光学课后习题

1、光学课后习题人类理解光的本质的主要阶段是什么？如何理解 “光学是一门古老而年轻的学科”？ “激光 ”和普通光有什么异同？列举激光在某一方面的应用让你感到新奇和惊讶。试图提出天空中的一种光学现象，并让你做出合理的解释。试介绍中国古代科学家在天文观测方面的一些成就是声音电磁波吗？如果不是，是什么样的波浪？试着澄清光波和声波之间的异同。8。电磁波能在真空中传播吗？声波能在真空中传播吗？9.根据公式10，利用真空中的介电常数和磁导率,可以计算出一般电磁波在真空中的传播速度Co试计算：(1)我国家用交流频率的波长；(2)找到频率为93.3 兆赫的调频无线电波的波长； (3) 找到频率为赫兹的红色可见光的

2、波长11。 北京和上海之间的距离是3000公里。如果北京和上海之间有电话，通过电话从北京到上海需要多长时间？ 12.从电磁波谱中，找出波长分别为公里、 1 公里、 1 米、 1 厘米、 1 毫米、 1 米时，属于哪个波段。13。你去听音乐会。你的座位离舞台上的歌手500 米远。你的同事在离家 3000 公里的地方听现场直播。 你的同事比你先听到多久？（声波在 XXXX“ 用来测量距离的长度（不是时间），一光年是多少公里？最近的恒星离地球 4.2 光年，离我们有多少公里？ 17.复习电子和光子之间的异同，并列出它们第 2 章练习1 。从太阳到地球的辐射能流是1350假设阳光是单一电磁波，试图在地

3、球表面找到总和的值分别得到了电场和磁场的能量密度值。和的振幅和初始相位分别为2。计算两个单色平面波、和，它们的振动方向彼此垂直并且它们的频率分别为，以找到它们的组合振动的轨迹和旋转方向。nm;橙色3。氟灯he-ne激光器（）发射波长为 632.8nm 的红光，色谱线的波长分别为605.7nm和nm。试着分别找出光波序列的长度。,输出脉冲的能量为300mJ,其中包含4 。输出波长为1.06的 YAG 脉冲激光器中有多少光子？光脉冲的动量是多少？ 5.众所周知， CO2 激光束(=10.6)沿着 Z 轴传播， 并且是在 z=0 时束宽为 1 毫米的平面波。 在 Z = 2 m时，求出波束宽度和波面

4、曲率半径为6.波长为1.062的钕钇铝石榴石激光器输出的高斯光束功率为1W ，发散角为毫弧度。试着找出腰部宽度半径、瑞利范围、腰部光强和腰部宽度在 z = 100m 米处为。 7.波长为10.6的 CO2 激光器，在距离d = 10cm 厘米的两点处，其束腰宽度W1 =1.699mm 毫米，W2= 3.38 毫米。计算高斯光束的束腰位置和束腰宽度半径。8。众所周知，高斯光束在某一点的半宽为 W,曲率半径为R,证明了光束的腰位为，到波面左侧的距离为9 。已知波长为=1的高斯光束的曲率半径为 R=1m,其半宽为W = 1毫米，并且发现，而其腰半宽是距离该点 d = 10 厘米处的曲率半径和腰半宽为

5、10.如果在处= 1，即频率函数是从开始的，而在t0 处是常数1，则到是常数1，证明其时间函数是，即 t=0 是从到，类似地，如果是常数 1，也就是说，纯单色光具有频率11。使用指数函数表式简谐振动的优点是什么，指出(2.06)和(2.08)的意义之间的异同12。什么是 “波前 ”？波面和波的传播方向之间有什么联系？等相平面是否与等幅平面相同，但必须是？13。折射率的物理意义是什么？ “光路 ” 的物理含义是什么？实际用途是什么？14。已知水、玻璃、蓝宝石和金刚石的折射率分别为 1.33、 1.52、 1.70 和 2.40。试着找出天空中波长为 550 纳米的绿光在这些材料中光波的波长、速度

