物理光学考试题副答案

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………密………封………线………以………内………答………题………无………效……

电子科技大学二零零 六 至二零零 七 学年第 一 学期期 末 考试

物理光学 课程考试题 A 卷 （ 120 分钟） 考试形式： 一页纸开卷 考试日期 200 7 年 1 月 日

课程成绩构成：平时 25 分， 期中 10 分， 实验 0 分， 期末 65 分

卷面分数 100分 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 合计 一．选择题（每小题3分）

1.E?E0exp??i(?t?kz)? 与E?E0exp??i(?t?kz)? 描述的是 C 传播的光波。 A. 沿正z方向 B. 沿负z方向

C. 分别沿正z和负z方向 D. 分别沿负z和正z方向 2. 牛奶在自然光照射时呈白色，由此可以肯定牛奶对光的散射主要是 C 。

A．瑞利散射 B．分子散射 C．Mie散射 D．拉曼散射 3．对左旋圆偏振光， A 。

A. E、H 都左旋 B. E 左旋、H 右旋 C. E 右旋、H 左旋 D. E、H 都右旋

4. 在白炽光入射的牛顿环中，同级圆环中相应于颜色兰到红的空间位置是 B 。 A．由外到里 B．由里到外 C．不变 D．随机变化 5. F-P腔两内腔面距离h增加时，其自由光谱范围?? C 。

A．恒定不变 B．增加 C．下降 D．=0 6. 光波的能流密度S正比于 B 。

A．E或H B．E2或H2 C．E2，与H无关 D．H2，与E无关 7. 由A、B两只结构相同的激光器发出的激光具非常相近的强度、波长及偏振方向，这两束激光 C 。

A．相干 B．可能相干 C．不相干 D．无法确定是否相干 8.

?2?琼斯矩阵???i??????????表示的是 C 。

A．线偏振光 B．左旋椭圆偏振光 C．右旋椭圆偏振光 D．圆偏振光

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9. 光在介质中传播时，将分为o光和e光的介质属 A 。

A．单轴晶体 B．双轴晶体 C．各向同性晶体 D．均匀媒质 10. 等倾干涉图样中心圆环 B 。

A．级次最高，色散最弱 B．级次最高，色散最强 C．级次最低 色散最弱 D．级次最低，色散最强

11. 在单缝夫琅和费衍射实验中，波长为?的单色光垂直入射在宽度为a＝4? 的单缝

上，对应于衍射角为30?的方向，单缝处波阵面可分成的半波带数目为 B 。 A. 2个

B. 4个

C.6个

D. 8个

12．如图a所示，一光学平板玻璃A与待测工件B之间形成空气劈尖，用波长??500nm （1nm?10?9m）的单色光垂直照射，看到的反射光的干涉条纹如图b所示，有些条纹弯曲部分的顶点恰好与其右边条纹的直线部分的切线相切，则工件的上表面缺陷是 B 。

A.不平处为凸起纹，最大高度为500nm B.不平处为凸起纹，最大高度为250nm C.不平处为凹槽，最大深度为500nm D.不平处为凹槽，最大深度为250nm

13. 光束经渥拉斯顿棱镜后，出射光只有一束，入射光应为 D 。

A．自然光 B．部分偏振 C．圆偏振光 D．线偏振光 14. 闪耀光栅中，使刻槽面与光栅面成?角，目的是使 A 。

A．干涉零级与衍射零级在空间分开 B．干涉零级与衍射零级在空间重合。 C．条纹变宽 D．自由光谱范围增大

15. 把一平凸透镜放在平玻璃上，构成牛顿环装置，当平凸透镜慢慢地向上平移时，由

反射光形成的牛顿环 B 。

A. 向中心收缩，条纹间隔不变 B. 向中心收缩，环心呈明暗交替变化 C. 向外扩张，环心呈明暗交替变化 D. 向外扩张，条纹间隔变大 16. 在均匀平面波垂直入射的芙琅和费多缝衍射中，相邻缝的衍射图样 A 。 A. 相同 B. 相似， 但空间位置不同 C. 相似，但空间位置平移缝距d D. 强弱互补

图bAB图a第 2 页 共 6页

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17. 线偏振光通过半波片后，一定是 B 。

A．圆偏振光 B．线偏振光 C．椭圆偏振光 D．自然光 18. 平行平板的等倾干涉图样定域在 A 。

A．无穷远 B．平板上界面 C．平板下界面 D．自由空间 19. 在晶体中至少存在 C 个方向，当场强度E沿这些方向时，E与相应的电位移

矢量D的方向相同。

A．1 B．2 C．3 D．4

20.一束自然光自空气射向一块平板玻璃（如图），设入射角等于布懦斯特角i0，则在界面2的反射光 B 。

A. 是自然光

B.是完全偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面 C. 是完全偏振光且光矢量的振动方向平行于入射面 D. 是部分偏振光。

i0 ??? 1 2 二．计算简答题（前4题每小题6分，后2题每小题8分）

1. 平行光的双缝衍射实验中，若挡住一缝，原来亮条纹处的光强有何变化？为什么？ 解：（1）平行光的双缝衍射实验中，若挡住一缝，光强会变小。

（2）由于单缝的光强分布为：I(p)?Io(sin?sin?)

