物理光学与应用光学石顺祥课后答案.doc

-"物理光学与应用光学"习题及选解第一章l 习题1-2题用图1-1. 一个线偏振光在玻璃中传播时，表示为：，试求该光的频率、波长，玻璃的折射率。1-2. 单色平面光波的频率为，在z = 0 平面上相位线性增加的情况如下图。求f*， fy，fz。1-3. 试确定以下各组光波表示式所代表的偏振态：(1)，;(2) ，;(3) ，。1-4. 在椭圆偏振光中，设椭圆的长轴与*轴的夹角为，椭圆的长、短轴各为2a1、2a2，E*、Ey的相位差为。求证：。1-5.冕牌玻璃对0.3988mm波长光的折射率为n = 1.52546，求光在该玻璃中的相速和群速。1-6. 试计算下面两种色散规律的群速度表示式中的v表示是相速度：(1)电离层中的电磁波，其中c是真空中的光速，是介质中的电磁波波长，b是常数。(2)充满色散介质，的直波导管中的电磁波，其中c真空中的光速，a是与波导管截面有关的常数。1-7. 求从折射率n = 1.52的玻璃平板反射和折射的光的偏振度。入射光是自然光，入射角分别为，。1-8. 假设入射光是线偏振的，在全反射的情况下，入射角应为多大方能使在入射面振动和垂直入射面振动的两反射光间的相位差为极大.这个极大值等于多少.1-9. 电矢量振动方向与入射面成45°的线偏振光，入射到两种透明介质的分界面上，假设入射角，n1 = 1，n2 = 1.5，则反射光的光矢量与入射面成多大的角度.假设时，该角度又为多大.1-10. 假设要使光经红宝石n = 1.76外表反射后成为完全偏振光，入射角应等于多少.求在此入射角的情况下，折射光的偏振度Pt。1-11. 如下图，光线穿过平行平板，由n1进入n2的界面振幅反射系数为r，透射系数为t，下外表的振幅反射系数为r'，透射系数为t'。试证明：相应于平行和垂直于图面振动的光分量有：，。1-12. 一束自然光从空气垂直入射到玻璃外表，试计算玻璃外表的反射率R0 = .此反射率R0与反射光波长是否有关.为什么.假设光束以45°角入射，其反射率R45= .由此说明反射率与哪些因素有关设玻璃折射率为1.52.1-14题用图1-13题用图1-13. 如下图，当光从空气斜入射到平行平面玻璃片上时，从上、下外表反射的光R1和R2之间相位关系如何.它们之间是否有附加的“半波程差.对入射角大于和小于布儒斯特角的两种情况分别进展讨论。1-14. 如下图的一根圆柱形光纤，纤芯折射率为n1，包层折射率为n2，且n1 > n2，1证明入射光的最大孔径角2u保证光在纤芯和包层界面发生全反射满足关系式：2假设n1= 1.62，n2 = 1.52，求最大孔径角2u = " l 局部习题解答1-4. 证：由图可以看出：, 所以： 假设要求证 ，可以按以下方法计算：1-4题用图 设 可得： 进展坐标变换： 代入上面的椭圆方程： 在时，即穿插项系数为零时，这时的、轴即为椭圆的长轴和短轴。由 解得：1-11. 证：依照Fresnel's Fomula，、依据题意，介质平板处在同一种介质中，由Fresnel's Fomula的前两项，可以看出不管从介质1到介质2，还是由介质2到介质1的反射，入射角和折射角调换位置后振幅反射率大小不变，要出一个负号，所以，。= 1， 所以。=， 所以 。因为， 所以， 即得： 也可以按上述方法计算：1-14. 1证：由，得，而，即可得到：时在光纤外表上发生全反射， 解得：，在空气中n0 = 1。2解：，u = 34.080°，2u = 68.160°。第二章l 习题2-1题用图2-2题用图2-1. 如下图，两相干平行光夹角为，在垂直于角平分线的方位上放置一观察屏，试证明屏上的干预亮条纹间的宽度为：。2-2. 如下图，两相干平面光波的传播方向与干预场法线的夹角分别为和，试求干预场上的干预条纹间距。2-3. 在氏实验装置中，两小孔的间距为0.5mm，光屏离小孔的距离为50cm。当以折射率为1.60的透明薄片贴住小孔S2时，发现屏上的条纹移动了1cm，试确定该薄片的厚度。2-4. 