物理光學(xué) 課后問(wèn)題詳解 葉玉堂

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1、實(shí)用文檔第四章光的電磁理論4－1計(jì)算由表示的平面波電矢量的振動(dòng)方向、傳播方向、相位速度、振幅、頻率、波長(zhǎng)。解：由題意：∴∴振動(dòng)方向?yàn)椋河善矫娌娛噶康谋磉_(dá)式：∴傳播方向?yàn)椋浩矫骐姶挪ǖ南辔凰俣葹楣馑伲簃/s振幅：V/m頻率：Hz波長(zhǎng)：m4－2一列平面光波從A點(diǎn)傳到B點(diǎn)，今在AB之間插入一透明薄片，薄片的厚度，折射率n＝1.5。假定光波的波長(zhǎng)為nm，試計(jì)算插入薄片前后B點(diǎn)光程和相位的變化。解：設(shè)AB兩點(diǎn)間的距離為d，未插入薄片時(shí)光束經(jīng)過(guò)的光程為：插入薄片后光束經(jīng)過(guò)的光程為：∴光程差為：則相位差為：4－3試確定下列各組光波表示式所代表的偏振態(tài)：（1），文案大全實(shí)用文檔（2），（3）

2、，解：（1）∵∴∴為右旋圓偏振光。（2）∴為右旋橢圓偏振光，橢圓長(zhǎng)軸沿y＝x（3）∴為線(xiàn)偏振光，振動(dòng)方向沿y＝－x4－4光束以30°角入射到空氣和火石玻璃（n2＝1.7）界面，試求電矢量垂直于入射面和平行于入射面分量的反射系數(shù)和。解：入射角，由折射定律：∴∴4－5一束振動(dòng)方位角為45°的線(xiàn)偏振光入射到兩種介質(zhì)的界面上，第一介質(zhì)和第二介質(zhì)的折射率分別為n1＝1和n2＝1.5。當(dāng)入射角為50°時(shí)，試求反射光的振動(dòng)方位角。解：，由折射定律：∴∴∴∴反射光的振動(dòng)方位角為：文案大全實(shí)用文檔4－6光波在折射率分別為n1和n2的二介質(zhì)界面上反射和折射，當(dāng)入射角為時(shí)（折射角為），s波和p波的反

3、射系數(shù)分別為和，透射系數(shù)分別為和。若光波反過(guò)來(lái)從n2介質(zhì)入射到n1介質(zhì)，且當(dāng)入射角為時(shí)（折射角為），s波和p波的反射系數(shù)分別為和，透射系數(shù)分別為和。試?yán)梅颇阶C明：（1）；（2）；（3）；（4）證明：（1）（2）（3）∴（4）∴文案大全實(shí)用文檔4－7如圖，M1、M2是兩塊平行放置的玻璃片（n＝1.5），背面涂黑。一束自然光以布儒斯特角入射到M1上的A點(diǎn)，反射至M2上的B點(diǎn)，再出射。試確定M2以AB為軸旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，出射光強(qiáng)的變化規(guī)律。解：由于M1、M2是兩塊平行放置的玻璃片，因此兩鏡的入射角均為，且有：由于兩鏡背面涂黑，所以不必考慮折射光的影響。對(duì)于M1：因?yàn)槭亲匀还馊肷洌?/p>

4、p、s分量光強(qiáng)相等。設(shè)入射自然光光強(qiáng)為I0，沿AB的反射光強(qiáng)為I1，則M1的反射率為：對(duì)于M2，假設(shè)在繞AB旋轉(zhuǎn)的任一位置上，入射面與圖面的夾角為，則將沿AB的入射光分解為p分量和s分量，其振幅分別為：∵入射角為∴∴出射光的振幅為：∴最后的出射光強(qiáng)為：4－8望遠(yuǎn)鏡之物鏡為一雙膠合透鏡，其單透鏡的折射率分別為1.52和1.68，采用折射率為1.60的樹(shù)脂膠合。問(wèn)物鏡膠合前后的反射光能損失分別為多少？（假設(shè)光束通過(guò)各反射面時(shí)接近正入射）解：系統(tǒng)包括4個(gè)反射面，由于假設(shè)光束通過(guò)各反射面時(shí)接近正入射，則未膠合時(shí)，各面的反射率為：文案大全實(shí)用文檔設(shè)入射到系統(tǒng)的光能為W，則通過(guò)該系統(tǒng)后的光

5、能為：∴光能損失為20％同理，膠合后各面的反射率為：通過(guò)該系統(tǒng)后的光能為：∴光能損失為10.5％4－9如圖，光束垂直入射到45°直角棱鏡的一個(gè)側(cè)面，光束經(jīng)斜面反射后從第二個(gè)側(cè)面透出。若入射光強(qiáng)為I0，問(wèn)從棱鏡透出的光束的強(qiáng)度為多少？設(shè)棱鏡的折射率為1.52，并且不考慮棱鏡的吸收。解：光束經(jīng)過(guò)三個(gè)反射面，通過(guò)第一個(gè)反射面和第三個(gè)反射面時(shí)均為垂直入射，其反射率為：文案大全實(shí)用文檔在第二個(gè)反射面即棱鏡的斜面上，入射角為45°。全反射的臨界角為：∴在棱鏡斜面上發(fā)生全反射，反射光強(qiáng)等于入射光強(qiáng)。∴從棱鏡透出的光束的強(qiáng)度為：4－10如圖，玻璃塊周?chē)橘|(zhì)的折射率為1.4。若光束射向玻璃塊的入

6、射角為60°，問(wèn)玻璃塊的折射率至少應(yīng)為多大才能使透入光束發(fā)生全發(fā)射？解：設(shè)玻璃的折射率為n2，則發(fā)生全發(fā)射的臨界角為：∴由圖中幾何關(guān)系，折射角由折射定律：∴∴4－11產(chǎn)生圓偏振光的穆尼菱體如圖所示，若菱體的折射率為1.65，求頂角A。解：光束經(jīng)過(guò)兩次全反射，每次反射后s波和p波之間的位相差為：其中是入射角，n為相對(duì)折射率：出射后產(chǎn)生圓偏振光，則需要：∴解得：或文案大全實(shí)用文檔∵要發(fā)生兩次全反射，則：由圖中幾何關(guān)系可知：∴∴不合題意∴頂角A為4－12線(xiàn)偏振光在玻璃－空氣界面上全反射，線(xiàn)偏振光電矢量的振動(dòng)方向與入射面成一非零或π/2的角度。設(shè)玻璃的折射率n＝1.5，問(wèn)線(xiàn)偏振光以多大

7、角度入射才能使反射光s波和p波的位相差等于40°？解：∵∴∴解得：或4－13如圖所示是一根直圓柱形光纖，光纖芯的折射率為n1，光纖包層的折射率為n2，并且n1>n2。（1）證明入射光的最大孔徑角滿(mǎn)足：；（2）若，，最大孔徑角為多少？解：（1）如圖，為保證光線(xiàn)在光纖內(nèi)的入射角大于臨界角，必須使入射到光纖端面的光線(xiàn)限制在最大孔徑角范圍內(nèi)。由折射定律：∵∴∴（2）當(dāng)，時(shí)：∴最大孔徑角為：文案大全實(shí)用文檔4－14如圖所示是一根彎曲的圓柱形光纖，光纖芯和包層的折射率分別為和（），光纖芯的直徑為D，曲率