遼寧省專升本2025年物理學(xué)光學(xué)信息處理試卷（含答案）考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。在每小題列出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一個(gè)是符合題目要求的，請將正確選項(xiàng)字母填在題后的括號內(nèi)）1.一束光從空氣斜射入玻璃中，下列說法正確的是（）。A.入射角等于折射角B.折射角一定大于入射角C.玻璃的折射率大于1D.光在玻璃中的傳播速度大于在空氣中的速度2.在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，若用白光光源替換單色光光源，則屏幕上觀察到的是（）。A.只有一條明紋B.干涉條紋間距變寬C.干涉條紋消失D.干涉條紋間距變窄3.波長為λ的單色光垂直入射到縫寬為a（a>λ）的狹縫上，在衍射屏上觀察到夫瑯禾費(fèi)衍射圖樣，下列說法正確的是（）。A.中央明紋寬度與縫寬a成正比B.衍射條紋的級數(shù)越高，對應(yīng)的衍射角越大C.當(dāng)縫寬a減小，所有衍射條紋都向中央明紋移動D.第m級明紋的位置由公式dsinθ=mλ確定（d為縫到屏距離）4.自然光以布儒斯特角入射到透明介質(zhì)表面時(shí)，反射光和折射光（）。A.都是線偏振光B.都是橢圓偏振光C.反射光是線偏振光，折射光是自然光D.折射光是線偏振光，反射光是自然光5.一束光強(qiáng)為I?的平行光垂直入射到理想透鏡的焦平面處，透鏡的直徑為D，焦距為f，則在透鏡后距離透鏡f遠(yuǎn)處屏幕上形成的照度約為（）。A.I?B.I?/πD2C.I?D2/πf2D.I?f2/πD26.在傅里葉光學(xué)中，空間濾波器放置在（）。A.物平面B.像平面C.空間頻率變換透鏡的焦平面D.參考光入射點(diǎn)7.全息照相與普通照相相比，主要特點(diǎn)是（）。A.普通照相記錄物光的強(qiáng)度，全息照相記錄物光和參考光的干涉條紋B.普通照相只能看到物體的一個(gè)面，全息照相能看到物體的三維信息C.全息照相不需要透鏡D.全息照相的圖像沒有深度感8.光學(xué)信息處理系統(tǒng)通常包含以下部分，其中核心部分是（）。A.光源和探測器B.光學(xué)變換系統(tǒng)和空間濾波器C.物體和信息載體D.顯示和記錄系統(tǒng)9.若輸入到一個(gè)傅里葉變換光學(xué)系統(tǒng)的物體信息是一張頻率較高的圖像，為了觀察到其頻譜，空間濾波器應(yīng)放置在（）。A.物平面B.空間頻率變換透鏡的前焦平面C.空間頻率變換透鏡的焦平面D.空間頻率變換透鏡的后焦平面10.利用傅里葉光學(xué)實(shí)現(xiàn)圖像相干識別，其基礎(chǔ)是（）。A.光的衍射B.光的干涉C.傅里葉變換D.濾波器的設(shè)計(jì)二、填空題（每小題2分，共20分。將答案填寫在題中橫線上）1.光在真空中傳播的速度是__________m/s。2.光的干涉現(xiàn)象的產(chǎn)生條件之一是兩束光必須滿足__________和__________。3.單縫夫瑯禾費(fèi)衍射中央明紋的寬度是其他各級明紋寬度的__________倍。4.一束線偏振光通過偏振片后，其偏振態(tài)變?yōu)開_________。5.折射率為n的透明介質(zhì)，其光密程度比空氣__________（填“高”或“低”）。6.傅里葉變換光學(xué)利用了光學(xué)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)__________變換的特性。7.全息照相記錄的是物光和參考光的__________信息。8.空間濾波是通過改變光學(xué)系統(tǒng)的__________來改變輸出圖像的。9.光學(xué)信息處理技術(shù)可以應(yīng)用于圖像的__________、__________和識別等方面。10.布儒斯特角是指入射光線以該角度入射時(shí)，反射光是完全__________的光。