6、和频率。在 TOC o 1-5 h z 这些材料中看到的光波仍然是绿色的吗？ 15.尝试在红外线() () 、可见光() 、紫外线()和 X 射线 ()中找到光子能量、动量和质量16。 在理想条件下， 人眼可以感知到每秒约 100 个光子的绿色光束。尝试估计人眼能感知的最小光焦度。17.什么是“单色光 ”？有 “单色光脉冲” 吗？它是用色光表示的吗？的光子可以用的单频第 3 章练习1 。将一个人的身高设定为 1.8 米，眼睛位于头顶以下10 厘米。他站在一面垂直于地面的平面镜子前， 问镜子至少应该有多高才能看到他的整个身体？这面镜子离地面应该有多高？2。一个 1.50厘米长的物体放在凹面镜前

7、20厘米处。如果凹面镜的曲率半径是30 厘米，找出物体的图像在哪里和图像的大小。如果上述问题被颠倒， 即使对象被放置在先前问题的成像位置， 也证明其图像必须在原始对象处形成。 (光的可逆性)3 。试着从光的反射和折射定律来证明光路是可逆的 4.尝试用傍轴条件和折射定律来证明傍轴球面折射公式（3.07）5。发光的物体点位于透明球体的背面，从那里发出平行光束。计算透明球体的折射率。将等曲率双凸透镜放置在水面上（水的折射率为1.33），透镜球的曲率半径为256 1993 厘米，中性厚度为 2 厘米，透镜玻璃材料的折射率为 1.50 水中镜头下方 4 厘米处有一个物点。试着分别计算镜头两侧曲面的光焦度

8、，并通过镜头在空中计算物点的成像点位置。半径为r 的透明球体的一半涂有反射膜。当被问及球体的折射率是多少时，从空气中入射的光在被球体反射后会以原来的方向返回。一个平凸透镜被放置在纸面上。透镜材料的折射率为1.5，球面的曲率半径为 80 毫米，透镜的中心厚度为 20 毫米。 分别获得了凸面朝上、 平面朝上时纸张与透镜接触处字体的成像位置。9。凸透镜浸没在折射率为1.33 的水中。一个1 厘米高的物体（也在水中 ）在凸面镜子前面 40 厘米和镜子后面8 厘米的位置成像。找出图像的大小，无论是直立的还是倒置的， 实际的还是想象的图像， 凸面镜的曲率半径和它的功率。10 。一个真实的物体可以放在凹面镜

9、前形成一个倒置的放大图像吗？它是真实的还是虚拟的?11。它能作为计算单个球面折射系统物像关系的图解法吗？试着指出它的三种典型光线和薄透镜之间的异同12。凸透镜或凹面镜的焦距没有标记。什么方法可以用来确定它的焦距？如果是凹透镜或凸面球面镜呢？13。 一个物体通过一个薄透镜形成一个实像。 当共轭点间距不变时，在什么情况下会有二次成像？什么件是？14。薄透镜物像关系曲线，物距为横坐标，像距为纵坐标。讨论了目标图像. 17 . 18 . 19 . 20 .在不同条件下的性质。是由薄透镜L1 和凸薄透镜L2 组成的同轴光学系统， L1 的焦距为 4厘米 L2 材料折射率为 1.5，球面曲率半径为 12

10、厘米，球面为镀铝反射面 L1 和 L2 相距 10厘米， 在 L1 前方 5.6厘米的光轴上放置一个物点。 计算了光第二次通过L1 后的成像位置， 并用光路图进行了说明。将折射率为 1.5、半径为 10 厘米的玻璃球置于空气中，分别用连续成像法和基点法计算其焦点与球表面的距离。双凸透镜的中心厚度为 6 厘米， 折射率为 1.5， 曲率半径为 50厘米，并计算其在空气中的光焦度。将折射率为 1.5 的同心透镜置于空气中，前后表面的曲率半径分别为r1=20cm和r2=10cm通过连续成像方法找到并验证每个基点。中空玻璃球的外径为r,内径为r,玻璃的折射率为1.5。把它放在空气中，找到这个光学系统的

