：光在传播过程中总是沿着光程为极值的路径传播。
沿着光程为极值的路径传播有三种情况：恒定值、最小值和最大值。
成像的基本概念光线的基本叫光束在均匀介质中，各光线从同一点发出或聚焦于(反向聚焦于)同一点的光束称为单心光束；点光源发出的是单心光束单心性的保持与破坏在光线传播路径中的若干反射面和折射面组成的光学系统叫做光具组。
物方空间与像方空间物与像的概念实物虚物实像虚像判别各种像光线在射到光具组前表面之前存在会聚点，称为实物光线在射到光具组前表面之后，其延长线会聚为一点的，称为虚物光线经光具组后表面射出后会聚一点，所形成的像称为实像；光线经光具组后表面射出后，反向延长会聚一点所形成的像称为虚像光的平面反射（保持光束单心性）全反射光的平面折射（破坏光束的单心性）光的折射的特殊情况，光垂直入射此时有个“相似深度”发生全反射现象的原因：1入射角大于或等于临界角光由光疏介质入射到光密介质全反射临界角。
符号法则新笛卡儿法左负右正，下负上正(1)光线和主轴交点的位置都从顶点算起，凡在顶点右方者，其间距离的数值为正；凡在顶点左方者，其间距离的数值为负。
物点或像点至主轴的距离，在主轴上方为正，在下方为负。
(2)光线方向的倾斜角度都从主轴(或球面法线)算起，并取小于π／2的角度。
由主轴(或球面法线)转向有关光线时，若沿顺时针方向转，则该角度的数值为正；若沿逆时针方向转动的，则该角度的数值为负(在考虑角度的符号时，不必考虑组成该角度两边的线段的符号)光的球面折射：光焦度：上式右端仅与介质的折射率及球面的曲率半径有关，因而对于一定的介质及一定形状的表面来讲是一个不变量，我们定义此量为光焦度，以Φ表示，代表折射面对光线的方向改变的能力。
《光学教程》期末总复习
P2
A 2o
A 2e
A sin o
A cos e
A sin 1
A cos 1
sin cos
I.
I A2 A2 A2 2 A A cos
2o
2e
2o 2e
： 其所中以A：12coIs//I2(A12A[12)sinssi2nin22222sisnsii(n2nn2o2 2sn.ine])2d220
k
k
夫琅和费单缝衍射
观测屏
衍射屏透镜
x2 x1
x
0 x0
I
0
f
包络线为单缝衍射 的光强分布图
次极大
夫琅和费多缝衍射
主极大中( 亮纹 )来自央亮极小值
纹
k=-6 k=-4 k=-2 k=0 k=2 k=-5 k=-3 k=-1 k=1 k=3
k=4 k=5
k=6
三. 几种衍射的情况表格（一）
光强分布 决定光强 分布因素
② 片： (2k 1) , (2k 1) , 能把2 左旋圆偏振光→右2旋圆偏振光,线偏光
⊥入射→线偏振光,但θ→2θ.
③ 片： (2k 1), 2k , 入射线偏振光→线偏振光
五：偏振光的检验：
偏 振 片
I没变圆自偏然振光光
1 4
片
—
偏振片I变I(两没次变消光自) 然圆光 偏振光
)
最大 最小
▲ 2. 对 P 点若 S 中含有不完整的半波带：
1 2
(a1
ak )
Ak
1 2
(a1
ak )
光强介于最大/最小间
▲ 3. 若 不用光阑（Rhk→∞）：
ak
ak 0
Ap
光学期末重点总结
光学期末重点总结光学是研究光的性质、产生、传播、探测与应用的科学。
光学是物理学、化学、材料科学、电子技术等学科的重要基础。
光学已经广泛应用于现代科技和工业生产中，如激光、光纤通信、光学仪器等领域。
本文将对光学的基本概念和重要内容进行总结，以帮助读者复习光学课程。
一、光的本质和光的传播光既可以被看作是粒子也可以被看作是波动。
这种波粒二象性是光学中最基本的概念之一。
光速的恒定性和和普朗克常数与速度的乘积为常数的平行存在被称为光的量子理论和特殊相对论的基础。
光的传播可以通过几何光线法和波动理论来描述。
几何光线法主要使用光线和光线在界面上的反射和折射的规律，可以解决大部分与光路、光线夹角、光斑位置和大小有关的问题。
波动理论是一种更广泛适用的方法，可以描述光的干涉、衍射、散射等现象。
二、光的相干性和干涉相干性是指光波在时间和空间上的一致性。
