现代光学基础2011——2012第一学期期末试题B卷——参考答案

B卷参考

一、选择题（每小题3分，总共15分）

1~5：D，A，D，B，C

1、（B卷）自然光以60o入射角照射到某两介质交界面时，反射光为线偏振光，则下列关于折射光的描述中正确的是 。（D）

（A）完全偏振光且折射角是30o

（B）部分偏振光，但须知两种介质的折射率才能确定折射角

（C

）部分偏振光，且只有在该光由真空入射到折射率为是30o

（D）部分偏振光且折射角是30o

2、（B卷）关于光的时间相干性，下列说法不正确的是（A）

（A）光的时间相干性反映了光波场的横向相干性

（B）时间相干性与光波的波列长度有关

（C）光场的时间相干性来源于光源的非单色性

（D）普通光源产生的波列的空间长度越短，其光场的时间相干性愈差

3、（B卷）一个波带片的孔径内有20个半波带，让其中的10个奇数带通光，10

个偶数带被挡住，则中心轴上相应衍射场点的光强为自由传播时此处光强的 倍。 （D）

（A） 10 （B） 100 （C） 200 （D）400

4、（B卷）一束光强为I0的自然光，先后通过P1和P2两块偏振片后，出射光的光强为I I04，则P1和P2的偏振化方向之间的夹角为 。（B）

（A）30o （B）45 o （C）60 o （D）90 o

5、（B卷）沿垂直光轴的方向施加电场后的LiNbO3晶体呈 。 （C）

（A）各向同性晶体 （B）单轴晶体 （C）双轴晶体 （D）均匀媒质

二、简答题（每小题6分，共42分）

B卷试题

1、汽车两前灯相距1.2 m，设灯光波长 600 nm，人眼瞳孔直径为D 5 mm。试问：对迎面而来的汽车，离多远能分辨出两盏亮灯？（6分）

解：人眼的最小分辨角为

e 1.22

D

设对迎面而来的汽车，人眼最多离L远能分辨出两盏亮灯，则该最小分辨角为 e

L l，式中l为汽车两前灯距离。结合两式，有 LlD1.2 m 5 mm 8196 m 1.22 1.22 600 nm

2、迈克尔逊干涉仪的可动反光镜移动了0.30 mm，干涉条纹移动了1200条，试求所用的单色光的波长。（6分）

答：由 m 2nt 可得 2nt2 1 0.30 mm 500 nm m1200

3、（B卷）一闪耀光栅刻线数为200条/mm，用波长为632.8 nm的单色平行光垂直入射到光栅平面，若第2级光谱闪耀，闪耀角为多大。（6分） 答：由2dsin m ，得 sin m 2 632.8 nm 0.12656 rad 2d2 200

4、一个长30 mm的充以空气的气室置于杨氏装置中的一个小孔前，在观察屏上观察到稳定的干涉条纹系。之后抽去气室中的空气，注入某种气体，发现条纹系移动了30个条纹，照明光波波长 632.8 nm，空气折射率n0 1.000276，试求注入气室内气体的折射率。(6分)

答：气室充空气和某种气体前后，光程的变化为

ng na 30 mm （2分）

光程的这一变化对应于30个波长，即 30 （2分）

因此 ng na 30 mm 30

ng 30 632.8 nm 1.000276 1.0009088 （2分） 30 mm

5、简述在KDP晶体的线性电光效应中，产生纵向运用和横向运用的条件。（6分）

答：KDP的纵向运用中外加电场和光束均平行于光轴；

KDP的横向运用中外加电场平行于光轴，光束沿x1或x2方向光轴。

6、用光的散射现象简述蓝天的形成。（6分）

答：蓝天的形成是由瑞利散射引起的，瑞利散射中散射光的强度与入射光波长的四次方成反比，那么在天空中蓝光的散射强度要大于红光，因此天空成蓝色。

7、简述法拉第效应及其不可逆性。（6分）

答：法拉第隔离器的工作原理是法拉第效应。法拉第效应是指在磁场的作用下，线偏振光的振动面发生偏转，且旋转方向决定于磁场方向，与光的传播方向无关，即法拉第效应具有不可逆性。

