工程光学习题课
工程光学 3 习题课 2
1 1 1 l ' 128 240
比较
l2 ' l ' lH ' 83.48 168 56.52mm
3-14
一个三光组组合系统其结构如下表，一个距第一光组500mm的实物，其高 度为15mm，求像的位置和大小。 序号 1 2 光焦度 0.01 -0.022 间隔d/mm 15 15
3-12
有一薄透镜组，由焦距为300mm的负镜组和焦距为200mm的正透镜组成， 两透镜相距100mm，置于空气中，求该透镜的组合焦距和组合基点的位置。 （1）求像方基点位置
解
d f1 ' f2 100 300 200 200mm
f '
f1 ' f 2 ' 300 200 300mm 200
解
l1 20mm
1 1 1 l ' 20 5
垂轴放大率
l ' 4mm
l ' 4 0.2 l 20
轴向放大率
2 0.04
垂轴方向边长
y ' y 0.2 1 0.2mm
x ' x 0.04 1 0.04mm
轴向边长
成像于第三光组右边89.37mm处，像高2.55，倒立实像。
解 第一次成像
l1 40mm
f1 ' 120mm
1 1 1 l1 ' 40 120
第二次成像
l1 ' 60mm
f 2 ' 100mm
成像于薄透镜2左 边56.52mm处。
l2 l1 ' d 60 70 130mm
工程光学-光的衍射习题课
工程光学光的衍射习题解答1、氦氖激光器发出的波长的单色光垂直入射到半径为1cm的圆孔，在光轴（它通过孔中心并垂直孔平面）附近离孔z处观察衍射，试求出夫琅和费衍射区的大致范围？解：2、钠灯发出波长为589nm的平行光垂直照射在宽度为0.01mm的单逢上，以焦距为600mm的会聚透镜将衍射光聚焦于焦面上进行观察，求（1）衍射图样中央亮纹的半角宽度；（2）第一亮纹和第二亮纹到中央亮纹的距离；（3）相邻暗纹之间的距离？解：3、在夫琅和费单缝衍射实验中，以波长为600nm的单色光垂直入射，若缝宽为1mm，则第1极小和第2极小的角位置分别出现在哪里？4、分析如图所示夫琅和费衍射装置如有以下变动时，衍射图样会发生怎样的变化？1）增大透镜L2的焦距；2）减小透镜L2的口径；3）衍射屏作垂直于光轴的移动（不超出入射光束照明范围）。
答：1）增大透镜L2的焦距，将使接收屏上衍射图样的间隔增大。
因有公式，此时衍射角不变，条纹间隔增大；2）增大透镜L2的口径，不会改变衍射图样的分布，但进入系统的光束宽度增加，可使光强增加；3）衍射屏垂直于系统光轴方向移动时，衍射图样不会改变，因为衍射屏移动前后光的入射角不变，缝宽不变，由衍射公式知其接收屏上的光强分布不变；5、在双缝夫琅和费实验中，所用的光波波长，透镜焦距,观察到两相临亮条纹间的距离，并且第4级亮纹缺级。
试求：（1）双缝的逢距和逢宽；（2）第1，2，3级亮纹的相对强度。
解：(1) （1）双缝的缝距和逢宽；又将代入得（2）（2）第1，2，3级亮纹的相对强度。
当m=1时当m=2时当m=3时代入单缝衍射公式当m=1时当m=2时当m=3时6、一块光栅的宽度为10cm ,每毫米内有500条逢，光栅后面放置的透镜焦距为500nm。
问：（1）它产生的波长的单色光的1级和2级谱线的半宽度是多少？（2）若入射光线是波长为632.8nm 和波长与之相差0.5nm的两种单色光，它们的1级和2级谱线之间的距离是多少？解：由光栅方程知，，这里的，确定了谱线的位置（1）（1）它产生的波长的单色光的1级和2级谱线的半宽度是多少？（此公式即为半角公式）（2）若入射光线是波长为632.8nm和波长与之相差0.5nm的两种单色光，它们的1级和2级谱线之间的距离是多少？由公式（此公式为线色散公式）可得。
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 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。
工程光学第一章习题及解答
解题技巧总结
建立清晰的解题思路
根据题目要求，建立清晰的解 题思路，明确解题方向和步骤。
提高计算能力
通过练习和总结，提高自己的 计算能力和准确性，避免因计 算失误导致错误。
仔细审题
在开始解题之前，务必仔细阅 读题目，明确题目要求和给定 条件。
准确应用公式和定理
