2026年典型光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)指標(biāo)試題含答案一、單選題（每題2分，共20題）1.在近紅外成像系統(tǒng)中，若需提高系統(tǒng)透過率，通常采用哪種材料？A.石英玻璃B.硫化鋅（ZnS）C.氟化鈣（CaF?）D.硅酸鋇（BaSi?O?）答案：B2.對于大視場角的光學(xué)系統(tǒng)，為減少像差，常采用哪種設(shè)計(jì)？A.雙膠合透鏡B.復(fù)消色差透鏡C.廣角目鏡D.折反射式系統(tǒng)答案：D3.在車載前視系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，F(xiàn)數(shù)通常選擇多少以平衡光通量和分辨率？A.F/1.4B.F/2.8C.F/5.6D.F/11答案：C4.光纖耦合系統(tǒng)中，為減少反射損耗，常采用哪種抗反射膜層？A.透射型增透膜B.高反膜C.低折射率膜層D.漫反射膜答案：A5.激光測距系統(tǒng)中，為提高測距精度，通常采用哪種探測器？A.光電二極管（PD）B.雪崩光電二極管（APD）C.熱釋電探測器D.光電倍增管（PMT）答案：B6.在顯微鏡物鏡設(shè)計(jì)中，為提高數(shù)值孔徑（NA），需增大哪種參數(shù)？A.焦距B.物鏡直徑C.照明光波長D.像方折射率答案：B7.對于空間相機(jī)系統(tǒng)，為減少散射，常采用哪種結(jié)構(gòu)？A.開放式光路B.閉光路C.氣隙補(bǔ)償結(jié)構(gòu)D.多層鍍膜答案：B8.在半導(dǎo)體檢測系統(tǒng)中，為提高分辨率，通常采用哪種成像方式？A.熒光成像B.數(shù)字顯微鏡成像C.范德堡成像D.熱成像答案：B9.對于天文望遠(yuǎn)鏡，為提高成像質(zhì)量，常采用哪種光學(xué)系統(tǒng)？A.反射式系統(tǒng)B.折射式系統(tǒng)C.折反射式系統(tǒng)D.膠合透鏡系統(tǒng)答案：A10.在醫(yī)用內(nèi)窺鏡設(shè)計(jì)中，為減少球差，常采用哪種結(jié)構(gòu)？A.雙膠合透鏡B.潛望式結(jié)構(gòu)C.菲涅爾透鏡D.非球面透鏡答案：D二、多選題（每題3分，共10題）11.在激光雷達(dá)（LiDAR）系統(tǒng)中，為提高探測距離，需優(yōu)化哪些參數(shù)？A.激光功率B.探測器靈敏度C.光束質(zhì)量（M2）D.大氣透射率答案：ABCD12.對于紅外熱像儀，為提高測溫精度，需考慮哪些因素？A.探測器噪聲等效溫差（NETD）B.光譜響應(yīng)范圍C.物鏡F數(shù)D.鏡頭鍍膜答案：ABCD13.在光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為提高成像質(zhì)量，常采用哪些措施？A.使用非球面透鏡B.優(yōu)化像差校正C.增加光闌位置D.采用多光譜成像答案：ABC14.對于顯微成像系統(tǒng)，為提高深度分辨率，常采用哪些技術(shù)？A.超分辨率顯微鏡B.軸向掃描技術(shù)C.光學(xué)相干斷層掃描（OCT）D.共聚焦成像答案：BCD15.在車載輔助駕駛系統(tǒng)中，為提高圖像識別率，需優(yōu)化哪些參數(shù)？A.相機(jī)分辨率B.動態(tài)范圍C.低光性能D.視角范圍答案：ABCD16.對于光纖通信系統(tǒng)，為減少傳輸損耗，常采用哪些措施？A.光纖保真度B.拉曼放大C.光纖色散補(bǔ)償D.波分復(fù)用答案：BCD17.在光學(xué)系統(tǒng)熱設(shè)計(jì)中，為減少熱變形，常采用哪些措施？A.選用低熱膨脹材料B.均勻加熱C.優(yōu)化結(jié)構(gòu)對稱性D.使用熱沉答案：ABCD18.對于天文觀測系統(tǒng)，為提高成像質(zhì)量，常采用哪些技術(shù)？A.自適應(yīng)光學(xué)B.光纖陣列C.激光冷卻D.長焦距物鏡答案：ABD19.在醫(yī)用內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中，為提高成像清晰度，常采用哪些技術(shù)？A.超微結(jié)構(gòu)鏡頭B.高幀率成像C.多波段成像D.光纖照明答案：ABCD20.對于激光加工系統(tǒng)，為提高加工精度，常采用哪些措施？A.激光束質(zhì)量優(yōu)化B.工件定位精度C.系統(tǒng)穩(wěn)定性D.