天津大学工程光学（上）期末考试试卷一．问答题：（共12分，每题3分）1．摄影物镜的三个重要参数是什么？它们分别决定系统的什么性质？ 2．为了保证测量精度，测量仪器一般采用什么光路？为什么？ 3．显微物镜、望远物镜、照相物镜各应校正什么像差？为什么？ 4．评价像质的方法主要有哪几种？各有什么优缺点？二．图解法求像或判断成像方向：（共18分，每题3分）1．求像A 'B ' 2．求像A 'B '3．求物AB 经理想光学系统后所成的像，并注明系统像方的基点位置和焦距 4．判断光学系统的成像方向5．求入瞳及对无穷远成像时50%渐晕的视场 6．判断棱镜的成像方向题2-3图题2-2图三．填空：（共10分，每题2分）1．照明系统与成像系统之间的衔接关系为：①________________________________________________ ②________________________________________________2．转像系统分____________________和___________________两大类， 其作用是：_________________________________________ 3．一学生带500度近视镜，则该近视镜的焦距为_________________, 该学生裸眼所能看清的最远距离为_________________。
4．光通过光学系统时能量的损失主要有：________________________,题2-4图题2-5图题2-6图________________________和_______________________。
5．激光束聚焦要求用焦距较________的透镜，准直要用焦距较________的透镜。
四．计算题：（共60分）1．一透镜焦距mm f 30'=，如在其前边放置一个x6-=Γ的开普勒望远镜，求组合后系统的像方基点位置和焦距，并画出光路图。
（10分）2．已知mm r 201=，mm r 202-=的双凸透镜，置于空气中。
物A 位于第一球面前mm 50处，第二面镀反射膜。
该物镜所成实像B 位于第一球面前mm 5，如图所示。
若按薄透镜处理，求该透镜的折射率n 。
（20分）3．已知物镜焦距为mm 500，相对孔径101，对无穷远物体成像时，由物镜第一面到像平面的距离为mm 400，物镜最后一面到像平面的距离为mm 300。
（1）按薄透镜处理，求物镜的结构参数；（8分）（2）若用该物镜构成开普勒望远镜，出瞳大小为mm 2，求望远镜的视觉放大率；（4分） （3）求目镜的焦距、放大率；（4分）（4）如果物镜的第一面为孔径光阑，求出瞳距；（6分） （5）望远镜的分辨率；（2分）（6）如果视度调节为折光度，目镜应能移动的距离。
（2分） （7）画出光路图。
（4分）工程光学（上）期末考试参考答案一． 简答题：（共12分，每题3分）1．摄影物镜的三个重要参数是什么？它们分别决定系统的什么性质？答：摄影物镜的三个重要参数是：焦距'f 、相对孔径'/f D 和视场角ω2。
焦距影响成像的大小，相对孔径影响像面的照度和分辨率，视场角影响成像的范围。
2．为了保证测量精度，测量仪器一般采用什么光路？为什么？答：为了保证测量精度，测量仪器一般采用物方远心光路。
由于采用物方远心光路时，孔径光阑与物镜的像方焦平面重合，无论物体处于物方什么位置，它们的主光线是重合的，即轴外点成像光束的中心是相同的。
这样，虽然调焦不准，也不会产生测量误差。
3．显微物镜、望远物镜、照相物镜各应校正什么像差？为什么？答：显微物镜和望远物镜应校正与孔径有关的像差，如：球差、正弦差等。
照相物镜则应校正与孔径和视场有关的所有像差。
因为显微和望远系统是大孔径、小视场系统，而照相系统则是一个大孔径、大视场系统。
4．评价像质的方法主要有哪几种？各有什么优缺点？答：评价像质的方法主要有瑞利（Reyleigh）判断法、中心点亮度法、分辨率法、点列图法和光学传递函数（OTF）法等5种。
瑞利判断便于实际应用，但它有不够严密之处，只适用于小像差光学系统；中心点亮度法概念明确，但计算复杂，它也只适用于小像差光学系统；分辨率法十分便于使用，但由于受到照明条件、观察者等各种因素的影响，结果不够客观，而且它只适用于大像差系统；点列图法需要进行大量的光线光路计算；光学传递函数法是最客观、最全面的像质评价方法，既反映了衍射对系统的影响也反映了像差对系统的影响，既适用于大像差光学系统的评价也适用于小像差光学系统的评价。
二．图解法求像或判断成像方向：（共18分，每题3分）1．求像A'B'（图中C为球面反射镜的曲率中心）2．求像A'B'3．求物AB经理想光学系统后所成的像，并注明系统像方的基点位置和焦距4．判断光学系统的成像方向5．求入瞳及对无穷远成像时50%渐晕的视场6．判断棱镜的成像方向题2-2图三． 填空：（共10分，每题2分）1．照明系统与成像系统之间的衔接关系为：①__照明系统的拉赫不变量要大于成像系统的拉赫不变量___ ②__保证两个系统的光瞳衔接和成像关系_________________ 2．转像系统分___棱镜式___________和___透镜式__________两大类， 其作用是：_使物镜所成的倒像转变为正像。
