电子科技大学840物理光学考研历年真题及解析
电子科技大学考研历年真题解析
——840物理光学
主编：弘毅考研
编者：青玉天堂
弘毅教育出品
https://www.wendangku.net/doc/1e10616926.html,
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2012年840物理光学真题............................................... - 1 - 2011年840物理光学真题................................... 错误!未定义书签。2010年840物理光学真题................................... 错误!未定义书签。2009年840物理光学真题................................... 错误!未定义书签。2008年840物理光学真题................................... 错误!未定义书签。2012年840物理光学答案................................... 错误!未定义书签。2011年840物理光学答案................................... 错误!未定义书签。2010年840物理光学答案................................... 错误!未定义书签。2009年840物理光学答案................................... 错误!未定义书签。2008年840物理光学答案................................... 错误!未定义书签。
2012年840物理光学真题
大学物理光学部分必须熟记的公式
大学物理光学部分有关于明暗的公式及其结论 1．获得相干光的方法 杨氏实验 .......,2,102 2，，=?±== k k D xd λδ 此时P 点的光强极大，会出现明条纹。 ......,2,102)12(，，=?+±==k k D xd λδ此时的光强极小，会出现暗条纹。 或者， d D k x 22λ±= 此时出现明条纹 d D k x 2)12(λ+±= 此时出现暗条纹。 屏上相邻明条纹或者暗条纹的间距为： d D x λ=?。 洛埃镜。半波损失。 2．薄膜等厚干涉。 ○ 1根据光程差的定义有： ??? ????=?+=?=+=相消干涉。相长干涉。,...2,1,2)12(,.....2,1,22222k k k k d n λλλδ ○2劈尖干涉：暗条纹。 明条纹。,...2,1,0,2)12(22,...2,1,2222=?+=+==?=+ =k k d k k d λ λ δλλδ 相邻明条纹或者暗条纹对应的空气层厚度差都等于 2λ 即：21λ =-+k k d d 。则设劈尖的夹角为θ，相邻明纹或者暗纹的间距 a 应满足关系式： 2sin λ θ=a
○ 3牛顿环： 直接根据实验结果的出结论为： ?? ???===?-= 暗条纹明条纹,...3,2,1,0,R ,...3,2,1,2)12(k k r k R k r λλ3.单缝的夫琅禾费衍射 关键词：半波带。注意：半波带的数目可以是整数也可以是非整数。 结论：光源是平行光的单缝夫琅禾费衍射的条纹明暗条件为： 明条纹 ，）（暗条纹 ,...3,2,10,212sin ,...3,2,1,22sin =?+±==?±=k k a k k a λ ?λ ? 特殊地当?=0时，有： ，中央明条纹中心 0sin =?a 当将单缝换做圆孔时，得到中心的明亮光斑为艾里斑，且其半角宽度0?为： D λ??22 .1sin 00=≈ 这一角度也是我们在天文望远镜中的最小 分辨角。
高考物理光学知识点之物理光学基础测试题