控制環(huán)境振動答案：ABCD三、判斷題（每題2分，共10題）21.在光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，F(xiàn)數(shù)越小，系統(tǒng)光通量越大。（正確）22.紅外探測器在低溫環(huán)境下性能通常更優(yōu)。（正確）23.光學(xué)系統(tǒng)中的色差主要來源于玻璃材料的色散特性。（正確）24.大視場角系統(tǒng)無需考慮畸變校正。（錯誤）25.光纖耦合系統(tǒng)中的反射損耗主要來源于接口面。（正確）26.激光雷達(dá)系統(tǒng)中的探測距離與激光功率成正比。（正確）27.醫(yī)用內(nèi)窺鏡通常采用開放式光路設(shè)計(jì)。（錯誤）28.天文望遠(yuǎn)鏡的分辨率僅取決于物鏡口徑。（錯誤）29.光學(xué)系統(tǒng)中的熱變形主要影響成像質(zhì)量。（正確）30.高分辨率成像系統(tǒng)無需考慮動態(tài)范圍。（錯誤）四、簡答題（每題5分，共5題）31.簡述光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中如何平衡F數(shù)與分辨率的關(guān)系。答：F數(shù)越小，光通量越大，但分辨率可能下降；F數(shù)越大，分辨率越高，但光通量減少。設(shè)計(jì)時(shí)需根據(jù)應(yīng)用需求選擇合適的F數(shù)，可通過優(yōu)化像差校正、采用非球面透鏡等方法提升分辨率，同時(shí)保持足夠的光通量。32.簡述紅外探測器在低溫環(huán)境下的優(yōu)勢。答：低溫環(huán)境下，紅外探測器的熱噪聲顯著降低，信噪比提高，從而提升探測靈敏度；同時(shí)，暗電流減小，有助于提高成像質(zhì)量。33.簡述車載前視系統(tǒng)設(shè)計(jì)中如何優(yōu)化視場角與分辨率。答：可通過采用折反射式系統(tǒng)、優(yōu)化物鏡設(shè)計(jì)、增加光闌位置等方法，在保證足夠視場角的同時(shí)提升分辨率；此外，可結(jié)合圖像拼接技術(shù)，進(jìn)一步擴(kuò)大有效視場角。34.簡述醫(yī)用內(nèi)窺鏡設(shè)計(jì)中如何減少球差。答：可通過采用非球面透鏡、優(yōu)化透鏡結(jié)構(gòu)、增加光闌位置等方法，減少球差；此外，可結(jié)合多波段成像技術(shù)，提升成像清晰度。35.簡述激光雷達(dá)系統(tǒng)中如何提高探測距離。答：可通過提高激光功率、優(yōu)化光束質(zhì)量（M2）、增強(qiáng)探測器靈敏度、減少大氣散射等方法，提升探測距離；此外，可結(jié)合信號處理技術(shù)，如脈沖壓縮，提高信噪比。五、計(jì)算題（每題10分，共2題）36.某車載前視系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)如下：物鏡焦距為50mm，F(xiàn)數(shù)為F/3，視場角為40°。計(jì)算系統(tǒng)的出瞳直徑和光通量。解：-出瞳直徑：d=fF=50mm3=150mm-光通量：Φ=π(d/2)2λ/(4F2)≈3.14(75)20.55/(49)≈502.4lm37.某紅外熱像儀探測器參數(shù)如下：NETD為0.02K，光譜響應(yīng)范圍為8-14μm，物鏡F數(shù)為F/1.8。計(jì)算該系統(tǒng)在1000K目標(biāo)下的探測距離（假設(shè)大氣透射率為80%）。解：-探測距離R=sqrt((Fλ)2/(4πNETD2)T/τ)-R=sqrt((1.81.55)2/(4π0.022)1000/0.8)≈1200m六、論述題（每題15分，共2題）38.論述光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中如何平衡像差校正與成本的關(guān)系。答：光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，像差校正直接影響成像質(zhì)量，但復(fù)雜校正會顯著增加成本。平衡策略包括：-優(yōu)先校正主要像差（如球差、色差）；-采用非球面透鏡替代多片膠合透鏡；-結(jié)合計(jì)算光學(xué)設(shè)計(jì)，減少試錯成本；-根據(jù)應(yīng)用需求確定像差容限，避免過度設(shè)計(jì)。39.論述光學(xué)系統(tǒng)熱設(shè)計(jì)中如何減少熱變