11、基点，并讨论它的特性与r 。将两个焦距为 0.5厘米的薄正透镜以 9 厘米的距离同轴放置在空气中。该系统构成了一个Ranstern 目镜，并计算了该目镜的焦点。距离焦点前最后一个光学表面， 20 厘米 800 毫米 If21。光学系统位于空气中，其第一光学表面之间的距离是位于处的物体第一主平面h 在之后 20 厘米，第二主平面在 199 之前 2.7 米，分别作为图解法和高斯成像公式得到的图像的22。 复合厚透镜在空气中， 曲率半径 r1=-1.0m， r2=1.5m， n1=1.632，n2=1.5 用矩阵法计算复合透镜的放大率23。玻璃半球的折射率为1.5，曲率半径R = 10cm 厘米。

12、半球在空中半球的平面镀有反射膜。 当一个物体在球的前方 0.5m 时， 其图像的位置由矩阵法确定。24。佩戴500度（屈光度为5 米-1）近视眼镜并矫正正常视力的人，的最小屈光度是多少？如果你不戴眼镜，你就看不到前面远处的物体。25.如果一个人看不清眼前1.5米以内的物体， 他需要戴什么样的眼镜？26.在天文望远镜中，物镜和目镜之间的距离是90 厘米，放大率是。计算物镜和目镜的焦距27。证明了棱锥棱镜的反射光束总是平行于入射光束。28.实验测量出棱镜有一个最小偏转角。 光路的可逆性被用来证明满足最小偏转角条件的光必须平行于棱镜的底边。 29.顶角为的棱镜对单色光的最小偏转角为。棱镜材料对单色光

13、的的折射率是多少？如果棱镜放在水中（折射率为1.33），它的最小偏转角是多少？30。为什么光纤的内芯需要外包层？假设光纤芯材的折射率为1.5，如果需要256 199 的入射光束通过光纤，包层材料的最大折射率是多少？第 4 章练习1 。在杨氏双缝干涉实验中，狭缝之间的距离设定为 0.100毫米。如果波长为的光波从距离双缝的一段距离发出，在狭缝表面后 1.20米的观察屏上看到的明亮干涉条纹之间的距离是多少？2.杨氏双缝干涉的间隙距离为 0.50 毫米， 从狭缝表面到观察屏的间隙距离为 2.5米。 如果白光用于照明，在的中心，白色零级条纹的两侧都有可见光色带试着解释紫色条纹靠近中心， 红色条纹远离中

14、心。 如果紫色条纹与中心的距离是2.0毫米，红色条纹与中心的距离是3.8毫米，那么紫色光波和红色光波的波长分别是多少？3。单色光照射在距离为0.042 毫米的双缝上，在处测量了第五干涉条纹的光波。4 的波长是多少？5.6.7.8.9.单色光波？单色光照射在两个距离为 0.040毫米的狭缝上，在距离双缝平面5.0米的观察屏上，中心附近两个相邻干涉条纹之间的距离为 5.5 厘米单色光的波长和频率是多少？当波长为 656 纳米的激光发出的平行光束照射到距离为 0.050毫米的双狭缝上时，在距离为 2.6米的观察屏上获得的干涉条纹之间的距离是多少？波长为 680 纳米的光束照射在双狭缝上，产生干涉条纹