3．一学生带500度近视镜，则该近视镜的焦距为_____-0.2 米________, 该学生裸眼所能看清的最远距离为___眼前0.2米__________。
4．光通过光学系统时能量的损失主要有：_两透明介质面上的反射损失______, __介质吸收的损失_____________和_____反射面的光能损失__。
5．激光束聚焦要求用焦距较__短____的透镜，准直要用焦距较__长______的透镜。
题2-4图题2-6图题2-3图四． 计算题：（共60分）1．一透镜焦距mm f 30'=，如在其前边放置一个x6-=Γ的开普勒望远镜，求组合后系统的像方基点位置和焦距，并画出光路图。
（10分）解：6'''' 321-=-=-=-=f f h h f f e o Γ , 求得：(mm)f 180'-=(mm)f f l H 21018030)'(''3=+=-+=(mm)l F 30'=答：组合后的焦距是-180mm 。
基点位置如图所示。
其光路图如下所示：2．已知，mm r 202-=的双凸透镜，置于空气中。
物A 位于第一球面前mm 50处，第二面镀反射膜。
该物镜所成实像B 位于第一球面前mm 5，如图所示。
若按薄透镜处理，求该透镜的折射率n 。
（20分） 解：设：透镜的折射率为n物点A 经1r 折射成像在A'处，将已知条件mm l 50-=代入公式 r n n l n l n -=-''' 得 201501'1-=--n l n ----① A'经2r 反射后，成像于B'点。
故将''112l d l l =-=，代入反射面公式r l l 21'1=+，得： 101'1'112-=+l l ----② B'点再经1r 折射成像在B 点。
根据光路的可逆性，将B 视为物，B'点视为像，有5)5(3=+=-d l ，代入折射公式，得：20151'12-=+n l ----③ 由①②③式解得： 6.1=n 答：透镜的折射率为1.6。
3．已知物镜焦距为mm 500，相对孔径101，对无穷远物体成像时，由物镜第一面到像平面的距离为mm 400，物镜最后一面到像平面的距离为mm 300。
（1）按薄透镜处理，求物镜的结构参数；（8分）（2）若用该物镜构成开普勒望远镜，出瞳大小为mm 2，求望远镜的视觉放大率；（4分） （3）求目镜的焦距、放大率；（4分）（4）如果物镜的第一面为孔径光阑，求出瞳距；（6分） （5）望远镜的分辨率；（2分）（6）如果视度调节为±5折光度，目镜应能移动的距离。
（2分） （7）画出光路图。
（4分）解：根据题意，画出物镜的结构图如下：(1)将mm f 500'=和mm d 100=代入公式 ⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧=-===300''''''2111211121h tgu dtgu h h tgu h f tgu h f ，得：)(250'1mm f = 将''21f f d --=∆代入牛顿公式∆'''21f f f -=，得：)(300'2mm f -=(2)因101'=f D ，则：)(50101500mm D =⨯=x D D 25250'-=-=-=Γ(3)x e o f f 25''-=-=Γ ， )(2025500'mm f e ==x e e f 5.1220250'250===Γ(4)望远镜系统的结构如下图所示：将mm l 1001-=和mm f 200'2-=代入公式'11'1f l l =-，得：mm l 67.66'1-=将mm l 67.386)32067.66(2-=+-=和mm f e 20'=代入公式'11'1f l l =-，得出瞳距：)(09.21'mm l z = (5)"8.250"140"140===D φ(6))(210002051000'522mm f x e ±=⨯±=±=∆(7)望远系统光路图如下：工程光学（下）期末考试试卷一、填空题（每题2分，共20分）1．在夫琅和费单缝衍射实验中，以钠黄光（波长为589nm ）垂直入射，若缝宽为0.1mm ，则第1极小出现在（ ）弧度的方向上。
2．一束准直的单色光正入射到一个直径为1cm 的汇聚透镜，透镜焦距为50cm ，测得透镜焦平面上衍射图样中央亮斑的直径是31066.6-⨯cm ，则光波波长为（ ）nm 。
3．已知闪耀光栅的闪耀角为15o ，光栅常数d=1μm ，平行光垂直于光栅平面入射时在一级光谱处得到最大光强，则入射光的波长为（ ）nm 。
4．晶体的旋光现象是（ ），其规律是（ ）。
5．渥拉斯棱镜的作用（ ），要使它获得较好的作用效果应（ ）。
6．()=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⎥⎦⎤⎢⎣⎡11001011111i i利用此关系可（ ）。