三、（B卷，8分）如图所示，用白光（波长范围为390-700 nm）照射厚度为d 400 nm的薄膜，若薄膜的折射率n2 1.38，且n1 n2 n3，问反射光中哪些波长的光得到加强？

解：由于n1 n2 n3，两反射光皆无半波损失，两反射光的光程差为 2dn2。（2分）

令其为波长的整数倍时为相长干涉，得到 2dn2 m 。（2分）

而波长范围为390-700 nm，可得到相应的m范围为：1.57<m<2.83，取整得m=2。（2分）相应的波长为552 nm。

即波长为552 nm的光得到了加强。（2分）

四、（B卷，8分）有一方解石直角棱镜，光轴平行于直角棱，自然光垂直入射。要使出射光只有一种线偏振光，另一种被完全反射掉，则顶角应取什么范围？出射光的振动方向如何？（已知no 1.6584，ne 1.4865）

答：全反射的临界角为sin c n2n1

对于o光，其临界角为

o c arcsin no arcsin 37.08o 0.647 rad （2分）

对于e光，其临界角为

o e arcsin ne arcsin 42.92o 0.749 rad（2分）

故当顶角在37.08o和42.92o范围内时，只有o光全反射，e光部分透射。又因为e光在其主截面内振动，所以出射光的振动方向平行于纸面振动。（2分）光路示意图为

（2分）

五、（10分，B卷题）在一光栅衍射实验中，光波长为 600 nm的单色光垂直入射光栅，透镜的焦距f 6 cm，在观察屏上观察到相邻两亮条纹的间距e 1 cm，且第三级亮纹缺级，试求：

（1）光栅常数d和透光缝的宽度a；

（2）观察屏上最多能看到几条条纹？

（3）若以30o角入射，求在屏上可能呈现的全部主极大的级次？

解：

（1）由双缝的间距e f

d，得缝宽d f

e 6 cm 600 nm 3.6 μm （2分） 1 cm

由第三级亮纹缺级可得，缝距a d 1.2 μm（2分）

（2）由于光线垂直照射，即入射角 0o，对应的光栅方程为dsin m ，那么可得最大的条纹级次为

mM d

3.6 μm 6 （1分） 600 nm

观察到的条纹条数为

N 2mM 1 13

又由于m 3, 6的级次出现缺级，观察到的条纹条数只有9条。（2分）

（3）若以30o角入射，则光栅方程为

d sin sin m

最大光谱级数为 mM d sin30o 1 3.6 μm sin30o 1

600 nm 3 or 9 （1分）

因此，正级光谱最大级次为9，负级光谱最大级次为3。又由于正级光谱的m 3,3,6,9缺级，那么在屏上可能呈现的全部主极大的级次有-2，-1，0，1，2，4，5，7，8。 （2分）

六、（B卷题10分）图示A为横向运用的电光晶体LiNbO3（nAo 2.29，

，设光传播方向上晶体的长度lA与外加电场方向上晶体的 22 3.4 10 10 V）

厚度dA相等，B为厚度dB 10 mm的方解石晶体（nBo 1.6664，nBe 1.4900，光轴方向与通光面的法线方向成45o夹角），A、B晶体平行放置。一束波长 550 nm的线偏振光（电场振动方向沿晶体主轴方向）垂直入射到LiNbO3晶体上。试求：

（1）LiNbO3晶体的半波电压U 2；

（2）当电压V 0和V U 时，由B晶体输出的二光间距。

解：

（1）LiNbO3晶体纵向运用时的半波电压为

U dA550 nm 6.74 kV （2分） 33 102no 22lA2 2.29 3.4 10 V

（2）当V 0时，入射线偏振光经过LiNbO3晶体，出射光的振动方向不变，经方解石后，输出光的传播方向不变（o光）； （2分） 当V U 2时，LiNbO3晶体相当于一个半波片，感应主轴相对光轴旋转了45o。入射线偏振光经过LiNbO3晶体，出射光的振动方向将旋转 2，进入到方解石后将成为e光，输 …… 此处隐藏：1739字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……