物理光学试题

基本概念 : 问答题 物理光学试题 1 费马原理 波失 3 波数 4 电介张量 5 复振幅 6 高斯光束 7 巴俾涅原理 8 空间周期 9 空间频率 1 入射面 11 线偏振光的振动面 1 电矢量的 t 分量 13 电矢量的 n 分量 14 电矢量的 s 分量 15 电矢量的 p 分量 16 菲涅耳公式 17 半波损失 18 倏逝波 19 临界角 全反射 1 古恩 哈森位移 菲涅耳棱体 3 菲涅耳双棱镜 4 布儒斯特角 5 光程差 6 位相差 7 光波叠加原理 8 牛顿环 9 矢量图解法 3 劳埃镜 31 等厚干涉 3 等倾干涉 33 定域干涉 34 非定域干涉 35 光波干涉条件 36 相干叠加 37 非相干叠加 38 条纹可见度 39 光学拍 4 驻波 41 相速度 4 群速度 43 扩展光源 44 光源临界宽度 45 光源许可宽度 46 时间相干性 47 空间相干性 48 法布里 珀罗干涉仪条纹锐度 49 法布里 珀罗干涉仪自由光谱范围 5 法布里 珀罗干涉仪精细度 51 色散 5 光散射 5 光吸收 54 干涉滤光片 55 惠更斯原理 56 惠更斯 菲涅耳原理 57 X 衍射劳厄斑 58X 衍射德拜环 59 衍射,6 菲涅耳衍射 61 夫琅和费衍射 6 透射光栅 63 光栅常数 64 泰伯效应 65 闪耀光栅 66 正弦振幅光栅 67 正弦位相光栅 68 光栅衍射缺级 69 艾里斑 7 瑞利判据 71 双折射 7 o 光 73 e 光 74 偏振度 75 线偏振光 76 马吕斯定律 77 消光比 78 部分偏振光 79 圆偏振光 8 左旋偏振光 81 右旋偏振光 8 维尔德常数 83 旋光现象 84 波片 85 波带片 86 波带片的实焦点 87 波带片的虚焦点 偏振片 88 波片堆 89 格兰棱镜 9 琼斯矢量 91 琼斯矩阵 9 电光效应 93 声光效应 94 光率体 95 单轴晶体光轴 96 正单轴晶体 97 负单轴晶体晶体 98 朗伯定律 99 电光效应 1 光的量子性 11 光的波动性 1. 红 绿 蓝三种颜料均匀混合后是什么颜色?. 为什么铜呈红色, 而银呈白色? 3. 早晚太阳为什么是红色的? 4. 无色玻璃碾成粉末后变为白色? 5. 根据物理光学原理解释迈克尔逊干涉仪中的补偿板和观察屏前的透镜的作用 6. 用法布里 珀罗干涉仪研究干涉时, 观察屏和光源分别处在两个反射面的两侧, 而激光平面干涉仪中光源和观察屏处在两个反射面同侧, 试解释为什么采用这样结构 7. 说出一种倏逝波存在的证明或应用例子 8. 定性分析自然光入射时, 瑞利散射光的偏振特性 9. 有两个圆形小孔距离很近, 如何应用物理光学的方法测量的两个小孔的间距和每个孔的大小 1. 一台 He-Ne 激光器的参数是 : 输出功率为 1mW 偏振度为.98, 现采用在激光器外加一片偏振片方案调节激光功率, 若不考虑偏振片的损耗,

问激光功率调节范围达多少? 5 11. 已知单色光波长 5nm, 81 nm 求 1. 可见光波长范围? 波长 63.8nm 53nm 474nm 4nm 光是什么颜色 13. 求光子能量为 1eV 所对应的光波波长 ( 电子电量为 1.6 1-19 C) 14. 用惠更斯原理建立折射定律 : sin i sin i υ 1 /υ 1 15. 根据费马原理推导折射定律 16. 区分圆片振光和旋光 17. 电矢量与光矢量 18. 电矢量 磁矢量 波矢量关系 19. 画出正入射时法布里 珀罗干涉仪透过率与光频率关系曲线. 画出正入射时法布里 珀罗干涉仪透过率与光波长关系曲线 1. 复数波矢量物理意义 复数折射率物理意义. 当 dn / d > dn / d < dn / d = 时介质色散类型 3. 当 dn / dk > dn / dk < dn / dk = 时介质色散类型 4. 画出两球面波干涉时光场空间光场分布 5. 用氦氖 63.8nm 激光照射双缝进行干涉实验, 缝间隔为.5mm, 观察屏距双缝 m 问 : 干涉条纹间距是多少? 条纹间距是光波长多少倍? 若干涉装置中的两个缝不一样, 但最后条纹可见度为.8, 问缝宽比为多少? 6. 太阳视角为.5 度, 用太阳光.55 微米波长成分进行双孔干涉实验, 问孔间距如何确定? 7. 光入射到介质分界面时, 当反射光与折射光成 9 度角时会有什么现象? 8. 线光谱的线宽定义方法 9. 写出直角坐标系下的平面波方程, 并说明各项含义 3. 写出柱坐标系下的会聚柱面波方程, 并说明各项含义 31. 写出球坐标系下的会聚球面波方程, 并说明各项含义 3. 写出电偶极子辐射场相对强度的表达式, 并说明各项含义 33. 画出电偶极子辐射场空间分布 34. 人们经常用介质的介电常数的平方根为介质的折射率, 这是为什么 35. 有人用两种方法测量 CS 折射率, 用测光速法即 n c / 测得折射率为 sin1 n 1.75, 用折射定律法 n 测得折射率为 n 1.64, 为什么会有两种 sin 结果? 36. 已知汞绿线的超精细光谱为 546.753nm, 546.745nm, 546.734nm, 546.78nm, 它们分别属于汞的同位素 Hg 198,Hg,Hg,Hg 4, 问用法布里 珀罗标准具分析这一光谱时如何选取标准具的间距?( 设标准具内表面的反射率 R=.9) 37. 泰曼干涉仪的光源只含强度相等的. m 和. m 成分, 当干涉仪的动镜 以 mm /s 的速度移动时, 问焦面中心光强随时间变化的规律