高考物理光学知识点之物理光学基础测试题 一、选择题 1．如图所示是用双缝干涉测光波波长的实验设备示意图，图中①是光源，②是滤光片，③是单缝，④是双缝，⑤是光屏，下列操作能增大光屏上相邻两条亮纹之间距离的是 A．增大④和⑤之间的距离 B．增大③和④之间的距离 C．将绿色滤光片改成蓝色滤光片 D．增大双缝之间的距离 2．如图所示为某时刻LC振荡电路所处的状态，则该时刻（） A．振荡电流i在增大B．电容器正在放电 C．磁场能正在向电场能转化D．电场能正在向磁场能转化 3．下列说法不正确 ．．．的是（） A．检验工件平整度的操作中，如图1所示，上面为标准件，下面为待检测工件，通过干涉条纹可推断：P为凹处，Q为凸处 B．图2为光线通过小圆板得到的衍射图样 C．图3的原理和光导纤维传送光信号的原理一样 D．图4的原理和照相机镜头表面涂上增透膜的原理一样 4．如图为LC振荡电路在某时刻的示意图，则
A．若磁场正在减弱，则电容器上极板带正电 B．若磁场正在增强，则电容器上极板带正电 C．若电容器上极板带负电，则电容器正在充电 D．若电容器上极板带负电，则自感电动势正在阻碍电流减小 5．先后用两种不同的单色光，在相同的条件下用同双缝干涉装置做实验，在屏幕上相邻的两条亮纹间距不同，其中间距较大 ．．．．．的那种单色光，比另一种单色光（） A.在真空中的波长较短 B.在玻璃中传播的速度较大 C.在玻璃中传播时，玻璃对其折射率较大 D.其在空气中传播速度大 6．下列说法正确的是() A．电磁波在真空中以光速c传播 B．在空气中传播的声波是横波 C．光需要介质才能传播 D．一束单色光由空气进入水中，传播速度和频率都改变 7．下列说法正确的是（） A．不论光源与观察者怎样相对运动，光速都是一样的 B．太阳光通过三棱镜形成彩色光带是光的干涉现象 C．波源与观察者互相靠近和互相远离时，观察者接收到的波的频率相同 D．光的双缝干涉实验中，若仅将入射光从红光改为紫光，则相邻亮条纹间距一定变大8．下列应用没有利用电磁波技术的是 A．无线电广播 B．移动电话 C．雷达 D．白炽灯 9．有些荧光物质在紫外线照射下会发出可见光，大额钞票的荧光防伪标志就是一例，下列说法正确的是 A．改用红外线照射荧光物质也可以发出可见光 B．荧光物质发出的可见光的频率比红外线的频率低 C．荧光物质中的电子吸收了紫外线光子的能量 D．荧光物质发出可见光的过程是电子从低能级跃迁到高能级时产生的 10．以下列出的电磁波中，频率最高的是（） A．无线电波 B．红外线 C．X射线 D． 射线 11．如图所示，一束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的a、b、c三束单色光．比较a、b、c三束光，可知
中国科学院大学《高等物理光学》期末知识点总结
20讲题目：平面波与球面波；空间频率；角谱：波的叠加；空间频率的丢失：卷积的物理意义；抽样定理；衍射与干涉；透过率函数；近场与远场衍射；“傅里叶变换与透镜”；対易：衍射的分析法：空品対易；全息；阿贝成像原理（4f 系统）；泽尼克相衬显微镜；CTF;OTF;非相干与相干成像系统；衍射的计算机实验；衍射的逆问题；叠层成像（Ptychography ）；如何撰写科技文章 抽样定理：利用梳状函数对连续函数 抽样，得 抽样 函数 ,由 函数的阵列构成，各个空间脉冲在 方向和 方向的间距分别为 。每个 函数下的体积正比于该点g 的函数值。利用卷积定理，抽样函数 的频谱为 空间域函数的抽样，导致函数频谱 的周期性复 现，以频率平面上 点为中心重复 见图。假定 是限带函数，其频谱仅在频率平面一个有限区域R 不为0.若 ， 分别表示包围R 的最小矩形，在 ， 方向上的宽度，则只要 ，X,Y 为抽样间隔。 中各 个频谱区域就不会出现混叠现象。这样就 有可能用滤波的方法从 中抽取出原函数频谱G ，而滤除其他各项，再由G 求出原函数，因而能由抽样值还原原函数的条件是1） 是限带函数2）在x ，y 方向上 抽样点最大允许间隔分别为 ， 通常 称为奈奎斯特间隔。显然，当函数起伏变化大，包含的细节多、频带范围较宽时，抽样间隔就应当较小。