在双缝实验中，缝间距为0.45mm，观察屏离缝115cm，现用读数显微镜测得10个条纹准确地说是11个亮纹或暗纹之间的距离为15mm，试求所用波长。用白光实验时，干预条纹有什么变化.2-5. 一波长为0.55的绿光入射到间距为0.2mm的双缝上，求离双缝2m远处的观察屏上干预条纹的间距。假设双缝距离增加到2mm，条纹间距又是多少.2-7题用图2-6. 波长为0.400.76的可见光正入射在一块厚度为1.2×10-6m、折射率为1.5的薄玻璃片上，试问从玻璃片反射的光中哪些波长的光最强.2-8题用图2-7. 题图绘出了测量铝箔厚度D的干预装置构造。两块薄玻璃板尺寸为75mm×25mm。在钠黄光= 0.5893照明下，从劈尖开场数出60个条纹准确地说是从劈尖开场数出61个明条纹或暗条纹，相应的距离是30 mm，试求铝箔的厚度D = .假设改用绿光照明，从劈尖开场数出100个条纹，其间距离为46.6 mm，试求这绿光的波长。2-8.如下图的尖劈形薄膜，右端厚度h为0.005cm，折射率n = 1.5，波长为0.707的光以30°角入射到上外表，求在这个面上产生的条纹数。假设以两块玻璃片形成的空气尖劈代替，产生多少条条纹.2-9题用图2-9.利用牛顿环干预条纹可以测定凹曲面的曲率半径，构造如下图。试证明第m个暗环的半径rm与凹面半径R2、凸面半径R1、光波长之间的关系为：。2-10.在观察牛顿环时，用= 0.5的第6个亮环与用的第7个亮环重合，求波长= .2-11题用图2-11.如下图当迈克尔逊干预仪中的M2反射镜移动距离为0.233mm时，数得移动条纹数为792条，求光波长。2-12.在迈克尔逊干预仪的一个臂中引入100.0mm长、充一个大气压空气的玻璃管，用= 0.5850的光照射。如果将玻璃管逐渐抽成真空，发现有100条干预条纹移动，求空气的折射率。2-13.一组F-P标准具的间距为1mm、10mm、60mm和120mm，对于= 0.55的入射光来说，其相应的标准具常数为多少.为测量= 0.6328、波长宽度为0.01×10-4的激光，应选用多大间距的F-P标准具.2-14.*光源发出波长很接近的二单色光，平均波长为600nm。通过间隔d = 10 mm的F-P干预仪观察时，看到波长为用的光所产生的干预条纹正好在波长为的光所产生的干预条纹的中间，问二光波长相差多少.2-15.F-P标准具反射面的反射系数r = 0.8944，求：1条纹半宽度。2条纹精细度。2-16.红外波段的光通过锗片Ge，n = 4窗口时，其光能至少损失多少.假设在锗片两外表镀上硫化锌n = 2.35膜层，其光学厚度为1.25,则波长为5的红外光垂直入射该窗口时，光能损失多少.2-17. 在光学玻璃基片nG = 1.52镀上硫化锌膜层n = 2.35，入射光波长= 0.5，求正入射时给出最大反射率和最小反射率的膜厚度及相应的反射率。2-18. 在*种玻璃基片nG = 1.6上镀制单层增透膜，膜材料为氟化镁n = 1.38，控制膜厚，对波长= 0.5的光在正入射时给出最小反射率。试求这个单层膜在以下条件下的反射率：1波长= 0.5，入射角；2波长= 0.6，入射角；3波长= 0.5，入射角；4波长= 0.6，入射角。2-19.计算比拟下述两个7层膜系的等效折射率和反射率：1nG = 1.50，nH = 2.40，nL = 1.38；2nG = 1.50，nH = 2.20，nL = 1.38。由此说明膜层折射率对膜系反射率的影响。2-20.对实用波导，nnG 2n，试证明厚度为h的对称波导，传输m阶膜的必要条件为：n = nnG式中，是光波在真空中的波长。2-21.太阳直径对地球外表的角约为，如下图。在暗室中假设直接用太作光源进展双缝干预实验不限制光源尺寸的单缝，则双缝间距不能超过多大.设太的平均波长为= 0.55，日盘上各点的亮度差可以忽略。2-22.在氏干预实验中，照明两小孔的光源是一个直径为2 mm的圆形光源。光源发射光的波长为= 0.5，它到小孔的距离为1.5 m。问两小孔能够发生干预的最大距离是多少.2-23.