1、工程光学实验 II复习提纲题型：填空、名词解释、简答、综合闭卷 120 分钟1. 旋光仪测定溶液的浓度及旋光度1. 光是电磁波，它的电场和磁场矢量互相垂直，且又垂直于光的传播方向。2. 在传播方向垂直的平面内，光矢量可能有各种各样的振动状态，被称为光的偏振态。3. 若光的矢量方向是任意的，且各方向上光矢量大小的时间平均值是相等的，这种光称为自然光。4. 若光矢量的方向始终不变，只是其振幅位相改变，光矢量的末端轨迹是一条直线，则称为线偏振光。5. 使线偏振光的振动面发生旋转的现象叫旋光现象。6. 当线偏振光通过某些透明物质后，偏振光的振动面将以光的传播方向为轴线旋转一定角度，这种现象称为 。旋光
2、现象7. 旋光度：平面偏振光通过含有某些光学活性的化合物液体或溶液时，能引起旋光现象，使偏振光的平面向左或向右旋转，旋转的度数，称为旋光度（用 表示） 。8. 比旋度：平面偏振光透过长 1dm并每 1ml中含有旋光性物质 1g的溶液，在一定波长与温度下测得的旋光度称为比旋度（用 Dt表示） 。9. 旋光仪的基本部件：单色光源、起偏镜、测定管、检偏镜、检测器等五个部分。10.原理：在起偏镜与检偏镜之间未放入旋光物质之间，如与检偏镜允许通过的偏振光方向相同，则在检起偏镜偏镜后面观察的视野是明亮的；如在起偏镜与检偏镜之间放入旋光物质，则由于物质 旋光作用，使原来由起偏镜出来的偏振光方向旋转了一个角度
3、 ，结果在检偏镜后面观察时，视野就变得暗一些。若把检偏镜旋转某个角度，使恢复原来的亮度，这时检偏镜旋转的解度及方向即是被测供试品的旋光度。11.若面对光源，使振动面顺时针旋转的物质称为 ，使振动面逆时针旋转的物质称为 。右旋物质、左旋物质12.旋光度与哪些因素有关？什么是比旋光率？为什么要选择亮度相等的暗视场进行读数？（本题 8分）答：（1）由旋光度： 得，旋光度的大小与该溶液比旋光率，溶cl液浓度和溶液的长度有关。 （2 分）（2）比旋光率在数值上等于偏振光通过单位长度、单位浓度的溶液后引起的振动面的旋转角度。其单位为 度 （3 分）1gdml（3）由于在亮度不太强的情况下，人眼辨别亮度微小
4、差别的能力较大， 所以常取亮度相等等暗视场的视场为参考视场。并将此时检偏镜的位置作为刻度盘的零点，故也称称该视场为零度视场。 （3 分）2. 杨氏双缝干涉1. 相干条件：振动方向相同，频率相同，相位差恒定。2. 相干条纹的间距为_。 Dxd3. 当光源是点光源时，凡是两束光相遇处都可看到干涉条纹，这些干涉称为 。非定域干涉4. 当双缝间距与双缝的缝宽成整数比时，双缝干涉的第 n级明条纹位置恰好是单缝衍射的第 m级暗条纹的位置。这样，双缝干涉的第 n级明条纹将缺失，这个位置变为暗条纹，这就是缺级现象。5. 在杨氏双缝干涉实验中，以单色光照射到相距为 0.2 mm的双缝上，双缝与屏幕的垂直距离为
5、1 m。 （本题 10分）(1)从第一级明纹到同侧的第四级明纹间的距离为 7.5 mm，求单色光的波长；(2)若入射光的波长为 600 nm，中央明纹中心距离最邻近的暗纹中心的距离是多少？解：（1）（2 分）（3 分）（2 分）( 2 )14141kdDxnm 5014kx 2.dDx ,0,kk（3 分）6. 简述杨氏双缝干涉实验中，只改变双缝之间的间距和只改变单色光源的波长分别对干涉条纹的影响。 （本题 6分）答：根据相干条纹间距公式 （3 分）可知，当双缝间距 d增大时，dDx干涉条纹间距变小，当 d减小时，条纹间距变大；而波长 与条纹间距成正比，所以波长越长条纹间距越大，反之则越小。
6、（3 分） 。3.单色仪与光谱测量1. 在单色仪与光谱测量实验中，光栅方程是 ，其中 d是 ， 是入射角， 是衍射级数， 是 。K，光栅常数，K 级谱线的衍射角kd)sin(2. 光栅单色仪由 、 和 三部分组成。照明系统、分光系统、接收系统3. 钠原子光谱一般可以观察到四个线系，分别是 、 和基线系。主线系、锐线系、漫线系4. 光栅单色仪的核心部件是_。闪耀光栅5. 闪耀光栅: 闪耀光栅是以磨光的金属板或镀上金属的玻璃板为坯子，用劈形钻石刀在其上面刻画出一系列锯齿状的槽面形成的光栅。6. 光栅的特性主要有_、_和_。谱线的半角宽度、角色散率、光谱分辨本领7光栅单色仪和棱镜相比有哪些优缺点？光