抽样数目最小应为 这是空间带宽积（函数在空域和频域中所占面积之积） 2.10若只能用 表示的有效区间上的脉冲点阵对函数进行抽样，即 试说明，及时采用奈奎斯特间隔抽样，也不在能用一个理想低通滤波器精确恢复 。解：因为表示的有限区域以外的函数抽样对精确恢复，也有贡献不可省略。用 表示的有限区间上的脉冲点阵对函数进行抽样，即 ，抽样函数 对应的频谱为 ,上式右端大 括号中的函数，是以 点为中心周期性重复出现的函数频谱 。对于限带函数，采用奈奎斯特间隔抽样， 中的各个频谱区域原本不会发生混叠现象，但是和二维 函数卷积后，由于 函数本身的延展性，会造成各函数频谱间发生混叠现象，因而不再能用低通滤波的方法精确恢复原函数 。从另一角度看，函数 被矩形函数限制范围后，成为 ,新的函数不再是限带函数，抽样时会发生频谱混叠，可以得出同样的解释。 2.11如果用很窄的矩形脉冲阵列对函数抽样（物理上并不可能在一些严格的点上抽样一个函数）即 式中， 、 为每个脉冲在 方 向的宽度。若抽样间隔合适，说明能否由 还原函数 。解：用很窄的矩形脉冲阵列对函数进行抽样，例如当采用CCD 采集图像，每个像素都有一定的尺寸大小。这时抽样函数 对应的频谱为 , )] sinc sinc ,由于 、 尺寸很小，二维 函数是平缓衰减的函数， 对 中各个以 点为中心的函数频谱 的高度给以加权衰减。上式也可以看成是用经 函数加权衰减的脉冲序列与 卷积，结果是一样的。由于各个重复出现的频谱 形状不变，带宽不变，不发生混叠，因而只要抽样间隔合适，仍然能通过低通滤波还原 . 空间频率的理解：传播矢量位于 平面时，由于 , 平面上复振幅分布为 等位相线方程为 与不同C 值相对应的等位相线是一些垂直于 轴的平行线，图画出了位相依次相差 的几个波面，与 平面相交得出的等位相线，这些等位相线接近相等，由于等位相线上的光振动相同，所以复振幅在xy 平面周期分布的空间周期可以用位相相差 的两相邻等位相线的间隔X 表示， 所以 用空间周期的倒数表示x 方向单位长度内变化的周期数，即 , 成称为复振幅分布在x 方向上的空间频率。 角谱理解： ， ， ， 称 作 平面上复振幅分布的角谱，引入角谱的概念，进一步理解复振幅分解的物理含义：单色光 波场中某一平面上的场分布可看做不同方向传播的单色平面波的叠加，在叠加时各平面波成分有自己的振幅和常量位相，它们的值分别取决于角谱的模和辐角。 泰伯效应：用单色平面波垂直照射一个周期性物体，在物体后面周期性距离上出现物体的像。这种自成像效应就称为泰伯效应，是一种衍射成像。 3.3余弦型振幅光栅的复振幅透过率为 式中， 为光栅的周期； 。 观察平面与光栅相距为z 。当z 分别取下述值时，试确定单色平面垂直照明光栅时在观察平面上产生的强度分布。解：1） 为泰伯距离，光栅透射光场为 式中，A 为平面波振幅值。该透射光场对应的空间频率为 根据菲涅尔衍射 的传递函数 可写出观察平面上得到广场的频谱为 当 时 则式（A ）变为 对上式做傅里叶逆变换可得到 观察平面上的光场复振幅分布为 强度分布为 强度分布与光栅透射场 分布相同。结论：在泰伯距离处，可以观察到物体的像；在 处观察到的是对比度反转的泰伯 像；在 处观察到的是泰伯副像，条纹频率变为原来的两倍。 3.4孔径的透过率函数表示为 ,用向P 点汇聚的单色球面波照射孔径 ，P 点位于孔径后面有限短距离z 处得观察平面上，坐标是 .求观察平面上的光强分布，并说明该光强分布与孔径是什么关系;若该孔径是两个矩形孔，求观察平面上的光强分布，并画出沿y 轴方向的 光强分布曲线。解：孔径平面上透射波的光场分布为 把它代入菲涅尔衍射方程，得到衍射光场为 其 强 度 分 布 为 即证明了观察平面上强度 分布是以P 点为中心的孔径的夫琅禾费单缝衍射图样。以上分析表明，若采用向观察平面汇聚 的球面波照明孔径，在近距离上就可以观察到孔径的夫琅禾费单缝衍射分布。 双圆孔:振幅透过率表示 透射光场 傅里叶变换 夫琅禾费光场分布 强度分布 可双孔衍射图样的强度分布是单孔的衍射图样与双光束干涉图样相互调制结果。 双矩形：振幅透过率表示 透射光场 傅里叶变换 夫琅禾费光场分布 强度分布 可双矩形孔衍射图样的强度分布是单矩形孔的衍射图样与双光束干涉图样相互调制结果。 