假设光波的波长宽度为，频率宽度为，试证明。式中和分别为该光波的频率和波长。对于波长为632.8 nm的He-Ne激光，波长宽度= 2×10-8 nm，试计算它的频率宽度和相干长度。l 局部习题解答2-2. 解：在图示的坐标系中，两束平行光的振幅可以写成：， 干预光振幅：干预光强度分布：由此可以看出：干预光强是随空间位置*, z而变化的。如果在z= 0处放置一个观察屏，则屏上光强分布为： 如果进一步假设二干预光强度相等：，则屏上光强分布为：2-6. 解：由产生亮纹的条件，计算得：m = 1时，7.2×10-6m；m = 5时，0.8×10-6m；m = 6时，6.545×10-6m；m = 7时，0.5538×10-6m；m = 8时，0.48×10-6m；m = 9时，0.4235×10-6m；m = 10时，0.3789×10-6m。所以在可见光围，6.545×10-6m，0.5538×10-6m，0.48×10-6m，0.4235×10-6m四个波长的光反射光最强。2-9. 证：双光束等厚干预的反射光的光程差是：产生暗纹的条件是，即。代入光程差条件得：，即2-14. 解：设二波长为：， 通过F-P干预仪后一个波长的条纹刚好落在另一个波长所产生条纹的中间，说明一个波长的明纹条件正好是另一个波长所产生条纹的暗纹条件， 由，知道： 当m = 0，±1，±2，±3，时是明纹条件， 当m = 0，±1，±2，±3，时是暗纹条件， 也就是说二波长在同一位置一样，产生的位相差差，即： 考虑到很小，而且角度也很小， 所以2-18. 解：1镀单层膜后的反射率为：，其中： ， ，极值位置取在时，此时，当时， 2 3 42-21. 解：在讨论双缝实验的相干性时，我们得到视见度公式：，其中b是光源线度，是双缝距离对光源面的角。 在时视见度V为零，解得： 双缝的距离超过这个数值将得不到干预现象。第三章l 习题3-1. 由氩离子激光器发出波长= 488 nm的蓝色平面光，垂直照射在一不透明屏的水平矩形孔上，此矩形孔尺寸为0.75 mm×0.25 mm。在位于矩形孔附近正透镜f = 2.5 m焦平面处的屏上观察衍射图样。试描绘出所形成的中央最大值。3-2. 由于衍射效应的限制，人眼能分辨*汽车两前灯时，人离汽车的最远距离l = "假定两车灯相距1.22 m。3-3. 一准直的单色光束= 600 nm垂直入射在直径为1.2 cm、焦距为50 cm的会聚透镜上，试计算在该透镜焦平面上的衍射图样中心亮斑的角宽度和线宽度。3-4. 1显微镜用紫外光= 275 nm照明比用可见光= 550 nm照明的分辨本领约大多少倍.2它的物镜在空气中的数值孔径为0.9，用用紫外光照明时能分辨的两条线之间的距离是多少.3用油浸系统n = 1.6时，这最小距离又是多少.3-5. 一照相物镜的相对孔径为1:3.5，用= 546 nm的汞绿光照明。问用分辨本领为500线 / mm的底片来记录物镜的像是否适宜.3-6. 用波长= 0.63的激光粗测一单缝的缝宽。假设观察屏上衍射条纹左右两个第五级极小的间距是6.3cm，屏和缝之间的距离是5m，求缝宽。3-7. 今测得一细丝的夫琅和费零级衍射条纹的宽度为1 cm，入射光波长为0.63，透镜焦距为50 cm，求细丝的直径。3-8. 考察缝宽b = 8.8×10-3 cm，双缝间隔d = 7.0×10-2 cm、波长为0.6328时的双缝衍射，在中央极大值两侧的两个衍射极小值间，将出现多少个干预极小值.假设屏离开双缝457.2 cm，计算条纹宽度。3-9.在双缝夫琅和费衍射实验中，所用波长= 632.8nm，透镜焦距f = 50 cm，观察到两相邻亮条纹之间的距离e = 1.5 mm，并且第4级亮纹缺级。试求：1双缝的缝距和缝宽；2第1、2、3级亮纹的相对强度。3-10. 用波长为624 nm的单色光照射一光栅，该光栅的缝宽a = 0.012 mm，不透明局部的宽度b = 0.029 mm，缝数N = 1000，试求：1中央峰的角宽度；2中央峰干预主极大的数目；3谱线的半角宽度。