光的相干性与干涉现象密切相关。
光的干涉是指两束或多束光波相互作用产生的干涉图样。
干涉可以分为同向干涉和反向干涉。
同向干涉中，两束光波以同一方向传播，可产生等厚干涉、等倾干涉、等交干涉等现象。
其中最典型的是杨氏双缝实验，它揭示了光的波动性和波粒二象性。
反向干涉中，两束光波以相反的方向传播，产生的典型现象是牛顿环和利萨茹图案。
牛顿环的原理是通过透镜和平板之间的干涉现象来实现精确测量，被广泛应用于实验室和工业生产中。
三、光的衍射和衍射光栅光的衍射是指光通过孔径或者物体的边缘时发生弯曲和扩散的现象。
波动理论可以有效描述光的衍射现象。
衍射会导致光斑的扩散、衍射图样的产生以及物体的像的模糊。
光的衍射也被广泛应用于光学仪器中，如显微镜、望远镜、光栅等。
光栅是一种具有规则周期性结构的光学元件，通过光栅的衍射原理，可以实现光的分光分析和频谱仪的构建。
光栅也是光学仪器中重要的元件之一。
四、光的散射和激光光的散射是指光通过物质时，发生方向的改变和强度的变化的现象。
散射可以分为弹性散射和非弹性散射。
光学期末复习资料解读
第一章 几何光学基本原理1-2 几何光学基本定律 一、光的直线传播定律在各向同性的均匀透明介质中，光线沿直线传播。
二、光的独立传播定律不同的光源发出的光线在空间某点相遇时，彼此互不影响。
在光线的相会点上，光的强度是各光束的简单叠加，离开交会点后，各个光束按原方向传播。
光的独立传播定律意义：考虑某一光线的传播时，可不考虑其他光线的影响。
条件：两束光为非相干光(两束满足相干条件的光称为相干光，这两束光在相遇区域：①振动方向相同；②振动频率相同；③相位相同或相位差保持恒定) 三、折射和反射定律光的折射和反射定律研究光传播到两种均匀介质的分界面时的定律。
（一）折射定律A ：入射光线，B ：反射光线，C ：折射光线，NN ’：法线，I ：入射角，I ’：折射角，I ”：反射角，n ：第一介质折射率，n ’：第二介质折射率，c ：在真空中光速，v ：在介质中光速。
n ，n ’：介质对真空的折射率也称绝对折射率，指在真空中光速与介质中光速之比：v c n =，v cn '=' 真空折射率为1，在标准压力下，20摄氏度时空气折射率为1.00028， 通常认为空气的折射率也为1，把其他介质相对于空气的折射率作为该介质的绝对折射率。
折射特点：（1）折射光线位于由入射光线和法线所决定的平面(入射面）内，折射光线和入射光线分居法线两侧。
（2）入射角的正弦和折射角的正弦之比与两角度的大小无关即nn I I '='sin sin ，或n I n I '∙'=∙sin sin（二）反射定律（1）反射光线在由入射光线和法线所决定的平面内，（2）入射角I 和反射角I ’’的绝对值相同，可表示为：I I -=''，符号相反说明入射光线和反射光线分居法线两侧。
1-3 光路可逆和全反射 一、全反射1） 定义：从光密介质射入到光疏介质，并且当入射角大于某值时，在二种介质的分界面上光全部返回到原介质中的现象。
光学教程期末试题及答案
光学教程期末试题及答案第一部分：选择题1. 光的传播速度快慢与下列哪个因素无关？A. 介质B. 光源的频率C. 入射角度D. 温度答案：D2. 在双缝干涉实验中，两个缝的间距增大，观察到的干涉条纹将会发生什么变化？A. 干涉条纹变暗B. 干涉条纹变宽C. 干涉条纹变窄D. 干涉条纹消失答案：B3. 色散是什么现象？A. 光的传播方向改变B. 光的波长范围扩大C. 光的波长因介质不同而改变D. 光的频率偏移答案：C4. 将一块凸透镜放置在物体前方，观察到物体变大且正立。
这是什么类型的透镜？A. 凸透镜B. 凹透镜C. 凸透镜和凹透镜皆可D. 无法确定答案：A5. 下列哪个物理量与光强有关？A. 入射角B. 波长C. 电场振幅D. 频率答案：C第二部分：简答题1. 解释什么是光的全反射，并且列出产生全反射的条件。
答案：当光由光密介质射向光疏介质时，入射角大于临界角时，光将完全发生反射，不会透射入光疏介质。
产生全反射的条件是入射角大于临界角且光从光密介质射向光疏介质。
