光学复习填空和简答.docx

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光学复习填空和简答

简答题

1．光的干涉分哪几类？

答：

分波面干涉、分振幅干涉和分振动面干涉三种。

2．你对“激光”的认识？

答：

“激光”是光受激辐射放大的简称，英文名称为“laser”。

它通过辐射的受激发射而实现光放大。

它的特点是单色性佳、亮度高、相干性强、方向性好等。

3．你对“迈氏干涉仪”认识？

答：

原理：

分振幅干涉。

构造：

两块相互垂直的平面反射镜、分光板和补偿板、光源、透镜、接收器等。

主要公式：

hN。

2

4．光的电磁理论的要点是什么？

答：

光是某一波段的电磁波，其速度就是电磁波的传播速度。

5．光的相干条件是什么？

答：

频率相同、振动方向相同、相位差恒定。

6．“光程”？

答：

折射率和几何路程的乘积。

7．“干涉相长”？

“干涉相消”？

答：

“干涉相长”：

对应于相位差为的偶数倍数的或者光程差等于半波长的偶数倍数

的那些点，两波叠加后的强度为最大值。

“干涉相消”：

对应于相位差为的奇数倍数的或者光程差等于半波长的奇数倍数

的那些点，两波叠加后的强度为最小值。

8．杨氏双缝干涉实验中亮、暗条纹的位置及间距如何确定？

答：

亮纹：

yjr0j0,1,2,

d

暗纹：

y（2j1）r0j0,1,2,

d

条纹间距：

y

r0

d

9．影响干涉条纹可见度大小的主要因素是什么？

答：

影响干涉条纹可见度大小的主要因素是振幅比。

10．计算干涉条纹可见度大小的常用公式有哪几个？

答：

计算干涉条纹可见度大小的常用公式有：

11．光源的非单色性对干涉条纹有什么影响？

答：

会使干涉条纹的可见度下降。

12．光源的线度对干涉条纹有什么影响？

答：

会使总的干涉图样模糊不清，甚至会使干涉条纹的可见度降为零。

13．在什么情况下哪种光有半波损失？

答：

在光从折射率小的光疏介质向折射率大的光密介质表面入射时，反射过程中反射光有半波损失。

14．何为“等倾干涉”？

何为“等厚干涉”？

答：

凡入射角相同的就形成同一条纹，即同一干涉条纹上的各点都具有同一的倾角——等倾干涉条纹。

对应于每一直线条纹的薄膜厚度是相等的——等厚干涉条纹。

15．迈克耳逊干涉仪的基本原理和主要计算公式是什么？

答：

迈克耳孙干涉仪的基本原理是分振幅干涉。

h

计算公式：

hN或2

2N

16．法布里-珀罗干涉仪的基本原理是什么？

答：

法布里-珀罗干涉仪的基本原理是分振幅多光束干涉。

17．试比较法氏干涉仪与迈氏干涉仪的异同。

答：

⑴法氏干涉仪是振幅急剧递减的多光束干涉，而迈氏是等振幅的双光束干涉。

⑵两者的透射光的光程差表达式完全相同，条纹间距、径向分布很相似。

⑶法氏干涉仪较迈氏的最大优点：

越大，干涉条纹越清晰和明锐。

18．干涉现象有哪些重要应用？

答：

检查光学元件的表面、镀膜光学元件、测量长度的微小改变等。

19．“劈尖”结构和原理

答：

原理：

等厚干涉

装置：

取两片洁净的显微镜载玻片叠放在一起，捏紧两片的一端，另一端夹入一薄

片，就构成一个劈形的空气薄膜。

条纹：

平行于相交棱边的等距条纹。

公式：

（正入射）2n2d0

2j

j0,

1,

2

亮纹

2

2

2n2d0

（2j1）

j

0,

1,2

暗纹

2

2

应用：