傅里叶透镜和普通透镜的区别：傅里叶变换透镜与普通透镜并无本质区别，只是根据作用的不同将透镜分为傅里叶变换透镜与普通透镜。为了能在较近的距离观察到物体的远场夫琅禾费衍射图样，通常是利用传统的光学元件----透镜，也就是说透镜可以用来实现物体的“傅里叶变换”，我们把实现这种功能的这类透镜称为傅里叶变换透镜。 4.2楔形棱镜，楔角为 ，折射率为n ，底边厚度为 .其位相变换函数，并利用它来确定平行光束小角度入射时产生的偏向角 。解：如图所示，棱镜的厚度函数为 则棱镜的位相调制可以表示为 忽略常系数，则棱镜的位相变换函数可表示为 对于小角度入射的平行光束（假设入射角为 ），其复振 幅分布为 与入射光相比，其传播角度发生了偏转，角度为 CTF:把相干脉冲响应的傅里叶变换定义为相干传递函数，即 }, OTF:非相干成像系统的光学传递函数，强度的传递函数，它描述非相干成像系统在频域的效应。 联系：CTF 与OTF 分别是描述同一个成像系统采用相干照明和非相干照明时的传递函数，它 们都取决于系统本身的物理性质，沟通二者的桥梁是 CTF 和OTF 分别定义为 } 利用傅里叶的自相关定理得到 因此，对 于同一系统来说光学传递函数 等于相干传递函数 的归一化自相关函数。 区别：截止频率：OTF 的截止频率是CTF 截止频率的两倍，但前者是对强度而言，后着是对复振幅而言的，两者由于对应物理量不同，不能从数值上简单比较，成像好坏也物体本身有关。两点分辨率：根据瑞丽分辨率判据，对两个等强度的非相干点光源，若一个点光源产生的艾里斑中心恰好与第二个点光源产生的艾里斑的第一个零点重合，则认为这两个点光源刚好能分辨，高斯像面的最小可分辨间隔是 ，l 是出瞳的直径，对于想干成像系统能否分辨两个 点光源，主要考虑两点间距外，还必须考虑他们的位相关系。相干噪声：想干成像系统在像面上会出现激光散斑或灰尘等产生的衍射斑，这些相干噪声对成像不利。非相干成像系统不产生相干噪声。 5.2一个余弦型光栅，复振幅透过率为 放在图上所示的成像系统的物面上，用单色平面波倾斜照明，平面波传播方向在 平面内，与z 轴夹角为 。透镜焦距为 ，孔径为 。1)求物体透射光场的频谱2)使像平面出现条纹的最大 角等于多少？求此时像面强度分布3）若 采用上述极大值，使像面上出现条纹的最大光栅频率是多少？与 时截止频率相比结论如何？解：1)倾斜单色平面波入射，在物平面上产生的入射光场为 （ ）则物平面的透射光场为 其频谱为 其频谱如图，物体有三个频率分量，与垂直入射 的情况相比，其频谱沿 轴整体平移 。本题 中简化计算， 。2)物体的空间频谱包括三个分量，其中任意一个分量都对应空间某一特 定传播方向的平面波。如果仅让一个分量通过系统，则在像面上不会有强度起伏，因此为了在像面上有强度起伏，即有条纹，至少要让两个频率分量通过系统。对于想干成像系统，其截止 频率为 ,式中 为透镜直径； 。因此选取的 角必须至少保证最低的两个 频率分量能通过系统，即最低的两个频率分量都在系统的通频带内，即要求 同时满足上述条件，需要 ， 角可以选取的最大值为 当 取该值时，只有两个频率分量通过系统，像的频谱为 对应的复振幅分布为 强度分布为 3）当 取该最大值时，要求光栅频率满足如下关系 即要求 或者是说 当 时，要求光栅频率不大于系统截止频率，即要求 或者是说 可见，当采用 倾斜角的平面波照明时，系统允许通过的物光栅的频 率比垂直照明时提高了一倍。 5.12图所示成像系统，双缝光阑缝宽为a ，中心间距为d 照明光波长为 求系统的脉冲响应和 传递函数并画出他们的截面图。1)相干照明2)非相干照明。解： 时间相干性：假定光源发出的光是由一个有限长度的波列所组成的，将波列在真空中的传播的长度称为相干长度 。单个波列持续的时间 称为相干时间。通常用相干长度和想干时间来衡量时间相干性的好坏。当时间延迟 远大于 或光程差远大于 观察不到干涉条纹。相干时间和光源谱宽之间的关系（时间相干性的反比公式）为 ， 为谱线宽度。