3-11. 一平行单色光垂直入射到光栅上，在满足时，经光栅相邻两缝沿方向衍射的两束光的光程差是多少.经第1缝和第n缝衍射的两束光的光程差又是多少.这时通过任意两缝的光叠加是否都会加强.3-12. 一光栅的光栅常数d = 2.5，缝数为N = 20 000条。求此光栅的一、二、三级光谱的分辨本领，并求波长红光的二、三级光谱的位置角度，以及光谱对此波长的最大干预级次。3-13. F-P标准具的空气间隔h = 4cm，两镜面的反射率均为R = 89.1%。另有一反射光栅的刻线面积为3 cm×3 cm，光栅常数为1 200条 /mm，取其一级光谱，试比拟这两个分光元件对红光的分光特性。3-14.在一透射光栅上必须刻多少线，才能使它刚好分辨第一级光谱中的钠双线589.592 nm和588.995nm。3-15. 一光栅宽为5 cm，每毫米有400条刻线。当波长为500 nm的平行光垂直入射时，第4级衍射光谱处在单缝衍射的第一极小位置。试求：1每缝透光局部的宽度。2第二级衍射光谱的半角宽度。3第二级可分辨的最小波长差。4假设入射光改为光与栅平面法线成30°角方向斜入射时，光栅能分辨的谱线最小波长差又为多少.3-16. 一块闪耀波长为第一级0.5、每毫米刻痕为1 200的反射光栅，在里特罗自准直装置中能看到0.5的哪几级光谱.3-17. 波长= 563.3 nm的单色光，从远处的光源发出，穿过一个直径为D = 2.6 mm的小圆孔，照射与孔相距r0 = 1 m的屏幕。问屏幕正对孔中心的点P0处，是亮点还是暗点.要使P0点的情况与上述情况相反，至少要把屏幕移动多少距离.3-18. 有一波带片，它的各个环的半径为cmm = 1，2，。当时，计算其焦点的位置。3-19. 如下图，单色点光源= 500 nm安装在离光阑1 m远的地方，光阑上有一个外半径分别为0.5 mm和1 mm的通光圆环，考察点P离光阑1 mSP连线通过圆环中心并垂直于圆环平面。问在P点的光强和没有光阑时的光强度之比是多少.3-20. 单色平面光入射到小圆孔上，在孔的对称轴线上的P0点进展观察，圆孔正好露出1/2个半波带，试问P0点的光强是光波自由传播时光强的几倍。3-21. 波长632.8 nm的单色平行光垂直入射到一圆孔屏上，在孔后中心轴上距圆孔r0 = 1 m处的P0点出现一个亮点，假定这时小圆孔对P0点恰好露出第一个半波带。试求：1小孔的半径。2由P0点沿中心轴从远处向小孔移动时，第一个暗点至圆孔的距离。22.一块菲涅耳波带片对波长0.50的衍射光的焦距是10 m，假定它的中心为开带，1求波带片上第4个开带外圆的半径。2将一点光源置于距波带片中心2 m处，求它的1级像。3-24题用图3-23. 如下图是制作全息光栅的装置图，试推导其全息光栅的条纹间距公式。今要在干版处获得1200条 / mm的光栅，问两反射镜间的夹角是多少。3-23题用图3-24. 求出如下图衍射屏的夫琅和费衍射图样的光强分布。设衍射屏由单位振幅的单色平面波垂直照明。3-25. 一块透明片的振幅透过系数，将其置于透镜的前焦平面上，并用单位振幅的单色光垂直照明，求透镜后焦平面上的振幅分布。 l 局部习题解答3-2. 解：假定人眼瞳孔的直径为2 mm，可见光波长为0.5，则其极限角分辨率为，能分辨开车灯的最远距离为：。3-6. 解：极小值的位置出现在的地方，其中m = ±1，±2，±3，两个第五级极小的间距是，所以缝宽3-8. 解：衍射的第一极小值的位置出现在的地方，此时，在此位置上，双缝衍射出现条纹的条件为，即，其中m = ±1，±2，±3，在衍射的第一极小值位置处的级数m为，刚好多包含一个暗纹：中央主极大两边每侧有7条亮纹，8条暗纹，两边共包含16条暗纹。 条纹宽度3-9. 解：1双缝衍射出现条纹的条件为，即，其中m = ±1，±2，±3，得条纹间距为，由此得缝距 第四级缺级，所以缝宽a = d / 4 = 0.0527 mm。 2由多缝衍射的光强分布为，得双缝衍射时的条纹光强，条纹的相对光强为条纹位置由，得，代入上式中得，计算得第1、2、3级亮纹的相对强度分别为，。