15、。当四阶干涉条纹与观察屏上的中心条纹相距48 毫米，距离狭缝表面1.5 米时，双狭缝之间的距离是多少？设置两个波长分别为480 纳米和620 纳米的光波通过一个距离为0.54毫米的双缝，如果观察屏在缝面后 1.6米处，这两个波长的二阶干涉条纹之间的距离是多少？在双缝干涉实验中，波长为 400 纳米的二阶干涉条纹位于观察屏上那么什么波长的可见光会在那个地方引起相消干涉呢？如果双缝干涉实验在水中进行，使用的波长是400 纳米，双缝之间的距离是毫米，观察屏的距离是40.0 厘米，观察到的干涉现象的条纹宽度是多少？10。如果在双接缝干涉中，在一个接缝上涂覆折射率为 1.60 的非常薄的透明塑料薄膜，并

16、且用波长为的 540 nm 的光束进行实验， 那么在观察屏幕的中心， 原来的亮点变成了暗点，那么薄膜的最小厚度是多少？11。当肥皂泡的正面向观察者呈现绿色时，肥皂泡最薄的厚度是多少？12。如果一个肥皂泡的厚度为120纳米，折射率n=1.34,那么在正常入射白光下，会出现什么颜色？ 13.如图 4-12所示，矩形平气楔由一根直径为mm14 . 15 .16 . 17 . 18 .的细金属丝组成， 置于边缘。 用波长为 600 纳米的单色光照射矩形扁平空气楔。在垂直入射方向观察到一条 的直干条纹。在平板的另一端形成的干涉条纹是暗的还是亮的？如果平板长 26.5毫米， 可以形成多少条条纹？条纹之间的

17、距离是多少？肥皂泡的折射率为1.42。在波长为480纳米的单色光照射下，肥皂泡壁的两侧是空气。 如果肥皂泡是黑色和无色的， 气泡壁的最小厚度是多少？将平凹透镜放置在平板玻璃上，形成牛顿环干涉现象（见图4-13）。如果波长为 550 nm 的光可以数出 31 个亮环和 31 个暗环（不包括中心的暗点），平凹透镜的中心比边缘厚多少？一块薄金属片夹在两个长方形平板玻璃的一端边缘， 形成一个气楔。在波长为 670 纳米的光的垂直入射下， 从楔形的一端到另一端可以计数出 28 条黑色条纹。金属片的厚度是多少？两片平板玻璃夹在平行的空气层中。 如果波长为 450 纳米的光显示出均匀明亮的颜色， 那么空气层

18、的最小厚度是多少？如果天黑了怎么办？在n=1.51 的玻璃表面覆盖一薄层甲醇液体（n=1.36）,用波长可变的正入射单色光照射。当nm 为暗时，当nm 为亮时，确定甲醇薄层的厚度。19。如果牛顿环实验装置浸没在液体中，其第八环的直径从2.92 厘米减小到 2.48厘米，那么液体的折射率是多少？如果是 1，那么皮肤深度是波长的多少倍？19。尝试近似计算在垂直入射下总共9、 13 和 17 个薄膜系统的由ZnZ（n=2.35）和MgF2（n=1.38）组成的（HL）的反射率。20.如果用ZnS MgF2 介电材料涂覆能偏转氦氖激光束（) 的高反射率反射器， h 层和 l 层的几何厚度分别是多少？硫

19、化锌 氟化镁应用于是一对介电材料。形成在玻璃衬底上，并入射到空气中，21。为全介质滤波器设计的 G(HL)44H(LH)4A 薄膜系统的带宽是多少？22。 设计氩离子激光防护玻璃的薄膜系统(玻璃材料的折射率已知为n=1.52)。要求波长为 488 nm 的光的透射率不大于0.1%，玻璃的折射率n=1.50第 7 章练习1。光路中平行放置了三个偏振器 P1、P2和P3。P2和P3的偏振透射方向分别为和， P1 的偏振透射方向为。光强为 I0 的一束自然光垂直入射，通过三个偏振器，得到入射光强为2 。 用惠更斯映射法分别得到了双折射晶体光轴平行于折射面和垂直于折射面的。时O光和E光的传播方向。3.