谱线 越窄，相干时间和相干长度就越长，时间相干性越好，可以得到 ；讨论在空间某一点，在两个不同时刻光场之间的相关性.(同地异时)例如迈克尔孙干涉仪。同一光源形成 的光场中，同一地点不同时刻的光之间的相干性。 空间相干性：讨论在同一时刻 , 空间中两点光场之间的相关性。(同时异地)例如杨氏双缝干涉实验。同一光源形成的光场中，不同地点同一时刻的光之间的相干性。 6.7在图所示的杨氏干涉实验，采用宽度为a 的准单色缝光源，辐射强度均匀分布为 ， 。试1)写出计算 两点空间相干度 的公式。2)若a=0.1mm ，z=1m ，d=3mm ，求观察屏上杨氏干涉条纹对比度的大小。3)若z 和d 仍取上述值，欲使观察屏上干涉条纹对比 度下降为0.4，求缝光源宽度a 应为多少？解：1）缝光源的强度分布为 （
高考物理光学知识点之物理光学基础测试题含答案(6)
高考物理光学知识点之物理光学基础测试题含答案(6) 一、选择题 1．下列关于电磁波和机械波的说法中，正确的是 A．机械波和电磁波均有横波和纵波 B．机械波和电磁波均可发生干涉、衍射 C．机械波只能在介质中传播，电磁波只能在真空中传播 D．波源的振动或电磁振荡停止，空间中的波均即刻完全消失 2．如图所示两细束单色光平行射到同一个三棱镜上，经折射后交于光屏上的同一个点M．则下列说法中正确的是（） A．如果 a为蓝色光,则b可能为红色光 B．在该三棱镜中a色光的传播速率比b光的传播速率大 C．棱镜射向空气中a色光的临界角比b色光的临界角大 D．a光的折射率小于b光折射率 3．如图所示，一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光a、b，波长分别为λa、λb，该玻璃对单色光a、b的折射率分别为n a、n b，.则() A．λa<λb，n a>n b B．λa>λb，n a
D．在真空中，电磁波的频率越大，传播速度越小 7．下列说法不正确的是（） A．在电磁波谱中，紫外线的热效应好 B．天空是亮的原因是大气对阳光的色散 C．天空呈蓝色的原因是大气对波长短的光更容易散射 D．晚霞呈红色的原因是蓝光和紫光大部分被散射掉了 8．下图为双缝干涉的实验示意图，光源发出的光经滤光片成为单色光，然后通过单缝和双缝，在光屏上出现明暗相间的条纹．若要使干涉条纹的间距变大，在保证其他条件不变的情况下，可以 A．将光屏移近双缝 B．更换滤光片，改用波长更长的单色光 C．增大双缝的间距 D．将光源向双缝移动一小段距离 9．下列说法正确的是（） A．不论光源与观察者怎样相对运动，光速都是一样的 B．太阳光通过三棱镜形成彩色光带是光的干涉现象 C．波源与观察者互相靠近和互相远离时，观察者接收到的波的频率相同 D．光的双缝干涉实验中，若仅将入射光从红光改为紫光，则相邻亮条纹间距一定变大10．下列四种现象不属于光的衍射现象的是 A．太阳光照射下，架在空中的电线在地面上不会留下影子 B．不透光的圆片后面的阴影中心出现一个泊松亮斑 C．用点光源照射小圆孔，后面屏上会出现明暗相间的圆环 D．通过游标卡尺两卡脚间的狭缝观察发光的日光灯管，会看到平行的彩色条纹 11．近期美国在韩国部署“萨德”反导系统，引起亚洲周边国家的强烈反应．“萨德”采用X波段雷达，工作的电磁频率范围在8×109?12×l09Hz，而传统雷达多采用S波段雷达，其工作的电磁波频率范围在2×109?4×109Hz．则下列说法正确的有 A．电磁波的传播需要介质 B．X波段电磁波的波长比S波段电进波的波长长 C．当电磁波从一种介质射入另一介质时，频率会发生变化 D．在传播过程中遇到障碍物时，S波段的电磁波比X波段电兹波更容易发生明显衍射12．下列说法正确的是： A．根据麦克斯韦电磁理论可知变化的电场周围存在变化的磁场 B．红外线遥感技术是利用红外线的化学作用 C．在医院里常用紫外线对病房和手术室消毒，是因为紫外线比红外线的热效应显著D．工业上的金属探伤是利用γ射线具有较强的穿透能力
高中物理光学知识点总结
