至学年第1学期物理光学试题B答案

1、2005至2006学年第1学期物理光学试题B答案院系：电子工程学院 年级： 专业：电子科学与技术(光电子技术)题 号一二三四平时成绩总分评卷人分 数1020203020100得 分一定义10分每题2分1、 圆偏振光：电矢量E的端点所描述的轨迹是一个圆：(1分)即在任一时刻，沿波传播方向上，空间各点E矢量末端在x,y平面上的投影是一个圆；或在空间任一点E的端点在相继各时刻的轨迹是一个圆，这种电磁波在光学上称为圆偏振光。(1分)2、 等厚干预：指薄膜一般板的厚度很小时，均称为薄膜厚度处处相同，(1分)两光束以各种角度入射时产生的一组干预条纹。(1分)3、 干预条纹的半宽度：在透射光的情况下，半宽度

2、是指透射光强度下降到其峰值的一半时所对应的位相变化量。4、 夫朗和菲衍射：当光源和衍射物之间的距离和衍射物与观察屏之间距离二者均为无限远时的衍射称为夫朗和菲衍射。5、 补偿器：改变偏振态的器件叫补偿器。二简答分析题20分每题5分1、 试比拟单缝、双缝、多缝衍射和闪耀光栅的平行光衍射的光强分布，并说明这些光强分布不同的原因。解：单缝衍射的光强分布： ， ，a-缝宽，衍射角 -衍射把戏中心=0处的光强， (1分)双缝衍射的光强分布： ， ，(1分) d-两缝对应点间距离双缝衍射是因为双缝中各单缝的衍射光的双光束干预。(1分)多缝衍射的光强分布： N-缝数多缝衍射是多个单缝衍射光的多光束干预。(1分

3、)闪耀光栅的光强分布：(1分)2、 试说明为何单缝衍射时只考虑缝宽方向的衍射而不考虑缝长方向的衍射。解：衍射宽度 a缝宽，(1分)当确定时a增加，减小，衍射效应不显著，(1分)a减小，增加，衍射效应显著。(1分)因为缝长远远大于缝宽，宽度很小，衍射效果不显著，因此不考虑缝长衍射(2分)3、 为什么在各向异性晶体中光波的相速度与能量传递速度不同？两者在方向和大小上有何关系？解：一般晶体中三个主折射率，不完全相等，(1分)导致D和E在一般情况下不平行，使得光能流方向(光线方向) 与光波法线方向一般不重合，(1分)即光能不沿波法线方向而是沿光线方向传播，等相面前进的方向法线方向既然与光能传播方向光线

4、方向不同，(1分)其对应的速度相速度与光线速度也就不同，(1分)两者在方向上有一夹角为D，E间夹角大小关系如下：(1分)4、 用下列图的装置观察白光，那么在屏上将出现一条连续光谱。假设在棱镜和物镜L2之间放一单缝，缝的细长方向与光谱展开方向一致，那么在屏上将出现几条如下图的弯曲彩色条纹。试解释这一现象。 解：1白光经棱镜后，由于色散，各波长的光都有自己的一束平行光。 由Snell公式 ，-棱镜折射率(1分)相同，取决于 ，于是在焦平面上形成由红到紫的连续光谱一条由上至下从红到紫的彩色直线。(1分)2插入单缝后，各波长的光都参与单缝衍射，衍射主极大，对应处，与无关，所以各波长对应的位置不变，但由

5、于条纹主极大的宽度，与有关， ，因此红光条纹粗而紫光条纹细。(2分)衍射次极大 一级衍射次极大形成的彩色条纹是弯曲的，红光端弯曲最大。(1分)三 画图题20分1、 写出斯托克斯矢量的通式，并分别写出与X正方向成45o振动的线偏振光的斯托克斯矢量，并在邦加球上标出它们的位置。7分解：s (1分)与x正方向成45o： (2分) 令=0 那么s (2分) 如图E点 (2分) 2、 在平行光的多缝衍射实验中，当缝数N=5时，试粗略画出在相邻干预主极大间干预极小和干预次极大的示意图，并标出相应的位相值。6分解：干预极小：在相邻m间有N-1个极小值，即，(1分)当N=5时， 有4个极小值。(1分)干预次极

6、大：有N-2个值，即，(1分)当N=5时， 有3个次极大值。如下列图所示。(3分)3、 平面波正入射，光轴平行于正单轴晶体的晶面时，画出折射率椭球和折射率曲面，标出反射波矢kr透射波矢kt及o光、e光的传输方向So ,Se并分析光线通过晶体后偏振态是否改变。7分(3分) (3分) d-n曲面椭球法 k-n曲面斯涅耳作图法有光程差，偏振状态发生改变。(1分)四 大题30分每题10分1、 m的一束激光，穿过一直径D=3.19mm的小圆孔，与孔相距D0=1m处放一白屏，问：屏上正对孔中心的点P0处是亮还是暗？要使P0点光强度变成与相反的情况，那么屏应向小孔移动多少距离？解：1入射光近似认为是平行光，

7、衍射物到屏距离有限，所以认为菲涅耳圆孔衍射。(1分) 衍射圆孔半径(1分)即波带数N=4(偶数) 所以轴上P0点为暗点. (2分)(2)N为奇数时, P0点将由暗变亮. (1分)当R与一定时,大,N小;小,N大(1分)现在要求屏向小孔方向移动,即变小,N变大.取N=5(奇数) (1分)即: (1分)屏向孔移动(2分)2、利用牛顿环的干预条纹可以测定凹曲面的曲率半径。方法是把半径的平凸透镜和凸面放在待测的凹面上，在两镜面间形成空气隙，可以观察环状的干预条纹。如图，试证明第m个暗环的半径rm和凹半径R2 凸半径R1以及光波波长之间的关系为 。 解：如下图 (2分) (1分) (1分) 又(1分) 第m个暗环有 有 (2分)对于空气隙 (3分)3、欲使线偏振光的激光束通过红宝石棒时，在棒的端面上没有反射损失，那么棒端面对棒轴倾角应取何值？光束入射角1等于多少？入射光的振动方向如何？红