2?2双缝的光强分布为：I(p)?4I0(?)cos2?2,

双缝衍射的亮条纹处，两单缝衍射的光场呈相长干涉，cos2双缝亮条纹光场强度 I(p)?4I0(sin?2?2?1,即

?所以平行光) 为单缝光场强度的4倍，

的双缝衍射实验中，若挡住一缝，原来亮条纹处的光强会变小。

2. 一束光强为I0的自然光垂直入射在三个叠在一起的偏振片P1、P2、P3上，已知P1与P3的偏振化方向相互垂直。求P2与P3的偏振化方向之间夹角为多大时，穿过第三个偏振片的透射光强为I0/8。

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解：透过P1的光强I1?12I0

设P2与P1的偏振化方向之间的夹角为?，则透过P2后的光强为

I2?I1cos??212(I0cos?)2

透过P3的光强为

I3?I2cos2?90????

?12(I0cos?sin?)222

?(I0sin2?)/8

由题意I3＝I0/8，可知?＝45?

故，P2与P3的偏振化方向之间夹角为 90????45?

3. 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，顶角应取在什么范围？出射光振动方向如何？（已知

no?1.6583，ne?1.4864）

解：已知：no?1.6583，ne?1.4864

?c? 全反射临界角为?c sinn2n1 这里n2?1.0（空气）

n1为方解石的折射率 当入射角?i??c时全反射 对于o光：sin?co?1no1n\?11.65831ne?0.6030 ?co=37.08o

对于e光：sin?ce???11.4864?0.6727 ?ce=42.28o

当入射角在 37.08o??i?42.28o 之间时，o光全反射，出射光只有e光，呈线偏振光。

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由图中可知???i ?顶角在 37.08o~42.28o 之间时，o光全反射，e光透射。 又因为e光在主截面内振动，所以透射光的振动方向在主截面内，或者说平行于纸面。 4. 波长?＝6000A的单色光垂直入射到一光栅上，测得第二级主极大的衍射角为30?，且第三级是缺级。

(1) 光栅常数d等于多少？

(2) 透光缝可能的最小宽度a等于多少。 解：(1) 由光栅衍射主极大公式得

d?2?sin??2.4?10?4? cm

(2) 由光栅公式，相应于第三级干涉主极大的 ?? 应满足

dsin???3?

由于第三级缺级，对应于可能的最小a，??方向应是单缝衍射第一级暗纹：asin????，两式比较，得

a?d/3?0.8?10 cm

?45. 如图所示，用波长为 ? 的单色光照射双缝干涉实验装置，并将一折射率为n，劈角为? (?很小)的透明劈尖b插入光线2中，设缝光源S和屏C上的O点都在双缝S 1和S 2的中垂线上，问要使O点的光强由最亮变为最暗，劈尖b至少应向上移动多大距离d（只遮住S2）？

C

S1 ? 1 O S

2 S2 b 解：设O点最亮时，光线2在劈尖b中传播距离为l1,则由双缝S1和S2分别到达O点的光线的光程差满足下式：

(n?1)l1=k? ①

设O点由此时第一次变为最暗时，光线2在劈尖b中传播的距离为l2，则由双缝S1和

S2分别到达O点的两光程差满足下式

(n?1)l2= k?＋? ②

21②－①得

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(n?1) (l2-l1) =

12? ③

由图可求出： (l2-l1)＝dtg??d? ④

由③和④得：劈尖b应向上移动的最小距离为

d???2?n?1??? ???2 (n?1) tg??

或 d

6. 如图，现有一束自然光以布儒斯特角入射在n1/n2界面，

（1）请标出反射光的偏振方向； （2）现有全波片、1/4波片和线偏振器

各一只，请用上述反射光加以鉴别（要求 写明鉴别方法并简要地说明其原理，允许 使用白纸板）。 解：

（1）反射光的偏振方向垂直于纸面；

（2） 由于反射光是线偏振光，因此先将三只待测器件分别放在垂直于反射光光束的方向上并旋转，用白纸板放在后面进行观察，由于线偏振器不允许与其通光方向垂直的线偏振光通过，而波片都不会改变光的强度，因此旋转器件时若在白纸板上出现消光现象，则该器件为线偏振器。然后将另两只还未检测出的器件分别分两次放在垂直于光传播的方向上，且两次的放置方位成一定角度?（0????/4），后面依次放上线偏振器和白纸板，并旋转线偏振器。由于线偏振光通过全波片后总是线偏振光，而线偏振光通过1/4波片后变为圆偏振光或椭圆偏振光，因此当后面的线偏振器旋转时，若两次都能在白纸板上观察到消光现象，则该器件是全波片；剩下的一只则是1/4波片，这是因为对于0????/4的先后两次之中至少有一次不会是线偏振光，也就是说，至少有一次没有消光现象，甚至可能两次都没有消光现象。（检测方法不唯一）

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