38. 钠黄光 ( 双 D 线 ) 包含波长为 =589.nm =589.6nm. 设 t = 时, 两波 1 峰在 O 点重合. 问 :1 自 O 点起光传播多远后两列波峰再次重合? 过多长时间后两波峰在 O 点再次重合? 39. 用氦氖 63.8nm 激光照射双孔进行干涉实验, 孔间隔为.5mm, 观察屏距双缝 m 问 : 干涉条纹间距是多少? 条纹间距是光波长多少倍? 若干涉装置中的两个孔不一样, 但最后条纹可见度为.6, 问孔径比为多少? 4. 波长为 6nm 的一束平行光照射 m 狭缝, 狭缝后是焦距 cm 凸透镜, 求零级衍射半角宽度和线宽 41. 如何区分 63.8nm 的半波片和四分之一波片 4. 求物镜直径 5cm 的望远镜对人眼最灵敏波长 55nm 的最小分辨角 43. 麦克尔逊干涉仪采用的是单色光源, 如果干涉仪的干涉条纹变化 1 个时对应动镜移动.73mm, 问 : 单色光源的波长 5 44. 已知单色光波长 5nm, 81 nm 求 是多少? 45. 今年是爱因斯坦提出光量子概念并运用光量子概念成功解释光电效应的 1 周年, 得到了光电效应的爱因斯坦方程, 该方程于 1916 年密立根实验证实, 密立根实验还能测量普朗克常数, 密立根以金属钠为样品, 通过光电效应测量钠遏止电势差与入射光频率成线性, 证实了光电效应的爱因斯 U 15 坦方程正确性, 且 3.87 1 V s 请回答 :(1) 写出光电效应的爱因斯坦方程.() 密立根实验测量的普朗克常数为多少? 5 3 46. 宇宙空间自由电子气密度约 1.41 / m, 自由电子对电磁波有色散作用, 脉冲星是一种周期性辐射电磁脉冲的恒星 现编号为 PSR53+1 的脉冲星其实是中国宋代 (154 年 ) 记录的 客星 爆发后的残骸, 距地球 63 光年, 它辐射的波段遍及射电 红外 可见光 X 射线和 γ 射线, 其辐射的射电脉冲要比可见光脉冲延迟 1.7 秒到达地球 请回答 :(1)PSR53+1 脉冲星射电和光波到地球的程差 () 估计宇宙空间自由电子气对射电和可见光的折射率差 47. 氦氖激光器靠谐振腔中间毛细管内的氦氖混合气体在辉光放电的激励下形成等离子体产生激光, 若毛细管直径为 mm, 若氦氖激光器输出波长是 63.8nm 请回答 :(1) 该氦氖激光器输出光的发散角 () 月球距地球为 38 万公里, 如用该激光射向, 估计最小光斑直径 48. 哈勃太空望远镜主镜直径.4 米, 问 : 如哈勃望远镜也用人眼最灵敏波段观测, 能把间距为多小的双星分辨出来 49. 一微波检测器置于大湖的岸边, 距水面上方.5 米处 当一星体发射的 1 厘米的微波信号掠过湖面而第一次出现时, 从检测器所测得的信号十分微弱 当星体上升时, 信号增强, 达到最大值后又减弱 令星体第一次显现时, 信号为最小 问当记录到第二次最小时, 星体和水面成多大角度?