7、栅单色仪怎样将复合光分解为单色光?（本题 10分）答：（1）优点：棱镜的工作光谱区受到材料的限制（光的波长小于120nm，大于 50m 时不能用)；光栅的角色散率与波长无关，棱镜的角色散率与波长有关；棱镜的尺寸越大分辨率越高，但制造越困难，同样分辨率的光栅重量轻，制造容易。 （3 分）缺点：光栅存在光谱重叠问题而棱镜没有；光栅存在鬼线（由于刻划误差造成）而棱镜没有。 （2 分）（2）光源或照明系统发出的光束均匀地照亮在入射狭缝 S1上，S1 位于离轴抛物镜 M1的焦平面上，光通过 M1变成平行光照射到光栅上，再经光栅的分光作用，从出射缝出射的光为单色光，当光栅转动时，从出射口出射的光由短波到长
8、波依次出现。 （5 分）7. 圆孔、单缝衍射及光的空间相干性1. 光的衍射：在传播过程中遇到障碍时将绕过障碍物，改变光的直线传播，称为光的衍射。2. 光的衍射分为夫琅和费圆孔衍射和菲涅尔衍射。3. 半波带：把单缝处的波面分割成等宽的平行窄带，使分得的相邻两条窄带上的对应点发出的沿 方向的子波光线的光程差为 /2，则这样分得的窄带。4. 衍射亮纹位置条件为 。,.)321(2)1(sinkka5. 衍射中央明纹的角宽度为 。6. 衍射暗纹位置条件为 。sin2(1,23.)akk7.爱里斑的直径是_。.4fe5.用法布里珀罗干涉仪测钠黄光双波长1. 法布里珀罗干涉仪两个平板相向的表面上镀有高反射
9、薄膜，反射率越 ，干涉条纹越清晰明锐的等倾同心圆环，类似于迈克尔逊干涉条纹，只不过前者是振幅急剧递减的 干涉，后者是等振幅的 干涉。大，多光束，双光束2. 法布里珀罗干涉仪由 放置的两块平板组成，两个板相向的表面上镀有高反射薄膜，入射光在两相对面上反复反射和折射后产生多束反射光和透射光，透射光在透镜焦平面上相干叠加，形成 干涉条纹。平行，等倾圆环状6. 凹透镜焦距的测定1. 薄透镜成像的规律公式是 。fvu17. 在凹透镜焦距的测量中，一般可以采用 和自准法等。物距像距法8. 由两个 构成的光学系统称为透镜。共轴折射曲面9. 透镜具有使光线会聚的作用， 透镜具有使光束发射的作用。凸，凹10.
10、如何调节光学元件的等高共轴？答：将光源、物屏、待测透镜和像屏依次放在光学平台上。粗调：用三角板辅助调整各元件的中心大致在与光学平台平行的同一条直线上，并使物平面，像屏平面和透镜面相互平行且垂直光学平台。 （2 分）细调： 利用共轭法调整，固定物屏和像屏的位置，使 D 4f，在物屏与像屏间移动凸透镜，可得一大一小两次成像。若两个像的中心重合，即表示已经共轴；若不重合，可先在小像中心作一记号，调节透镜高度，使大像的中心趋向小像中心（大像追小像） 。如此反复调节透镜高度，直至大像的中心和小像中心完全重合。11. 在凹透镜焦距的测量中，什么是物距像距法，请用图形表示，并简要说明其原理。 （本题 8分）
11、答：O1O2ABvL1uBL2A AB（3 分）如图所示，实物 AB经凸透镜 L1成像于 AB。像 AB便可视为凹透镜L2的物体所在位置，然后在 L1和 AB之间插入待测凹透镜 L2，就凹透镜L2而言，虚物 AB又成像于 AB。物距 S=O2 A,像距 S=O2 A,代入物像公式 ，可得凹透镜焦距。 （5 分）fS112. 透镜是光学仪器中最基本的元件，反映透镜特性的一个重要参数是_。焦距13. 薄透镜：透镜的两个折射曲面在其光轴上的间隔（即厚度）与透镜的焦距相比可忽略称为薄透镜。14. 近轴光线是指通过透镜中心部分与主轴夹角很小的那一部分光线。7.偏振光的观测与研究1. 布儒斯特定律用公式表