在解题过程中，准确应用相关 的公式和定理，确保适用条件 和范围正确。
注意细节和隐含条件
在解题过程中，注意细节和隐 含条件，确保解题思路和结果 完整准确。
05 习题拓展
相关知识点拓展
01
光的干涉
光的干涉是光波动性的重要表现之一，它涉及到光的相干性、干涉条件、
干涉图样等知识点。可以进一步了解干涉现象在日常生活和科技领域中
的应用，如光学干涉仪、薄膜干涉等。
02
光的衍射
光的衍射描述了光在传播过程中遇到障碍物时发生的偏离直线传播的现
象。可以深入了解衍射与干涉的区别和联系，以及衍射在光学仪器设计、
光谱分析等领域的应用。
03
光学仪器
了解各种光学仪器的基本原理和应用，如显微镜、望远镜、照相机等。
探究这些仪器中光的干涉、衍射等现象的应用，以及如何提高光学仪器
的性能。
类似题目推荐
题目
什么是光的偏振现象？请举例说明。
答案
光的偏振现象是指光波的电矢量或磁矢量在某一特定方向 上振动。例如，自然光通过偏振片后，只能沿特定方向振 动的光波通过，形成线偏振光。
题目
简述光的色散现象。
答案
光的色散现象是指不同波长的光在传播速度上存在差异， 导致白光通过棱镜后分解成不同颜色的光谱。这是因为不 同波长的光在介质中的折射率不同。
取为无穷大。
工程光学 2 习题课剖析
（3）第二面成像， l3 l2 ' d2 190.1 3 187.3mm r3
n3 1.6
1 1.6 11.6 l3 ' 187.1
l3 ' 116.937mm
在透镜组后表面右116.937mm处成实像。
n3 ' 1
2-10
已知一个透镜的第一面和第二面的半径分别为r1和r2，透镜的厚度为d，折 射率为n。当一个物体置于定义面的球心时，证明该物体的垂轴放大率为
解 (1) 入射光线高度为h=10mm，孔径角U=0
sin I h r
sin I ' n sin I n'
sin I 10 30
sin I ' 1 sin19.47 1.5
I 19.47 I ' 12.84
U'U I I '
U ' 0 19.47 12.84 6.63
L ' r(1 sin I ' ) sinU '
2-4 一个玻璃球半径为R，若以平行光入射，当玻璃的折射率为何值时，汇聚 点恰好落在球面的后表面上。
解
根据题意，有
l l ' 2R n 1 r R 求 n '
n ' n n ' n l' l r
n ' 1 n '1 2R R
n' 2
2-5 大小为5mm 的物体放在球面反射镜前10mm处，成1mm高的虚像。试求球 面反射镜的曲率半径，并说明反射镜的凹凸状况。
1 1 2 l' l r
1 1 2 100 150 r
r 120mm
根据结果，r 为负值，说明反射面的曲率中心在顶点的左边，可以判断，球面 反射镜为凹面镜。
工程光学基础教程 习题参考答案
第一章 几何光学基本定律1. 已知真空中的光速c ＝3810⨯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 = 66666.01sin 22==n I745356.066666.01cos 22=-=I1mm I 1=90︒n 1 n 2200mmL I 2 x88.178745356.066666.0*200*2002===tgI xmm x L 77.35812=+=4.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 .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。
内蒙古工业大学 工程光学 习题课
4、一条鱼在水面下1米处，水的折射率n=1.33，若在鱼的正上方观察，其像的位置在 哪里？
代入公式 n' n n'n 得 l' l r
1.0 1.5 1.5 1.0
8l
2
l=12cm l’ = 8cm
2) 置于水中时：l’=8cm ，n1=1.33，n2 =1.5，r =2cm代入公式得
1.33 1.5 1.5 1.33
8l
2
l=－18.5cm
4、一条鱼在水面下1米处，水的折射率n=1.33，若在鱼的正上方观察，其
（2）光焦度；
（3）像距；
（4）横向放大率；
（5）用作图法求像。
PFO
F’
P’
解：已知
Q’
（1）
f n r 2.50 3.94（㎝） n ' n 1.6350 1