3-13. 解：1自由光谱围光栅：，此光栅在正入射时，m取值只可以是1，所以自由光谱围为F-P标准具：2分辨本领光栅：F-P标准具：3角色散率光栅： 由，得F-P标准具：对F-P标准具，中央谱线的级次为，第一条谱线为m'1，由得：，所以3-16. 解：里特罗自准直光谱议使用时，其闪耀方向就是它的入射光方向，一级闪耀方向为：， 根据， ，在准直时能看到的条纹为0、+1、+2三级条纹。在正入射时，能看到的条纹为-1、0、+1三级条纹。所以在调整过程中总共可能看到的条纹为-1、0、+1、+2四级条纹。3-23. 解：当两个平面镜之间夹角为时，其反射光之间的夹角为。根据全息光栅的制作原理，当两束光以角在全息版上相交，其干预条纹间距为，所以， 。第四章l 习题4-1. 在各向异性介质中，沿同一光线方向传播的光波有几种偏振态.它们的D、E、k、s矢量间有什么关系.4-2. 设e为E矢量方向的单位矢量，试求e的分量表示式，即求出与给定波法线方向k相应的E的方向。4-3. 一束钠黄光以50°角方向入射到方解石晶体上，设光轴与晶体外表平行，并垂直与入射面。问在晶体中o光和e光夹角为多少对于钠黄光，方解石的主折射率no=1.6584， ne=1.4864。4-4. 设有主折射率no=1.5246，ne=1.4864的晶体，光轴方向与通光面法线成45°，如下图。现有一自然光垂直入射晶体，求在晶体中传播的o、e光光线方向，二光夹角以及它们从晶体后外表出射时的相位差=0.5，晶体厚度d=2cm。4-5. 一单轴晶体的光轴与界面垂直，试说明折射光线在入射面，并证明： 其中，是入射角；是e折射光线与界面法线的夹角。4-6. 两块方解石晶体平行薄板，按一样方式切割图中斜线代表光轴，并平行放置，细单色自然光束垂直入射，通过两块晶体后射至一屏幕上，设晶体的厚度足以使双折射的两束光分开，试分别说明当晶体板2在： 如图4-64所示； 绕入射光方向转过角； 转过/2角； 转过/4角的几种情况下，屏幕上光点的数目和位置。4-7. 如下图，方解石渥拉斯顿棱角的顶点=45°时,两出射光的夹角为多少"4-8. 设正入射的线偏振光振动方向与半波片的快、慢轴成45°，分别画出在半波片中距离入射外表为： 0；/4；/2； 3/4；的各点处两偏振光叠加后的振动形式。按迎着光射来的方向观察画出。4-9. 用一石英薄片产生一束椭圆偏振光,要使椭圆的长轴或短轴在光轴方向,长短轴之比为2:1,而且是左旋的。问石英片应多厚.如何放置.=0.5893,no=1.5442，ne =1.5533。4-10. 两块偏振片透射方向夹角为60°，中央插入一块1/4波片，波片主截面平分上述夹角。今有一光强为的自然光入射，求通过第二个偏振片后的光强。4-11. 一块厚度为0.04mm的方解石晶片，其光轴平行于外表，将它插入正交偏振片之间，且使主截面与第一个偏振片的透振方向成0°、90°角。试问哪些光不能透过该装置。4-12. 在两个偏振面正交放置的偏振器之间，平行放一厚0.913mm的石膏片。当 =0.583时，视场全暗，然后改变光的波长，当 =0.554时，视场又一次全暗。假设沿快、慢轴方向的折射率在这个波段围与波长无关，试求这个折射率差。l 局部习题解答4-3. 解：对于单轴晶体传播的o光和e光均满足折射定律： 由题设条件可知：对于o光：由：，代入数据：对于e光，由：由于光在垂直于光轴的平面传播，在晶体中o光和e光的光线方向与波法线方向不别离。所以两折射光之间的夹角为：。4-4. 解：如图，平面光波正入射，光轴在入射面，且与晶面斜交所以o光和e光的波法线一样，但o光和e光光线方向不同。又因为，故e光比o光远离光轴，且光沿其波法线方向传播。设e光与o光的离散角为 = = 所以,晶体中出射的e光与o光的相位差：又因为： 所以： = =4-6. 解：1屏上有2个光点。E光光点向上平移，o光光点正对入射点。 2假设，屏上只有1个光点，假设，屏上有2个光点，e光光点上移，e光光点下移。3屏上有2个光点。