二、学习要求 1、知道有关光的本性的认识发展过程：知道牛顿代表的微粒、惠更斯的波动说一直到光的波粒二象性这一人类认识光的本性的历程，懂得人类对客观世界的认识是不断发展不断深化的。 2、知道光的干涉：知道光的干涉现象及其产生的条件；知道双缝干涉的装置、干涉原理及干涉条纹的宽度特征，会用肥皂膜观察薄膜干涉现象。知道光的衍射：知道光的衍射现象及观察明显衍射现象的条件，知道单缝衍射的条纹与双缝干涉条纹之间的特征区别。 3、知道电磁场，电磁波：知道变化的电场会产生磁场，变化的磁场会产生电场，变化的磁场与变化的磁场交替产生形成电磁场；知道电磁波是变化的电场和磁场——即电磁场在空间的传播；知道电磁波对人类文明进步的作用，知道电磁波有时会对人类生存环境造成不利影响；从电磁波的广泛应用认识科学理论转化为技术应用是一个创新过程，增强理论联系实际的自觉性。知道光的电磁说：知道光的电磁说及其建立过程，知道光是一种电磁波。 4、知道电磁波波谱及其应用：知道电磁波波谱，知道无线电波、红外线、紫外线、X 射线及γ射线的特征及其主要应用。 5、知道光电效应和光子说：知道光电效应现象及其基本规律，知道光子说，知道光子的能量与光学知识点其频率成正比；知道光电效应在技术中的一些应用 6、知道光的波粒二象性：知道一切微观粒子都具有波粒二象性，知道大量光子容易表现出粒子性，而少量光子容易表现为粒子性。 光的直线传播．光的反射 二、光的直线传播 1．光在同一种均匀透明的介质中沿直线传播，各种频率的光在真空中传播速度：C ＝3×108m/s ； 各种频率的光在介质中的传播速度均小于在真空中的传播速度，即 v 大作业一：问题2： %大作业一： m0=8.85e-10;%真空电容率 m1=pi*4e-7;%真空磁导率 %问题一： nA=1;%空气 nG=1.52;%玻璃 nH=2.3;%高折射率膜 nL=1.38;%低折射率膜 %不同波长时的特征矩阵： %一层GHA： %lamda=460; lamda=460; M=matrix(lamda,lamda/4,nH); r=reflect(M,nA,nL); R1=r*conj(r); %其他波长也是一样，因为h/lamda=1/4; %三层GHLHA： lamda=460; M1=matrix(lamda,lamda/4,nH); M2=matrix(lamda,lamda/4,nL); M3=matrix(lamda,lamda/4,nH); M=M1*M2*M1; r=reflect(M,nA,nL); R2=r*conj(r); %五层GHLHLHA: M=M1*M2*M1*M2*M1*M2; r=reflect(M,nA,nL); R3=r*conj(r); %问题二： %一层GHA： for lamda=300:1000 M=matrix(lamda,460/4,nH); r=reflect(M,nA,nL); R1(lamda-299)=r*conj(r); end figure plot(300:1000,R1) hold on %三层GHLHA： for lamda=300:1000 M1=matrix(lamda,460/4,nH); M2=matrix(lamda,460/4,nL); M=M1*M2*M1; r=reflect(M,nA,nL); R2(lamda-299)=r*conj(r); end plot(300:1000,R2,'r') %五层GHLHLHA: for lamda=300:1000 M1=matrix(lamda,460/4,nH); M2=matrix(lamda,460/4,nL); M=M1*M2*M1*M2*M1; r=reflect(M,nA,nL); R3(lamda-299)=r*conj(r); end plot(300:1000,R3,'-g') legend('一层GHA','三层GHLHA','五层GHLHLHA') xlabel('\lambda/(nm)') ylabel('反射率R') grid on title('不同膜系下,反射率R与波长\lambda的关系')高等物理光学作业-反射率和膜参数的关系(matlab)