f ' n ' r 1.6350 2.50 6.44（㎝） n ' n 1.6350 1
（2）
6
3
解二：（1）两透镜的光焦度分别为
1
1 f1
1 cm 20
2
1 1 cm
f 2
20
复合光学系统光焦度公式：
1 2 d12
1 1 0.06 1 ( 1 ) 1.5m1
0.2 0.2
0.2 0.2
f 1 66.67cm f 1 66.67cm
工程光学 4 习题课
4-6
如图所示，一物镜的像面与之相距150mm，若在物镜后置一厚度d=60mm、 折射率n=1.5的平行平板，求： （1）像面位置变化的方向和大小； （2）若欲使光轴向上、向下各偏移5mm，平板应正转、反转多大的角度。 （1）
解
1 l ' d 1 20mm n
解
tan 2
2 1000
0.0573
M
L1
P
支点
A′
A 2
2 M f P x
测杆
测量原理图
a
H
H′
F′
4-4 解 y
在下列棱镜中判断出射光的坐标。 以列曼屋脊棱镜为例说明 步骤： （1）首先设定入射光坐标（沿着光轴： z 轴，位于主截面内：y 轴，垂直于主 截面：x 轴） （2）z 坐标始终按沿着光轴确定其方 向； （3）x 坐标垂直于主截面，因遇到一 个屋脊面而反向； （4）y 坐标在主截面内，4次反射，按 照偶次反射成一致像，确定其坐标方 向。 x' 30 y' z'
解
y' l' 1 y l 2
1 l' l 2
l 300mm l ' 150mm
l l ' 150 600
1 1 1 l' l f '
A A' B'
f ' 100mm
M
A” B” M'
B
F
F'
4-3
在焦距为1000mm 的透镜物方焦点处有一目标，透镜前方有一平面镜，将 目标的光线反射回透镜。现在透镜焦面上距目标2mm的高度得到目标的像， 问此时平面镜相对于垂直光轴方向的倾角是多少。
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习题1：一个双薄透镜L 1、L 2构成的光学系统，L 1透镜的焦距为801='f mm ，通光口径401=D mm ，L 2透镜的焦距302='f mm ，通光口径402=D mm ，L 2在L 1的后面50mm 位置处，现有一束平行于光轴的光射入：（1）试判断系统的孔径光阑；（2）求系统出瞳的大小和位置。
1L 2
L
解：（1）试判断系统的孔径光阑
将L 1的边框经过前面的光学系统成像到系统的物空间，由于前面没有成像元件，故L 1
边框的像就是自身，即401
='D mm 。
将L 2的边框经过前面的光学系统L 1成像到系统的物空间，设像为1l '，则由高斯公式有：
3.133801501111111111
='⇒-=-'⇒'=-'l l f l l mm 即1l '位于L 1右侧约133.3mm 处。
1072503.133202111111='='⇒='⇒'='=
D y y l l y y βmm 即1l '的大小为107mm 。
由于401
='D mm 小于1072='D mm ，故L 1自身对入射光束起到最大的限制作用，为系统入瞳，透镜L 1的边框即为系统的孔径光阑。
（2）求系统出瞳的大小和位置
根据高斯公式及出瞳的定义有：
7530
1501111122222='⇒=--'⇒'=-'l l f l l mm
60250
7520222222='='⇒-='⇒'='=出D y y l l y y βmm 即系统的出瞳位于L 2右侧75mm 处，口径为60mm 。
习题2：已知两点光源S 1，S 2相距5.1=r m ，光源的发光强度分别为35I 1=cd ，95I 2=cd ，现将一白色的光屏置于S 1，S 2之间，且光屏的法线方向与S 1，S 2连线的夹角为i 。
求当光屏置于何处时光屏两侧具有相同的光照度？设两光源各向均匀发光。
S 2
S
解：设白屏位于两光源的连线之间，距两光源的距离分别为1r ，2r 。
则点光源在白屏上的光照度分别为：
2111cos r i I E =
， 2
222cos r i I E = 按照题意要求21E E =，即 2
22211cos cos r i I r i I = 且有 5.121=+=r r r m
求解可得
567.01=r m ，933.02=r m。