o光光点正对入射点，e光光点水平平移。 4屏上有4个光点。1个光点正对入射点，1个光点向上平移，另外2个光点分别相对这2个光点向方向平移。4-8. 4-9. 4-11.第五章l 习题5-1. 一KDP晶体，=3cm，=1cm。在波长=0.5时，no=1.51，ne =1.47，=10.5×10-12m·V-1。试比拟该晶体分别纵向和横向运用、相位延迟为=/2时，外加电压的大小。5-2. 一CdTe电光晶体，外加电场垂直于110面，尺寸为33×4.5×4.5mm3，对于光波长=10.6，它的折射率no=2.67，电光系数=6.8×10-12 m·V-1。为保证相位延迟=0.056rad，外加电场为多大.5-3. 在声光介质中，鼓励超声波的频率为500MHz，声速为3×105cm，求波长为0.5的光波由该声光介质产生布拉格衍射角时的入射角=.5-4. 一钼酸铅声光调制器，对He-Ne激光进展声光调制。声功率=1W。声光作用长度=1.8mm，压电换能器宽度=0.8mm，品质因素=36.3×10-15s3kg-1，求这种声光调制器的布拉格衍射效率。5-5. 对波长为=0.5893的钠黄光，石英旋光率为21.7º/mm。假设将一石英晶体片垂直其光轴切割，置于两平行偏振片之间，问石英片多厚时，无光透过偏振片。5-6. 一个长10cm的磷冕玻璃放在磁感应强度为0.1特斯拉的磁场，一束线偏振光通过时，偏振面转过多少度.假设要使偏振面转过45°，外加磁场需要多大.为了减小法拉第工作物质的尺寸或者磁场强度，可以采取什么措施.l 局部习题解答5-1.5-3. 5-6. 第六章l 习题6-1. 有一均匀介质，其吸收系数K = 0.32 cm-1，求出射光强为入射光强的0.1、0.2、0.5时的介质厚度。6-2. 一长为3.50 m的玻璃管，盛标准状态下的*种气体。假设吸收系数为0.165 m-1，求激光透过此玻璃管后的相对强度。6-3. 一个的棱镜由*种玻璃制成，其色散特性可用科希公式中的常数A = 1.416，B = 1.72×10-10 cm2表示，棱镜的放置使它对0.6波长的光产生最小偏向角，这个棱镜的角色散率rad/为多大.6-4. 光学玻璃对水银蓝光0.4358和水银绿光0.5461的折射率分别为n = 1.65250和1.62450。用科希公式计算：1此玻璃的A和B；2它对钠黄光0.5890的折射率；3在此黄光处的色散。6-5. 同时考虑吸收和散射损耗时，透射光强表示式为，假设*介质的散射系数等于吸收系数的1 / 2，光通过一定厚度的这种介质，只透过20%的光强。现假设不考虑散射，其透过光强可增加多少.6-6. 一长为35 cm的玻璃管，由于管细微烟粒的散射作用，使透过光强只为入射光强的65%。待烟粒沉淀后，透过光强增为入射光强的88%。试求该管对光的散射系数和吸收系数假设烟粒对光只有散射而无吸收。6-7. 太束由小孔射入暗室，室的人沿着与光束垂直及成的方向观察此光束时，见到由于瑞利散射所形成的光强之比等于多少.6-8.苯C6H6的喇曼散射中较强的谱线与入射光的波数差为607，992，1178，1568，3047，3062 cm-1。今以氩离子激光为入射光，计算各斯托克斯及反斯托克斯线的波长。l 局部习题解答6-1. 解：由，在I / I0 = 0.1、0.2、0.5时，解得l = 7.20 cm、5.03 cm、2.17 cm。6-3. 解：科希公式为，在考虑波长围不大时，可以用前两项表示，即，由此解得。对公式两端微分可得： 1 棱镜顶角，最小偏向角和棱镜材料的折射率n之间存在如下关系：可以解得最小偏向角，对公式两端微分可得： 2 联立12方程，可得角色散率：6-6. 解：由公式，得方程组，解得吸收系数K = 0.36524 m-1，散射系数h = 0.86557 m-1。6-7. 解：由瑞利散射公式，得。第七章l 习题7-1. 有一玻璃球，折射率为，今有一光线射到球面上，入射角为60°，求反射光线和折射光线的夹角。7-2. 