2026年光學(xué)工程知識(shí)要點(diǎn)解析練習(xí)題一、單選題（每題2分，共10題）1.題干：在光學(xué)系統(tǒng)中，為了減少色差，通常采用哪種透鏡組合？A.雙膠合透鏡B.單透鏡C.棱鏡D.透鏡組+棱鏡答案：A解析：雙膠合透鏡通過(guò)合理選擇玻璃材料組合，可以有效校正球差和色差，提高成像質(zhì)量。單透鏡色差明顯，棱鏡主要用于分光或偏轉(zhuǎn)，透鏡組+棱鏡組合較少用于普通成像系統(tǒng)。2.題干：光纖通信中，常用的低損耗波段是？A.400-500nm（可見(jiàn)光波段）B.850nm（短波長(zhǎng)）C.1310nm（常規(guī)單模）D.1550nm（長(zhǎng)波長(zhǎng)）答案：D解析：1550nm波段在光纖中損耗最低，適合長(zhǎng)途高速光通信，而850nm主要用于短距離局域網(wǎng)。1310nm損耗次之，但應(yīng)用較少。3.題干：激光器的輸出功率與哪些因素密切相關(guān)？（多選）A.泵浦功率B.溫度穩(wěn)定性C.光子壽命D.工作物質(zhì)種類答案：A、B、C、D解析：泵浦功率決定了激發(fā)效率，溫度穩(wěn)定性影響激光器性能，光子壽命影響弛豫過(guò)程，工作物質(zhì)種類決定激光波長(zhǎng)和效率。4.題干：以下哪種光學(xué)元件可用于光束擴(kuò)束？A.準(zhǔn)直鏡B.擴(kuò)束鏡組C.分束鏡D.調(diào)制器答案：B解析：擴(kuò)束鏡組通過(guò)透鏡或反射鏡組合實(shí)現(xiàn)光束放大，準(zhǔn)直鏡用于光束方向控制，分束鏡用于光路分權(quán)，調(diào)制器用于信號(hào)調(diào)制。5.題干：衍射極限光束的衍射角與什么無(wú)關(guān)？A.波長(zhǎng)B.光束直徑C.孔徑數(shù)值孔徑D.光源類型答案：D解析：衍射角由λ/D和NA決定，與光源具體類型無(wú)關(guān)，但與物理參數(shù)有關(guān)。二、多選題（每題3分，共5題）6.題干：全息術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)包括哪些？A.相干光源B.記錄介質(zhì)C.友好性D.振幅和相位記錄答案：A、B、D解析：全息術(shù)依賴相干光源、高靈敏度記錄介質(zhì)以及能同時(shí)記錄振幅和相位的能力，"友好性"非技術(shù)要素。7.題干：光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的像差包括？A.球差B.色差C.像散D.像畸變答案：A、B、C、D解析：像差包括球差、色差、像散、畸變、場(chǎng)曲等，均為光學(xué)系統(tǒng)需校正的缺陷。8.題干：光刻技術(shù)中，影響分辨率的關(guān)鍵因素有？A.照明波長(zhǎng)B.投影透鏡數(shù)值孔徑EUV技術(shù)D.襯底材料答案：A、B、C解析：分辨率與λ/NA成正比，EUV（極紫外）技術(shù)可實(shí)現(xiàn)更高分辨率，襯底材料影響較小。9.題干：非線性光學(xué)效應(yīng)產(chǎn)生的條件是？A.強(qiáng)光場(chǎng)B.頻率匹配C.相位匹配D.媒介折射率答案：A、B、C解析：非線性效應(yīng)需強(qiáng)光（高于閾值）、光頻疊加滿足能量守恒（頻率匹配）、相位條件（相位匹配），與介質(zhì)本身折射率相關(guān)但非產(chǎn)生條件。10.題干：光學(xué)測(cè)量技術(shù)中，干涉儀主要應(yīng)用場(chǎng)景包括？A.光程差測(cè)量B.波長(zhǎng)測(cè)量C.平面度檢測(cè)D.溫度測(cè)量答案：A、B、C解析：干涉儀通過(guò)光程差變化實(shí)現(xiàn)精密測(cè)量，可測(cè)波長(zhǎng)、表面形貌等，但與溫度測(cè)量關(guān)聯(lián)較弱。三、填空題（每題2分，共10題）11.題干：光學(xué)系統(tǒng)的阿貝數(shù)表示色差校正能力，其值越大，色差越______。答案：小解析：阿貝數(shù)（nF-1）越大，表示色散越小，色差校正越好。12.