2. 解释什么是光的干涉，并举例说明。
答案：光的干涉是指两个或多个光波相遇时产生的叠加效应。
其中，干涉分为构成和破坏干涉两种。
构成干涉是指光波相位差恒定或者只随空间变化而变化产生干涉，例如双缝干涉和杨氏双缝干涉。
破坏干涉是指光波相位差随时间变化产生干涉，例如薄膜干涉和牛顿环干涉。
3. 简述什么是光的偏振，并给出一个光的偏振实例。
答案：光的偏振是指光波在特定方向上振动的现象。
光波中的电场矢量可以在垂直于光传播方向的平面内振动，以及沿着光传播方向振动。
垂直于光传播方向的方向称为偏振方向。
光的偏振可以通过偏振片实现。
当线偏振光通过垂直于振动方向的偏振片时，只有与偏振方向一致的光能透过，其他方向上的光将被吸收。
第三部分：计算题1. 一束波长为500nm的光正入射到折射率为1.5的介质中，求入射角和折射角。
答案：根据折射定律 n1 * sin(入射角) = n2 * sin(折射角)，代入已知数据，可得：sin(入射角) = (1.5/1) * sin(折射角)sin(入射角) = 1.5 * sin(折射角)使用三角函数表，可得 sin(折射角) = sin^-1(500nm / 1.5 * 500nm) ≈ 0.342因此，入射角≈ sin^-1(1.5 * 0.342) ≈ 34.36°，折射角≈ sin^-1(0.342) ≈ 20.72°2. 一束光线从空气中射入折射率为1.6的玻璃，入射角为30°。
光学期末复习
五：偏振光的检验：
偏
I没变圆自偏然振光光
1 4
片
—
偏振片I变I(两没次变消光自) 然圆光偏振光
振 片
(无I消变光)
部分偏振光 椭圆偏振光
1片—偏振片 无消光部分偏振光
4 0
光轴 // 透射方向
位I 置Imax
有两次消光椭圆偏振光
I有两次消光 — — — — — — — — — —线偏振光
十一、迈克耳孙干涉仪：
h N or : 2h
2
N
十二、劈尖：
十三、牛顿环：
即：r亮
r暗
2 j 1 R
2
jR
j 0, 1, 2 j 1, 2, 3
讨论题
• 1.1 光的电磁理论的要点是什么？ • 1.2 光的相干条件是什么？ • 1.3 光的干涉分哪几类？ • 1.4 何为“光程”？ • 1.5 何为“干涉相长”？何为“干涉相
一、五种偏振态：
⒈自然光：
I
I
I o
,
通过理想偏振x 片后，y 光强2减为原来的一半。
⒉线偏振光：
⒊部分偏振光：
偏振度：
P
I max
I max
I . min
I min
P 0,非偏振光（自然光 ) P 1,全偏振光(线偏振光)
⒋圆偏振光：
“-”右旋、顺时针，“+”左旋、逆时针。
⒌椭圆偏振光： “-”右旋、顺时针，“+”左旋、逆时针。
2.圆偏振光：电矢量的端点在波面内描绘出的轨迹是圆。
二、椭圆偏光和圆偏光的获得——利用λ/4波片 三、自然光改造成椭圆偏光或圆偏光
1.椭圆偏振器：一个起偏器和一块四分之一波片串接。
光学大学期末考试复习题
光学大学期末考试复习题光学是物理学中的一个重要分支，它研究光的性质、行为以及与物质的相互作用。
以下是光学大学期末考试的复习题，供同学们复习参考：一、选择题1. 光的波动理论是由哪位科学家提出的？A. 牛顿B. 爱因斯坦C. 麦克斯韦D. 惠更斯2. 光的干涉现象说明了光具有什么性质？A. 粒子性B. 波动性C. 反射性D. 折射性3. 以下哪种光学仪器是利用光的折射原理工作的？A. 望远镜B. 显微镜C. 激光器D. 偏振器4. 光的衍射现象说明光具有什么特性？A. 直线传播B. 波动性C. 粒子性D. 反射性5. 光的偏振是指什么？A. 光的传播方向B. 光的振动方向C. 光的频率D. 光的强度二、填空题1. 光的三原色是红、绿、____。
2. 光的波长越长，其频率越____。
3. 激光的全称是____。
4. 光的折射定律是斯涅尔定律，其表达式为n1 * sinθ1 = n2 * sinθ2，其中n代表____，θ代表____。
5. 光的衍射现象中，单缝衍射的中央亮纹宽度与缝宽的关系是____。