水槽有水20cm深，槽底有一个点光源，水的折射率为1.33，水面上浮一不透明的纸片，使人从水面上任意角度观察不到光，则这一纸片的最小面积是多少.7-3. 空气中的玻璃棒，n1.5163，左端为一半球形，r-20mm。轴上有一点光源，L-60mm。求U2°的像点的位置。7-4. 简化眼把人眼的成像归结为只有一个曲率半径为5.7mm，介质折射率为1.333的单球面折射，求这种简化眼的焦点的位置和光焦度。7-5. 有一玻璃球，折射率为n1.5，半径为R，放在空气中。(1)物在无穷远时，经过球成像在何处.(2) 物在球前2R处时像在何处.像的大小如何. 7-6. 一个半径为100mm的玻璃球，折射率为1.53。球有两个气泡，看来一个恰好在球心，另一个在球的外表和球心之间，求两个气泡的实际位置。7-7. 一个玻璃球直径为60mm，折射率为1.5，一束平行光入射在玻璃球上，其会聚点应该在什么位置.7-8. 一球面反射镜，r-100mm，求0，0.1，1，5，10情况下的物距和像距。7-9. 一球面镜对其前面200mm处的物体成一缩小一倍的虚像，求该球面镜的曲率半径。7-10. 垂直下望池塘水底的物时，假设其视见深度为1m，际水深，水的折射率为4/3。7-11. 有一等边折射率三棱镜，其折射率为1.65，求光线经该棱镜的两个折射面折射后产生最小偏向角时的入射角和最小偏向角。l 局部习题解答空气水7-2题用图qcqch7-2. 解：水中的光源发出的光波在水空气界面将发生折射，由于光波从光密介质传播到光疏介质，在界面将发生全反射，这时只有光波在界面的入射角小于水空气界面的全反射的临界角，光线才有可能进入空气，因此界面的透光区域为一个以光源在界面上的垂直投影点为心的圆面,如右图，该圆面的面积即为所求纸片的最小面积。由全反射条件可知，即，又，所以。7-6. 解：眼睛观察玻璃球中的气泡，看到的实际为玻璃球中的气泡经过玻璃球外表所成的像，因此此题是折射球面的成像问题，并且是像的位置求解物体的位置。玻璃球空气气泡A像气泡B像7-6题用图显然玻璃球中的气泡的成像光线从玻璃球经过外表折射成像，所以成像时物空间的折射率为玻璃球的折射率，像空间的折射率为空气的折射率，即n1.53，n1.0；选择右图的构造，则折射球面的半径r-100mm，气泡A和B的像距分别为l1=-100mm和l2=-50mm，由折射球面近轴区的成像公式可得气泡A和B的物距l1和l2分别为，7-8. 解：由反射球面镜的成像公式，以及可得：b0-0.1-1510l(mm)-550-100-40-45l (mm)-50-55-1002004507-10. 解：水池的视见深度实际为水池的实际底面经过水空气界面成像的像距。该题为平面型介质界面的近轴区成像问题，其中n4/3，n1.0，l=-1m。由平面型介质界面的近轴区成像公式,可得l-4/3m，所以实际水深4/3米。第八章l 习题8-1. 身高为1.8m的人站在照相机前3.6m处拍照，假设拟拍成100mm高的像，照相机镜头的焦距为多少.8-2. 单透镜成像时，假设共轭距为250mm，求以下情况下透镜的焦距：(1) 实物，-4；(2) 实物，-1/4；(3) 虚物，-4。8-3. 设一个光学系统处于空气中，-10，由物面到像面的距离为7200mm，物镜两焦点距离为1140mm，求透镜的焦距。8-4. 一个薄透镜对*物体成实像，放大率为1，今以另一个薄透镜紧贴在第一透镜上，则见像向透镜方向移动勒20mm，放大率为原来的3/4倍，求两块透镜的焦距。8-5. 一透镜对无穷远处和物方焦点前5m的物体成像，二像的轴向间距为3mm，求透镜的焦距。8-6. 位于光学系统前的一个20mm高的物体被成12mm的倒立实像，当物体向系统方向移动100mm时，其像位于无穷远，求系统焦距。8-7. 一薄透镜f1100mm和另一薄透镜f250mm组合，组合焦距仍为100mm，求二者的相对位置和组合的主点位置。8-8. 用焦距同为60mm的两个薄透镜组成目镜，两者间距为40mm，求目镜的焦距和主点位置。8-9. 