光学元件的镀膜，测量长度的微小改变，检查光学元件的表面。

20．“牛顿环”结构和原理

答：

原理：

等厚干涉。

装置：

在平板玻璃上放一个凸透镜，两者之间会形成一空气薄层。

条纹：

以接触点为圆心的同心圆。

r2

2j

j

0,

1,2

亮纹

公式：

R

2

2

r2

（2j

1）

j

0,1,2

暗纹

R

2

2

应用；测量长度的微小改变，检查光学元件的表面。

21．将杨氏双孔干涉装置分别作如下单项变化，屏幕上干涉条纹有何改变？

（1）将双孔间距d变小；

答：

条纹间距变宽，零级位置不变，可见度因干涉孔径角

φ变小而变大了。

（2）将屏幕远离双孔屏；

答：

条纹变宽，零级位置不变，光强变弱了。

（3）将钠光灯改变为氦氖激光；

答：

条纹变宽，零级位置不变，黄条纹变成红条纹。

（4）将单孔S沿轴向双孔屏靠近；

答：

条纹间距不变，光强变强，但可见度因干涉孔径角φ变大而变小。

（5）将整个装置浸入水中；

答：

条纹间距将为原有的3/4，可见度因波长变短而变小。

（6）将单孔S沿横向向上作小位移；

答：

整个干涉条纹区向下移，干涉条纹间距和可见度均不变。

（7）将双孔屏沿横向向上作小位移；

答：

整个干涉条纹区向上移，干涉条纹间距和可见度不变。

（8）将单孔变大；

答：

光强变大，可见度变小，零级位置不变，干涉条纹间距不变。

（9）将双孔中的一个孔的直径增大到原来的两倍；

答：

孔

S2的面积是孔

S1的

4倍，表明

S2在屏上形成振幅为

4A

的光波，

S1则在屏上形

成振幅

A的光波

.屏上同相位处最大光强：

I大

=（4A+A）2

=25A2，

是未加大

S2时的（

25/4）倍；屏上反相位处的最小光强：

I小=（4A-A）2=9A2，

也不是原有的零．可见度由原有的1下降为

（25-9）/（25+9）=0.47．

22．海岸边陡峭壁上的雷达站能发现来自空中的敌机，而发现不了沿海面低空飞来的飞机，这是什么原因

答：

海岸边陡峭壁上的雷达和海面类似洛埃镜装置，沿海面低空飞行的飞机始终处在“洛埃镜”装置的暗点上，因而不能被雷达发现。

23．照相机镜头表面为何呈现蓝紫色？

答：

人眼对可见光中不同色的光反应的灵敏度各不一样，对绿光反应最灵敏．而照相底片没有这个性质，因此，拍照出来景物照片的颜色和人眼直接观察的有差别．为了减小这个差别，在照相机镜上镀上一层增透膜，以便使绿颜色的光能量更多地进入镜头，使照片更加接近实际景物的颜色．绿颜色的光增透，反射光中加强的光是它的互补色，因此看上去呈现蓝紫色。

24．玻璃窗也是空气中表面平行的介质，为什么我们看不到玻璃窗的干涉条纹？

答：

白光波列长度仅有微米量级，照射厚度为几毫米的窗玻璃时，则因时间相干性太差，导致可见度为零，看不到干涉条纹。

25．用细铁丝围成一圆框，在肥皂水中蘸一下，然后使圆框平面处于竖直位置，在室内从反射的方向观察皂膜．开始时看到一片均匀亮度，然后上部开始出现彩色横带，继而彩

色横带逐渐向下延伸，遍布整个膜面，且上部下部彩色不同；然后看到彩带越来越宽，整个膜面呈现灰暗色，最后就破裂了，试解释之．

答：

我们看到的是肥皂液膜对白光的反射相干光．开始时液膜很厚，对白光中很多波长都有反射干涉加强现象，故皂液膜呈现不带色彩的一片白光亮度．然后膜上部最先变薄，上部呈现色彩横带．皂液下流，薄的部位由上向下延伸，色彩区变宽，遍及全膜．上下彩色不同说明膜厚不等，上薄下厚．彩带变宽说明楔形皂膜上部楔角越