三、简答题1. 解释什么是光的干涉，并给出两个干涉现象的例子。
2. 描述光的偏振现象，并解释偏振光在日常生活中的应用。
3. 阐述光的衍射现象，并解释衍射现象如何影响我们对光的理解。
四、计算题1. 假设一个光源发出波长为600纳米的光，通过一个双缝干涉装置，双缝间距为1微米，求在距离光源1米处的屏幕上，相邻亮纹之间的距离。
2. 一个光栅的每毫米有1000条线，如果使用波长为500纳米的光照射这个光栅，求第一级衍射角的大小。
五、论述题1. 论述光的量子理论及其对现代物理学的影响。
2. 讨论光学在现代科技中的应用，并举例说明。
请同学们认真复习，准备期末考试。
祝考试顺利！。
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Ae A cos
O’
Io tg 2 Ie
I o I e I (sin cos ) I
2 2
B’ A θ Ao
Ae
B
O
四、偏振器件： ⒈尼科耳棱镜： ⒉沃拉斯顿棱镜： 2 (n n )d . d — 晶片的厚度。 ⒊波片: ① 4 片： ( 2k 1) , ( 2k 1) , 4 2 能把圆偏振光→线偏振光；也能使线偏振光 →椭圆、圆偏振光。 ( 2k 1) , ( 2k 1) , ② 片： 2 2 能把左旋圆偏振光→右旋圆偏振光,线偏光 ⊥入射→线偏振光,但θ→2θ. ③ 片： ( 2 k 1) , 2 k , 入射线偏振光→线偏振光
暗纹
二、空间相干性和时间相干性
▲
空 间 相 干 性 和 时 间 相 干 性
I max I min V I max I min
时间相干性
2( A1 / A2 ) 1 ( A1 / A2 ) 2
2
L max
L 0 c
空间相干性
r0 d r0 双缝最大距离 d max d'
R→∞
Rhk
kr0
2 Rhk k r0
Rhk h
▲ 1. 对 P 点若 S 恰好分成 K 个半波带：
1 Ak (a1 ak ) 2
奇数 偶数
1 (a1 ak ) 2 1 Ak (a1 ak ) 2 Ak
最大 最小
▲ 2. 对 P 点若 S 中含有不完整的半波带：
A、开普勒望远镜 B、伽利略望远镜
o1
U
物镜系 统
P P‘’ o ` y 2 ‘ ‘ U U Q ’ `
2
'
’
O U‘
’
Q‘’
Kepler望远镜：M < 0
Q P U O1 U
目镜系 统
f2
Q’’
f1'
O
U’’ O2 U ` F1` F2
y'
Q `
Galilei望远镜：M> 0
3、有效光阑、入瞳和出瞳的确定方法
2
k k´ P
等倾干涉
(2n2 d 0 cos i2 )
2
2 暗纹 (2 j 1) 2 ( j 0,1,2,)
(2 j )
焦平面
明纹
f
透镜 O 玻璃片 λ i´ i
干涉花样明暗相间的同心圆环，干 涉条纹呈现在透镜的焦平面上。 d0↑，条纹从中心向外长出，条纹 变密； d0 ↓，条纹向中心陷落，条 纹变疏。
▲ 合振动的 光强
A1 A2
I 4 A cos
2 1
2
2 1
2
r1
S1
d
P
r2
y
O
P0
S2 b
r0 d
2 j
位相条件 2 1 ▲ 极值条件
(2 j )
明纹
(2 j 1) 暗纹
2
明纹 j (0,1,2,3)
2
程差条件
(2 j 1)
P‘’ -U‘
Q`
Q‘’
目镜系统
第五章 光的偏振
一、五种偏振态： I ⒈自然光： I I ,
o x y
2
⒉线偏振光： ⒊部分偏振光： 偏振度： ⒋圆偏振光： ⒌椭圆偏振光：
I max I min P 0, 非偏振光（自然光) P . I max I min P 1, 全偏振光(线偏振光)
（1）求出系统中每一个光阑经其前方光学系统所成的像。 （2）由确定的物点对第一个透镜,以及各个像作张角，通过比较 确定其中张角最小的像。 （3）张角最小的像对应的光阑为有效光阑。 （4）张角最小的像为入瞳；将已确定的有效光阑经其后方光学系 统成像，即可求得出瞳。 M F P u N A u’ B A’
1 2
M
Q
P
f
2
f1'
f2
F1’ F2
U
o1