一薄透镜系统由6D和8D的两个薄透镜组成，两者间距为30mm，求组合系统的光焦度和主点位置。假设把两透镜顺序颠倒，再求其光焦度和主点位置。8-10. 一个球形透镜，直径为40mm，折射率为1.5，求其焦距和主点位置。8-11. 透镜r1=-200mm，r2=-300mm，d=50mm，n=1.5，求其焦距和主点位置。8-12. 有一双薄透镜系统，f1100mm，f2-50mm，要求总长度为系统焦距的0.7倍，求二透镜的间距和系统焦距。8-13. 由两个一样的双凸厚透镜位于同一直线上，相距26mm，构成透镜的两个球面的半径分别为60mm和40mm，厚度为20mm，折射率为1.5163，求透镜组的焦距和基点的位置。8-14. 由两个同心的反射球面(两球面的球心重合)构成的光学系统，按照光线的反射顺序，第一个反射球面为凹面，第二个反射球面为凸面，要求系统的像方焦点恰好位于第一个反射球面的顶点，假设两个球面间隔为d，求两球面的半径r1和r2以及组合焦距。8-15. 焦距f100mm的薄透镜，直径D040mm，在透镜前50mm处有一个光孔，直径Dp35mm，问物体在-和-300mm时，孔径光阑、入瞳和出瞳的位置和大小。l 局部习题解答8-3. 解：在一般的光学系统中，物方和像方主平面不重合，所以两个焦点之间的距离并不等于光学系统物方和像方焦距大小之和。设该系统成像时，以物方和像方的焦点为参考点时物距和像距分别为*和*,由题意，得*60，*6000,由，所以。8-9. 解：由题意可知d30mm0.03m，则由可得； 由主点计算公式，可得：。当光学系统倒置后，光焦度不变，即，这时同理可得。8-12. 解：由题意，又，可得，从而d81.62mm；由关系可得f158.1mm。8-15. 解：当l-,由于Dp< D0，所以孔径光阑为光孔，相当于透镜光心位置，入瞳l-50mm，D=35mm，出瞳l-100mm，D=70mm；当l-300mm,透镜边缘对于物点的半角tan-1(2/30)比光孔边缘对于物点的半角tan-1(7/100)要小，所以孔径光阑为透镜，相当于透镜光心位置，入瞳出瞳重合ll0mm，大小为40mm。第九章l 习题9-1. *人在其眼前2.5m远的物看不清，问需要佩戴怎样光焦度的眼睛才能使眼睛恢复正常。另一个人对在其眼前1m的物看不清，问需要佩戴怎样光焦度的眼睛才能使眼睛恢复正常。9-2. 有一焦距为50mm，口径为50mm的放大镜，眼睛到它的距离为125mm，求放大镜的视角放大率和视场。9-3. 显微镜目镜15，问它的焦距为多少.物镜-2.5，共轭距L=180mm，求其焦距及物方和像方截距。问显微镜总放大率为多少，总焦距为多少.9-4. 一架显微镜，物镜焦距为4mm，中间像成在第二焦点后160mm处，如果目镜放大率为20倍，则显微镜的总放大率为多少.9-5. 一望远物镜焦距为1m，相对孔径为1：12，测出出瞳直径为4mm，试求望远镜的放大率和目镜焦距。9-6. 一伽利略望远镜，物镜和目镜相距120mm，假设望远镜放大率为4，问物镜和目镜的焦距各为多少.9-7. 拟制一架放大率为6得望远镜，已有一焦距为150mm得物镜，问组成开普勒型和伽利略型望远镜时，目镜的焦距应为多少，筒长各为多少.9-8. 拟制一个10倍的惠更斯目镜，假设两片都用n1.5163的K9玻璃，且f1：f22：1，满足校正倍率色差，试求两片目镜各面的曲率半径和它们的间隔。9-9. 拟制一个10倍的冉斯登目镜，假设两片都用n1.5163的K9玻璃，且f1f2，d(f1+f2)/2，求两片目镜各面的曲率半径和它们的间隔。l 局部习题解答9-1. 解：*人在其眼前2.5m远的物看不清，说明远点由无穷远变为-2.5m，远点折光度数为-0.4D，所以应该佩戴的眼镜的度数为近视40度；另一个人对在其眼前1m的物看不清，说明近点变为-1m，近点折光度数为-1D，所以应该佩戴的眼镜的度数为远视300度。9-3. 解：由于Ge15，由Ge250/fe，所以fe50/3mm；o-2.5l/l，又ll180mm，可以得到l51.43mm，l128.57mm，