5. 一水晶薄片厚度.85mm, 其光轴平行于表面, 先用一绿束 546.1nm 正入射这水晶片, 已知水晶对波长 546.1nm 的绿光的主折射率为 n =1.546. n e =1.5556. 请回答 :o 光 e 光在镜片中的光程差和相位差, 51. 画出法布里 珀罗干涉仪光路, 说明各器件作用 53. 两列线偏振光频率相同, 振动方向互相垂直, 且沿 z 方向传播 E A cos( t kz) E A cos( t kz ) x x 证明 : 当 < <π 时合成的为右旋偏振光, 当 π< <π 时合成的为 左旋偏振光 54. 已知平面透射光栅狭缝的宽度 b=1.58 1-3 mm, 若以波长 63.8nm 的氦氖激光垂直射入这个光栅上, 发现第四级缺级, 会聚透镜的焦距为 1.5m 请回答 :(1) 屏幕上第一级条纹于第二级条纹的距离 () 屏幕上所呈现的全部条纹数 55. 波长 63.8nm 的氦氖激光垂直地投射到缝宽 b=.9 mm 狭缝上 现有一焦距为.5m 凸透镜置于狭缝后面 请回答 :(1) 由中央两条纹的中心到第一级暗纹的角间距为多少 () 透镜的焦平面上所观察到的中央亮条纹的线宽度是多少 56. 光的驻波实验装置与方法 : 单色光垂直照射到上面镀有反射率高的银膜平板, 银膜平板上斜放着另一透明玻璃, 透明玻璃涂一薄层感光乳胶, 乳胶感光并经显影后能变黑 若平板与透明涂乳胶玻璃夹角为 1 分, 玻璃上乳胶显影后黑条纹间距为 1mm, 问照射光的波长为多少? 值得注意的是与反光平板接触处的乳胶没有感光, 这是什么因原? 57. 有限长波列 f z A exp ikz z L 计算其光谱线宽 58. 在与一个光垂直的方向上插入一透明薄片, 波片厚度为 h.1mm, 折射率 n 1.5 若光波长为 5nm, 式计算透明波片插入前后所引起的光程和位相变化 ur uur uur 4 59. 一椭圆偏振光表示为 E Z x Acoskz t Acos kz t, 问 : 该 5 椭圆偏振光长轴所在象限, 是左旋还是右旋光 14 z 6. 一个平面电磁波可以表示为 x, cos 1 t,, c z 求 :( 1) 该电磁波的频率 波长 振幅和原点初相位?() 波的传播方向和电矢量的振动方向?(3) 相应的磁场的表达式? B 61. 在玻璃中传播的一个线偏振光可以表示为, 15 z z, x 1 cos1 t, 试求 (1) 光的频率和波长 ;() 玻璃的.65c

折射率 5 61. 在照相物镜上镀一层光学厚度为 ( ) 的低折射率膜, 使求在可 4 55nm 见区内反射比最大的波长? 薄膜应呈什么颜色? 6. 圆柱阶跃型光纤其纤芯和包层的折射率分别为和, 且 n n ( 1) 证明 n1 n 入射光的最大孔径角 u sin u n 1 n 满足关系式 ;( ) 若 n 1.6, n 1.5, 求孔径角? n u c n 1 63. 光束垂直入射到 45 直角棱镜的一个侧面, 并经斜面反射后由第二个侧面射 出, 若入射光强为 I, 求从棱镜透过的出射的光强 I? 设棱镜的折射率为 1.5, 且不考虑棱镜的吸收 已知菲涅耳公式为 r s sin sin tg rp tg t s sin cos1 sin sin cos t p sin cos 1 64. 一半导体砷化镓发光管管心 AB 为正方形发光区, 其边长 d 3mm 为避免全反射, 发光管上部研磨成半球型, 以使内部发的光能够以最大透射比向外输送 要使发光区角发出的光不发生全发射, 半球的半径至少应取多少? 已知对发射的.9nm 的光, 砷化镓的折射率为 3.4 A B 65. 根据如下给出的 I k 光谱图资料 做出 I 和 I 形式的光谱图

I I 1 I k k k k k k 66. 当 dn / d > dn / d < dn / d = 时介质色散类型 67 当 dn / d > dn / d < dn / d = 时介质色散类型 68 当 d / d > d / d < d / d = 时介质色散类型 69 当 d / d > d / d < d / d = 时介质色散类型 7 举出日常中物理光学应用实例 71 金属复介电常数的实部和虚部分别与金属的那些因素有关 7 几何光学与物理光学关系 73 在 I 图上画出白炽灯和激光器的光谱, 并加以比较 74 为什么环保工人穿的衣服是橙色的 75 设计一测量光栅常数的方法 76 倍频 YAG 激光器波长 53nm 氦氖激光器波长 63.8 nm 和波长 65 nm 的半导体激光器, 在同样功率密度下那个激光器亮度大 那个激光器亮度小 77 为什么航空防撞灯是红色的 78 给出三者关系 : m nm 79 白色的水蒸气凝结成水是无色透明的, 这是什么原因 8 菲涅耳公式中, 当光从光密到光疏介质时 t t 总大于 1 这违反能量守恒定律 么 81 设计一种测量细丝和窄缝的办法 8 小角度光楔对正入射光线角度改变关系 83 为什么 X 线能穿透金属, 而可见光线则不能穿透金属 s p