P` U
P‘’
o2
-U‘’ O
-U‘’
‘ y ' -U
物镜系统
Q`
目镜系统
Q‘’
2、物镜与目镜
显微镜： A、惠更斯目镜 折射式望远镜
M f f U U f2 f
'' ' 1 ' 1 ' 2
f1'
f2
B、冉斯登目镜Q
P U
F1 F
• 法布里－珀罗干涉仪
▲
相邻透射光束的位相差
2
1.0 0.8
=0.02
n2 d0 cos i2
A2/IA02
4
0.6
=0.1
0.4 0.2 0.0
=0.4
=0.9
2 4 6
0
•等振幅多光束干涉
N=2 N=3 N=4
N =10
N 很大
N个相干线光源干涉条纹示意图
第二章 光的衍射
一、衍射分类 夫琅和费衍射（远场衍射）：光源和考察点到 障碍物的距离可以认为是无限远
菲涅耳衍射（近场衍射）：障碍物离光源和考察 点距离都是有限远或其中之一的距离为有限远
二、菲涅耳半波带－菲涅耳衍射
Rhk 2 ( R r0 ) Rhk 2 1 1 k ( ) r0 R r0 R
4.单球面反射成像
r 1 1 1 f 2 s s f
凹 r 0, 凸 r 0,
y s y s
f 0; f 0.
5.单球面折射成像
n ' n n ' n s' s r
Gauss公式: 牛顿公式：
n f r n n'
f' f 1 s' s xx ff
三. 几种衍射的情况表格（一）
光强分布 决定光强 分布因素 极值条件 极大条件 极小条件 花样特 征 圆孔中 心轴上 的光强 有强弱 变化 平行于 狭缝的 明暗相 间条纹 ,中央 明纹特 别亮, 其宽度 为次极 大宽度 的两倍 中央亮纹角 宽度: 中 2
l中
特征量
菲 半波（奇 1 氏 Ak a1 ak 或偶） 2 圆 Rh 2 1 1 k 孔 r0 R 衍 圆孔中心轴上 射 任一点的光强
uL
入射孔径角
B’
4. 分辨本领： U 0.610
0 1
R
0
①人眼： nR
U 0.610
0
R
1
②显微镜： y 0.610 nsinu
③望远镜： y 1.220 d
f
Q
' 1
f
o2
U‘’ O U‘’
f2
F1’ F2
P
U
o1
物镜系 统
U
P`
y'
谱线半角 宽:
Nd cos
缺级条件:
j d k b
(K:单缝衍 射最小值 的级数)
第三章 几何光学
nds 极值（极小值、极大值、恒定值）
B A
B
1、直线传播定律 2、独立传播定律 3、光路可逆原理
费 马 原 理 4、反射定律 面镜成像规律 （条件：近轴） 5、折射定律 折射成像规律 （条件：近轴）
明 纹
暗 纹
干涉花样: 平行于 狭缝、等间距、等 强度的明暗相间条 纹，中央为明条纹。
r y 0 d
S1
d
d r0
y
r1
r2
P
y
O
P0
S2 b
r0 d
四、分振幅干涉（双光束干涉）
▲ 等倾干涉 （有半波损失）
2d 0 n n sin i1
2 2 2 1 2
典型干涉设备 • 迈克耳孙干涉仪 若M2 // M1 等倾条纹
光源
反射镜 M
a1
G1
1
M2
d0
若M2、M1有小夹角 等厚条纹
45 G2
a2
M2
S
a
半透半反膜
a1′
补偿板
a2′ E
反 射 镜
观测装置
反射镜移动，或插入玻璃片引起的光程变化，条纹移动情况。
2d N
2(n 1)l N
1 1 1 s s f
n' f ' r n ' n
y n s y ns
n n , r
6.薄透镜
s s
7.薄透镜、任意光线作图。
第四章 光学仪器
l tgu u ⒈放大本领： M l tgu u
①放大镜： M u 25 u f l 25 ②显微镜： M ( ) ( ) 物镜横向放大率×目镜放大本领 f f ③望远镜： f1
1.马吕斯定律：I I cos 2 , I A 2 , 二、两个基本定律： p1、p2 透振方向间的夹角 2.布儒斯特定律：tgi10 n2 , i10 i2 90 n1 i10 布儒斯特角，全偏振角
三、o光和e光：
Ao A sin
单缝衍射 因子
中央极大条件: b sin 次极大条件:
b 2 f 2 b
次级暗纹角 宽度
b l f 2