应用光学复习总结

2009《应用光学》复习题

一、 名词解释（每题2分，共20分）

1．光线；2. 光束；

光线：没有直径、没有体积却携有能量并具有方向性的几何线。其能量密度无限大。（可见实际是不存在的 ）

与波面对应的法线（光线）的集合，称为光束。

3．光轴；

光束(光柱)的中心线，或光学系统的对称轴。光束绕此轴转动，不应有任何光学特性的变化。 4 光源；

从物理学角度来看，能够辐射能量的物体成为发光体，也就是光源。

5光学系统；

光学系统是由透镜、反射镜、棱镜及光阑等多种光学元件按一定次序组合成的整体。 6 全反射；

全反射：从光密介质射入到光疏介质，并且当入射角大于某值时，在二种介质的分界面上光全部返回到原介质中的现象。

7 光程；

光在媒质中通过的路程和该媒质折射率的乘积。

8 虚物点； 9 虚像点；

一同心光束入射到理想光学系统后，出射光束必定也是同心光束（见理想光学系统），入射同心光束的交点称为物点，出射同心光束的交点称为像点。若入射光束为发散的同心光束 ，则 物点为实物点 ；若入射光束为会聚 的同心光束，则物点为虚物点。出射光束为会聚的同心光束时，像点为实像点；出射光束为发散的同心光束时，像点为虚像点。根据不同的成像系统，可有实物实像、实物虚像、虚物实像和虚物虚像等各种情形。

10 光焦度；

光焦度（用?表示）：折合焦距的倒数 n’/f'= ? ,光焦度体现的是系统对光束的会聚或发散的本领。

11 共轭点；

物空间中的每一点都对应于像空间中相应的点，且只对应一点，我们称为共轭点；

光学系统物方一个点（物点）对应像方一个点（像点）。即从物点发出的所有入射光线经光学系统后，出射光线均交于像点。由光的可逆性原理，从原来像点发出的所有光线入射到光学系统后，所有出射光线均交于原来的物点，这一对物、像可互换的点称为共轭点。某条入射光线与对应的出射光线称为共轭光线.

12 透镜； 13 镜像；

14 孔径光阑；孔径光阑（有效光阑）：指限制进入系统的成像光束口径的光阑。

视场光阑

定义：用以限制成像范围的光阑。

视场光阑的形状多为正方形、长方形。例如：显微系统中的分划板就是视场光阑，照相系统

中的底片也是视场光阑。 渐晕光阑：

定义：轴外点发出的充满入瞳的光被透镜的通光口径所拦截的现像，称为“渐晕”；用以产生渐晕效果的光阑，称为“渐晕光阑”。

15 入瞳；

1、入瞳：孔径光阑经前面的透镜组（光学系统）在物空间所成的像。入瞳决定了物方最大孔径角的大小，是所有入射光的入口。

2、出瞳：孔径光阑经后面的透镜组（光学系统）在像空间所成的像。出瞳决定了像方孔径角的大小，且是所以出射光的出口。 1、什么是第一近轴光？

轴上点发出的，经过入瞳边缘的光线（注意物在有限远和无限远的区别）。用以计算系统的高斯结构参数（高斯像面、焦点等）。 2、什么是第二近轴光？

物方视场边缘（轴外）发出的，通过入瞳中心的近轴光线。用以计算出瞳位置，理想像高等 2、相对孔径（D入/f ’）：系统的入瞳直径与系统的焦距之比；

3、光瞳数（F数）：相对孔径的倒数，即: K=f ' /D入

4、数值孔径NA：物方孔径角的正弦与物方折射率之积。

16 完善像；

实际的光学系统都是以一定的宽度的光束对具有一定大小的物体进行成像，由于只有近轴区才具有理想光学系统性质，故不能成完善像，就存在一定的像差。

17 像差；

像差定义：实际像与理想像之间的差异。 18色差；

几何像差的分类:

1）单色像差：光学系统对单色光成像时所产生的像差。 球差、彗差、像散、场曲、畸变 2）色差：不同波长成像的位置及大小都有所不同。

位置色差：体现不同色光的成像位置的差异 倍率色差：体现不同色光的成像大小的差异。 球差：

显然实际像与理想像之间存在着沿轴的差异，就把实际像点与理想像点的偏移为球差，用δL'表示

彗差（KT’、KS’）

1、定义：表示的是轴外物点宽光束经系统成像后失对称的情况。 彗差分为二种：子午彗差KT'；弧矢彗差Ks'

19 渐晕；渐晕光阑：

定义：轴外点发出的充满入瞳的光被透镜的通光口径所拦截的现像，称为“渐晕”；用以产生渐晕效果的光阑，称为“渐晕光阑”。

20 畸变。

亦称球面像差。轴上物点发出的光束，经光学系统以后，与光轴夹不同角度的光线交光轴于不同位置，因此，在像面上形成一个圆形弥散斑，这就是球差。

二、 简答题（每题5分，共20分）

1．什么是完善像？简述光学系统成完善像的条件。

实际的光学系统都是以一定的宽度的光束对具有一定大小的物体进行成像，由于只有近轴区才具有理想光学系统性质，故不能成完善像，就存在一定的像差。

2．什么是孔径光阑？什么是入瞳？如何判断系统的入瞳。

孔径光阑（有效光阑）：指限制进入系统的成像光束口径的光阑。 2、视场光阑

定义：用以限制成像范围的光阑。

将光学系统中所有的光学元件的通光口径分别对其前（后）面的光学系统成像到系统的物（像）空间去，并根据各像的位置及大小求出它们对轴上物（像）点的张角，其中张角最小者为入瞳（出瞳）。

3．几何像差有哪几种？哪些是垂轴像差？哪些是沿轴像差？。

4．什么是畸变像差？畸变对成像有何影响？

5．什么是景深？摄影系统的景深与光圈、焦距、拍摄距离有怎样的关系？ 6．显微镜的成像原理是什么？如何在有效范围内提高显微镜的分辨率？

7．什么是第一近轴光？什么是第二近轴光？通过对这两种光线的计算我们可以分别得到光学系统的哪些参数？

8．物方远心光路的孔径光阑位于何处？采用物方远心光路有何作用？ 9．目镜的作用是什么？与放大镜有何异同？若目镜的焦距为fe'，放大倍率?为多少？

10．什么是孔径光阑？什么是视场光阑？最大孔径角Umax与最大视场角UZmax如何确定？

三、作图题（每题5分，共20分）

1．试画出该棱镜的展开图以及展开后的光路。 2．画出出射光束成像坐标。

3．用作图法找出图中光学系统的焦点、主点的位置，或者根据已知基点位置求物像。

4．画图表示望远系统、显微系统、照明系统的成像光路。

四、计算题（共40分）

1. 空气中有一薄光组，物体位于物方焦面左边Amm处时，在光组像方焦面右方Bmm处成一虚像。求：

1）光组的焦距；2）若物体向右移动Cmm，像往哪个方向移动？移动多少？（8分）

2.一个光源位于f'?30mm的透镜前Amm处，问：

1）屏在何处能接到光源的像？垂轴放大倍率是多少？

2）若光源和屏的位置保持不变，将透镜移动到什么位置的时候，能在屏上重新获得光源的像？此时放大率等于多少？（8分）

3. 设计一个双胶合消色差望远物镜，焦距为Amm，采用冕牌玻璃K9（nD?1.5163,?D?64.1）和火石玻璃F5（nD?1.6242,?D?35.9），若透镜半径

r1??r2，求：

1）正负透镜的焦距；

2）三个球面的曲率半径。(8分)

4. 设计一个激光扩束器，其扩束比为X?，筒长为Amm，试求： 1）两系统的焦距f1'和f2'； 2）激光扩束器应该校正什么像差；

3）若使用两个薄透镜组成扩束器，求透镜的半径（设n?1.5,r2?r3??）。(10分)

5. 设计一个齐明透镜，第一面曲率半径r1??Xmm，物点位于第一面曲率半径中心处。第二个球面满足齐明条件，透镜厚度d?Amm，折射率n?1.5，该透镜位于空气中。求：

1）该透镜第二面的曲率半径； 2）该齐明透镜的垂轴放大率。（10分）