来越小．呈现一片灰暗色的原因是整个液膜厚度已接近于零，暗光强来于半波突变、k=0.5的原因，这也正是破裂前的现象。

26．什么是光的衍射？

答：

光绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影，并在屏幕上出现光强分布不均匀的现象。

27．明显产生衍射现象的条件是什么？

答：

障碍物的线度和光的波长可以比拟。

28．惠更斯-菲涅耳原理是怎样表述

答：

波面S上每个面积微元dS都可以看成新的波源，它们均发出次波。

波面前方空

间某一点P的振动可以由S面上所有面积元所发出的次波在该点叠加后的合振幅来表示。

29．衍射分哪几类？

答：

衍射分菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射两大类。

30．什么叫半波带？

答：

由任何相邻两带的对应部分所发出的次波到达P点时的光程差都为半个波长（即相位相反）而分成的环形带。

31．为什么圆屏几何影子的中心永远有光？

答：

由于圆屏衍射。

32．夫琅禾费单缝衍射有哪些明显特征？

答：

中央有一条特别明亮的亮条纹，两侧排列着一些强度较小的亮条纹，相邻的亮条纹之间有一条暗条纹；两侧的亮条纹是等宽的，而中央亮条纹的宽度为其他亮条纹的两倍。

33．什么是爱里斑？

答：

在夫琅禾费圆孔衍射图样的中央，光强占总光强的84%的亮斑。

34．爱里斑的半角宽度为多少？

答：

艾里斑的半角宽度为：

35．爱里斑的线半径怎样计算？

答：

艾里斑的线半径为：

36．干涉和衍射有什么关系？

答：

干涉和衍射本质都是波的相干叠加的结果，只是参与相干叠加的对象有所区别。

干涉是有限几束光的叠加，而衍射是无穷多次波的叠加；前者是粗略的，后者是精确的。

其次，出现的干涉和衍射的图样都是明暗相间的条纹，但在光强分布上有间距均匀和相对集中的不同。

最后，在处理问题的方法上。

从物理角度看，考虑叠加是

的中心问题都是相位差；从数学角度来看，相干叠加的矢量图有干涉的折线过渡到

衍射的连续弧线，由有限的求和过渡到积分运算。

总之，干涉和衍射是本质的统一，

但在形成条件，分布规律的数学处理方法上略有不同而已。

37．光栅的光谱线在什么情况下缺级？

在什么情况下重叠？

答：

当d是b的倍数时，光栅的光谱线发生缺级。

光栅的光谱线发生重叠的条件是：

j11j22。

38．“物像之间的等光程性”是哪个原理的推论？

答：

“物像之间的等光程性”是“费马原理”的推论。

39．最简单的理想光学系统是什么光学元件？

答：

最简单的理想光学系统是一个平面反射镜。

40．什么是全反射？

答：

对光线只有反射而无折射的现象称为全反射。

41．光学纤维的工作原理是什么？

其数值孔径通常怎样表示？

答：

光学纤维的工作原理是全反射，其数值孔径通常用

N.A表示，计算公式为：

42．棱镜主要有哪些应用？

答：

棱镜主要用于制作折射计及利用全反射棱镜变更方向等。

43．几何光学的符号法则是如何规定的？

答：

几何光学的符号法则的规定是：

线段：

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．物点或像点至主抽的距离，在主轴上方为正，在下方为负．

角度：

光线方向的倾斜角度部从主轴（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时，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）．

标定：

在图中出现的长度和角度（几何量）只用正值．例如s表示的某线段值是负的，则应用（-s）来表示该线值的几何长度．

44．近轴光线条件下球面反射、折射的物像公式？

答：

近轴光线条件下球面反射、折射的物像公式分别为：

45．共轴光具组？

答：

多个球面的曲率中心都在同一直线上的系统称为共轴光具组。

46．近轴条件下薄透镜的成像公式及横向放大率如何表示？

答：

近轴条件下薄透镜的成像公式及横向放大率分别为：

47．薄透镜的会聚和发散性质主要与什么因素有关？

答：

薄透镜的会聚和发散性质主要与透镜的形状及两侧的