20、顶角为的三棱镜由正单轴晶体构成。单色自然光斜入射到棱镜的斜面上并折射。 在晶体光轴垂直于入射面且平行于入射面的条件下， 试画出光束的折射光路图。4 。一束线偏振光分别入射到1/2 波片和 1/4 波片上。当偏振光的振动方向和波片的快轴分别为时，讨论了发射光的偏振态（分别讨论了正晶体和负晶体）波片放置在两个狭缝之一的前面。5 年。在杨氏双缝干涉实验中，单色自然光被照射，光路补偿玻璃片被放置在另一个狭缝（）的前面，以抵消由波片基板的厚度引起的光路差（ 即，不考虑由波片基板的厚度引起的光路变化 ） 。屏幕上的干涉条纹有什么变化？如果将分析仪放在屏幕前并旋转，条纹将如何变化？6。偏振器P1、波片和检偏

21、器P2都布置在光路中。P1的光轴在垂直方向上沿Y 轴，四分之一波片的快轴方向与X 轴成一角度，分析器P2 的光轴在水平方向上沿X轴。当波片放置在时，分析仪后面观察屏上的光强是多少？，7。一种晶片组件由正交偏振器P1、P2和两个应时晶体组成，其中靠近 P1 的应时晶体体的光轴垂直于组件的表面，而另一个是 1/2 波片，其快轴与P1 成一角度验证从P1到P2的自然光强度等于从P2到P1的自然光强度8 。 四分之一波片由方解石晶体制成。 如果它被设计成在钠黄光下使用，晶体的厚度是多少？什么是零级波片和m=10 多级波片？如果波片是由应时晶体制成的，它的厚度是多少？9。尝试计算(7.09a) a (7

22、.09c)10。斯托克斯参数也可以表示为，表示该参数可以从上述公式中测量4 次，但没有多余的验证值。11。圆偏振器是由偏振器和四分之一波片组成的装置。波片的快轴与偏振器的长轴成256 199 。光束从偏振器的前面进入，然后穿过波片。尝试分析圆偏振器可以将任何入射的偏振态的光束转换成圆偏振态。如果圆偏振器反转，即入射光束穿过波片，然后穿过偏振器， 则出射光束将被线性偏振，而与入射光束的偏振状态无关12.验证线性偏振态可以由左旋和右旋圆偏振态的叠加组成。13。 验证如果两个1/4 波片堆叠在一起，它们的快轴与一个1/2 波片的方向相同。如果它们的快轴互相垂直，它们的合成结果是什么？14。利用斯托克

23、斯参数矩阵和琼斯矢量矩阵，写出(1)相位延迟波片，快轴指向方向 (即沿 X 轴方向 )(2)快轴指向方向 (3)快轴指向方向方向；相位延迟波片相位差和偏振态旋转相位延迟波片；如果将这三个波片组合在一起，在方向 (即沿 y 轴方向)证明效果是引入15。在验证圆偏振光束在镜面上被反射后，其旋转方向改变，即从左(右 )旋转到右(左)旋转。第 8 章练习1 。假设一种材料对单色光的折射率为2.0，消光系数为6.0，计算出单色光在空气中垂直入射时的反射率为。 2.频率为的光波在材料中的传播速度为。众所周知，这种单色光在材料中的光强在通过 100 毫米的距离后衰减到原始值的 1/10。 找出 :(1)这种

24、材料中这种光的波长是什么？ (2)这种材料的吸收系数和消光系数是多少？(3)当这种材料入射到空气中时，其表面对这种光的反射率是多少？3.众所周知，对于波长为550 nm 的绿光和波长为 600 nm 的橙光，铜分别具有1.031+j2.784的和 0.149+j3.287 的复折射率。计算了这两种波长的光在空气中入射到铜表面的反射率。4。众所周知，对于波长为 550 纳米绿光，金属铜的折射率为 0.79，在空气中的垂直入射反射率为70%。表示在垂直入射光波在铜中传播多长时间后，垂直入射光波强度将衰减到原始值的5%5.假设对于波长为550 nm的绿光，金的复折射率为0.8031+j1.8180,