12、示为 ，马吕斯定律用公式表示为 。，I = I0 cos2n120ta2. 偏振片的作用： 和 。产生偏振光，检验偏振光3在光的偏振实验中，入射线偏光的振动方向与 1/4波片光轴成 角时，简述偏振状态随角度 的改变产生的变化。 （本题 8分）答：（1）当 = 时，获得振动方向平行于光轴的线偏振光（e 光） （2 分）0（2）当 = /4时，Ae=Ao 获得圆偏振光。 （2 分）（3）当 = /2时，获得振动方向垂直于光轴的线偏振光（o 光） （2 分）（4）当 为其它值时，经过 1/4波片后为椭圆偏振光。 （2 分）4. 获得偏振光常用的四种方法（本题 6分）答：(1) 非金属镜面的反射。 （
13、1.5 分）(2) 多层玻璃片的折射。 （1.5 分）(3) 利用偏振片的二向色性起偏。 （1.5 分）(4) 利用晶体的双折射起偏。 （1.5 分）5. 某学生在进行光的偏振实验时，将检偏器转动一周，用照度计测得光强分布。他根据光强分布变化为先变小再变大再变小再变大，得出结论，此时检偏器前的入射光的线偏振光。请问该同学的判断是准确的吗？试给出具体分析。（本题 10分）答：该同学的判断不准确。 （2 分）若是线偏振光，转动一周后，光强会有强弱变化，且在某两个位置会出现消光现象。 （3 分）若是椭圆偏振光，转动一周后，光强也会有强弱变化，但是不会出现消光现象。 （3 分）该同学仅根据强弱变化，无
14、法得出正确结论。需进一步观察是否存在消光现象，才可准确判断出入射光的偏振情况。（2 分）6.线偏振光：在传播过程中，光的振动方向始终在某一确定方位的光称为线偏振光。15. 布儒斯特角：通常自然光在两种媒质的界面上反射和折射时，反射光和折射光都将成为部分偏振光。并且当入射角增大到某一特定值 时，镜0面反射光成为完全偏振光，其振动面垂直于入射面，这时入射角 称为布儒斯特角。16. 波片：波片是用单轴晶体切成的表面平行于光轴的薄片。17. 偏振片：偏振片是利用某些有机化合物晶体的二相色性。将其渗入透明塑料薄膜中，经定向拉制而成。18. 用来产生偏振光的偏振片叫起偏器；用来检验偏振光的偏振片叫做检偏器
15、。8.迈克尔逊干涉仪的调节及使用1.迈克尔逊干涉仪可以高度准确地测量 、 和透明体的折射率等。微小长度、光的波长2. 非定域干涉：当光源是点光源时，凡是两束光相遇处都可看到干涉条纹，这些干涉称为非定域干涉。4. 请画出迈克耳逊干涉仪的光路图，并标上相应的字母，简要说明其原理。（本题 10分）答：（5 分）从面光源 S发出的光束射向分光板 G1，在 G1半透膜上分成相互垂直的两束光，透射光（2）射到 M1，经 M1反射后，再次透过 G2，在 G1的半透膜上反射后射向 E；反射光（1）射到动镜 M2，经 M2反射后，透过 G1射向 E。由于光线（1）前后共通过 G1三次，而光线（2）只通过 G1一
16、次，有了补偿版 G2，它们在玻璃中的光程便相等了，最后两束光是频率相同、振动方向相同，光程差恒定即位相差恒定的相干光，它们在相遇空间产生干涉条纹。（5 分）9.用迈克尔逊干涉仪测空气折射率1.迈克尔逊干涉仪测空气折射率要求测量的两个物理量是： 和 。条 纹 数 目 m，折射率变化 p2.迈克尔逊干涉仪测空气折射率实验中，光源波长 =632.8nm，空气室长度L=80.0mm，标况下大气压强 pb=760mmHg，压强变化 217 mmHg后，此时条纹变化 m=20，利用本实验中的测量公式计算空气折射率 n。 （本题 8分）答：根据已知，由测量公式得027.1mHg760128.6316mpLnb空气折射率 n为 1.000277 10.夫琅和费圆孔衍射3.在夫琅和费圆孔衍射中， （1）当圆孔直径增大或减少时，衍射斑如何变化？（2）当入射光的波长改变时，衍射斑又如何变化？答：由公式 （2 分）可得：.1fDe（1）圆孔直径减小时，衍射现象越明显（艾里斑会增大） ；直径增大时，衍射现象越不明显（艾里斑变小） 。(2 分)（2）当入射光的波长增大时，衍射现象越明显（艾里斑会增大） ；波长减小时，衍射现象越不明显（艾里斑变小） 。(2 分)