三、計(jì)算題（共40分）1.（10分）在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，縫距d=0.5mm，縫到屏距離D=1m，使用波長λ=550nm的單色光照明，求相鄰明紋間的距離。若將整個(gè)裝置浸入折射率n=1.33的水中，相鄰明紋間的距離如何變化？2.（10分）波長為λ=600nm的單色光垂直入射到寬度a=0.1mm的狹縫上，觀察夫瑯禾費(fèi)衍射圖樣，透鏡焦距f=50cm。求中央明紋的寬度以及第2級明紋的位置（即離中心多遠(yuǎn)）。3.（10分）一束自然光以60°的入射角射到玻璃平板上，玻璃折射率n=1.5。求反射光的偏振狀態(tài)和折射角。此時(shí)布儒斯特角是多少？4.（10分）在傅里葉變換光學(xué)系統(tǒng)中，物平面放置一個(gè)光柵，其空間頻率為100lines/mm，單色光λ=500nm垂直入射。若空間頻率變換透鏡的焦距f=50cm，求頻譜面位于何處？在頻譜面上，光柵衍射形成的中央明紋寬度是多少？四、簡答題（共20分）1.（10分）簡述全息照相與普通照相在記錄信息方式上的主要區(qū)別，并說明為什么全息照相能夠提供立體視覺效果。2.（10分）什么是空間濾波？在光學(xué)信息處理中，低通濾波器和高通濾波器分別有什么作用？試卷答案一、選擇題1.C2.B3.B4.A5.C6.C7.B8.B9.D10.C二、填空題1.3×10?2.相同頻率相同相位（或相干）3.24.線偏振光5.高6.空間頻率7.干涉8.頻譜（或空間頻率）9.增強(qiáng)處理10.偏振三、計(jì)算題1.解：相鄰明紋間距Δy=λD/dλ=550nm=550×10??m,d=0.5mm=0.5×10?3m,D=1mΔy=(550×10??m×1m)/(0.5×10?3m)=1.1×10?3m=1.1mm浸入水中后，光在介質(zhì)中的波長λ'=λ/n=550nm/1.33≈413nm水中相鄰明紋間距Δy'=λ'D/d=(413×10??m×1m)/(0.5×10?3m)≈0.826×10?3m=0.826mm變化：相鄰明紋間距變窄。2.解：中央明紋寬度Δy=2λf/aλ=600nm=600×10??m,f=50cm=0.5m,a=0.1mm=0.1×10?3mΔy=2×(600×10??m)×(0.5m)/(0.1×10?3m)=6×10?3m=6mm第2級明紋位置x?=λf/a=(600×10??m×0.5m)/(0.1×10?3m)=3×10?3m=3mm離中心距離為3mm。3.解：折射角θ?由Snell定律n?sinθ?=n?sinθ?得sinθ?=(n?/n?)sinθ?=(1/1.5)sin60°=(2/3)√3/3≈0.3848θ?≈22.7°反射光偏振狀態(tài)：由于入射角θ?=60°大于布儒斯特角θ_b，反射光為部分偏振光。布儒斯特角θ_b滿足tanθ_b=n?/n?θ_b=arctan(n?/n?)=arctan(1.5/1)≈56.3°4.解：空間頻率變換透鏡將物平面的空間頻率變換到其焦平面。頻譜面位于透鏡后焦平面上，距離為f=50cm。光柵衍射產(chǎn)生的中央明紋在頻譜面上對應(yīng)的位置范圍由其衍射角決定。第一級衍射光（±λ/a）的角度θ滿足λ/a=sinθ。對于第一級（m=1），sinθ=λ/a=(500×10??m)/(100×10??m)=0.005中央明紋寬度Δσ=2f*tanθ≈2f*sinθ(因θ很小)Δσ≈2×0.5m×0.005=0.005m=5mm四、簡答題1.答：普通照相記錄的是物體反射或透射光的強(qiáng)度分布（振幅平方），形成一個(gè)二維平面圖像。全息照相則記錄的是物體光波與參考光波形成的干涉條紋（包含振幅和相位信息），需要借助原參考光或其共軛光才能重建波前，觀察到三維立體圖像。全息照相記錄的是物光和參考光的干涉信息，因此包含了光波的相位信息，這是產(chǎn)生立體視覺效果的關(guān)鍵。2.答：空間濾波是指通過在光學(xué)系統(tǒng)的頻譜面（通常是傅里葉變換透鏡的焦平面）放置特殊設(shè)計(jì)