25、那么对于空气中的绿光的垂直入射，找出涂有厚度为度和 100 nm 的金膜的玻璃 (n0= 1.52)的透射率？(不包括电影中的多重反射和干涉效果。)6。实验测得的汞绿光()和钠黄光 ()的单色光的折射率分别比单色光高、1.6245和 1.6171。柯西公式是用来计算波长的吗？用线性插入法计算的折射率是n ， 哪个更大？它有多大？(注 :柯西公式中的项可以忽略，因为与项相差不大。 )7。尝试比较瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射8 。 试着根据瑞利散射光强度与波长的四次方的反比关系来解释蓝天和红日出现象。9.电光克尔效应和光学克尔效应有什么异同？第 9 章练习1 。 物体发光的微观机制是什么？热释光

26、和非热释光的发光机制有什么不同吗？连续发射光谱的光源一定是热释光光源吗？2。试着解释“共振 ”在共振激发、共振吸收和共振跃迁中的意义。受激辐射可以理解为辐射吗？为什么受激辐射在正常情况下是一种罕见的现象？3.分子光谱和原子光谱的主要区别是什么？4 。 将金属加热到热态发出的光谱与金属蒸汽发出的光谱相同吗？为什么是？5。为什么金属蒸汽光源比气体放电光源更亮？6 。 气体放电光源发射一系列波长的光。 为什么它是一个优秀的单色光源？7.普通半导体整流二极管、半导体发光二极管和半导体激光器之间的主要区别是什么？8.为了获得pn 结半导体二极管()发出的绿光，它的禁带宽度应该是多少？9 。众所周知，半导

27、体的禁带宽度是2 eV 。用它制成的发光二极管的光波波长是多少？是什么颜色？10.在左右的单位带宽内，热光源平均发出的光子数达到，光源的温度比光源高11。白炽钨灯的温度是3000 K ，其发射光谱中最长的波长是多少？12.太阳辐射的峰值波长约为，那么太阳表面的温度是多少？在这个温度下，在峰值波长附近，腔模的平均光子数是多少？13.尝试计算截面面积为，功率为 1 mW 和的氦氖激光束的单色辐射和单位时间内辐射的平均光子数、单位面积、单位立体角和单位带宽14.如果在室温下(T=300 K) ， 一个原子中一对能级的粒子数比为，那么对应于电子在对能级之间跃迁的波长是多少？它属于电磁波谱的哪个波段？1

28、5。当钠原子在室温下处于热平衡时，试图计算在钠原子中产生黄光的一对能级的上、下能级的粒子数之比16。众所周知，氦氖激光器中两个反射镜的反射率分别为99.9%和99.0%，反射镜之间的距离为0.5米。 如果增益大于 1 千兆赫的损耗带宽， 能产生多少纵模？每个纵模的相干长度是多少？17。假设鼠离子激光器输出的基模波长为488 nm,增益大于损耗的频率范围为 B = 1000 兆赫，计算出腔长L=1 米，光束中包含多少个纵模？两个相邻波长之间的间隔是多少？18。多模激光器中每个横模的频率是一样的吗？它们连贯吗？每个纵向模式的频率相同吗？他们是相反的吗？19。为什么腔内激光器的激光输出仍然是线偏振光波？其输出激光的偏振态与外腔激光的偏振态有何不同？20。激光是一种非常好的单色光源，为什么它需要增加一个稳频装置？21.众所周知，氦氖激光束的束腰宽度是1 厘米。它的焦深是多少？如果聚焦，聚焦深度是多少？22。尝试从公式（9.27）证明高斯光束的最小曲率半径等于2z0,并且位于z=z023.CO2激光器（波长） 的腔长为1 米，高反射镜的曲率半径为 2 米，输出面为的光斑有个反射镜用前方0.2 m