題干：光纖通信中，色散補(bǔ)償通常采用______或色散平坦光纖。答案：色散補(bǔ)償模塊解析：通過(guò)特殊模塊或光纖實(shí)現(xiàn)反向色散抵消。13.題干：全息照相的記錄原理基于光的______和干涉。答案：衍射解析：全息術(shù)記錄物光和參考光的干涉條紋，利用衍射重現(xiàn)圖像。14.題干：激光雷達(dá)（LiDAR）的核心技術(shù)是______和距離測(cè)量。答案：脈沖激光發(fā)射解析：通過(guò)發(fā)射激光脈沖并測(cè)量回波時(shí)間計(jì)算距離。15.題干：光學(xué)相干層析（OCT）利用______原理實(shí)現(xiàn)高分辨率成像。答案：低相干干涉解析：通過(guò)測(cè)量反射光干涉信號(hào)實(shí)現(xiàn)深度分辨。16.題干：衍射極限條件下，光束擴(kuò)散角θ≈______（λ為波長(zhǎng)，D為孔徑）。答案：1.22λ/D解析：基于惠更斯原理和菲涅爾積分推導(dǎo)。17.題干：光刻機(jī)中的關(guān)鍵光學(xué)元件是______，其NA直接影響分辨率。答案：浸沒(méi)式透鏡解析：高NA透鏡（如浸沒(méi)式）可突破衍射極限。18.題干：非線性光學(xué)中，倍頻效應(yīng)產(chǎn)生的光頻為入射光頻的______倍。答案：2解析：二次諧波為基頻的兩倍。19.題干：自適應(yīng)光學(xué)主要解決大氣湍流導(dǎo)致的______問(wèn)題。答案：波前畸變解析：通過(guò)實(shí)時(shí)補(bǔ)償波前誤差提高成像質(zhì)量。20.題干：量子光學(xué)研究的是______的光學(xué)現(xiàn)象。答案：?jiǎn)蝹€(gè)光子解析：關(guān)注光的量子特性，如光子統(tǒng)計(jì)分布。四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共4題）21.題干：簡(jiǎn)述光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的“像差平衡”原則及其應(yīng)用場(chǎng)景。答案：像差平衡原則指在多組元系統(tǒng)中，通過(guò)合理分配各元件的像差貢獻(xiàn)，使系統(tǒng)總像差最小化。應(yīng)用場(chǎng)景包括望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡、投影儀等復(fù)雜成像系統(tǒng)，尤其在高精度光學(xué)設(shè)計(jì)（如空間望遠(yuǎn)鏡）中至關(guān)重要。22.題干：光纖通信中，色散和非線性效應(yīng)分別會(huì)導(dǎo)致什么問(wèn)題？如何緩解？答案：色散導(dǎo)致脈沖展寬，降低傳輸速率；非線性效應(yīng)（如自相位調(diào)制）引起信號(hào)失真。緩解方法：色散補(bǔ)償模塊/平坦光纖；非線性效應(yīng)可通過(guò)色散管理（交替使用正負(fù)色散光纖）、低功率傳輸或色散抑制技術(shù)。23.題干：全息術(shù)與普通照相有何本質(zhì)區(qū)別？答案：全息術(shù)記錄光的振幅和相位信息，能三維成像；普通照相僅記錄振幅（灰度）。全息圖需參考光重建，具有立體感，而普通照片是二維平面圖像。24.題干：激光器的諧振腔設(shè)計(jì)需要考慮哪些因素？答案：諧振腔需滿足光子能量與腔內(nèi)模式匹配（選模），通過(guò)反射鏡鍍膜控制透射率；模式選擇決定激光線寬和穩(wěn)定性；光束質(zhì)量（M2因子）也與腔內(nèi)增益分布相關(guān)。五、計(jì)算題（每題10分，共2題）25.題干：一束波長(zhǎng)為632.8nm的氦氖激光通過(guò)直徑D=2mm的光束孔徑，求其衍射極限的擴(kuò)散角（θ）。若改為光纖輸出（NA=0.2），其有效擴(kuò)散角是多少？答案：θ=1.22λ/D=1.22×632.8×10??/2×10?3≈0.389mrad光纖有效孔徑d=2×NA=0.4mm，θ=1.22×632.8×10??/0.4×10?3≈0.19mrad26.題干：某光刻機(jī)浸沒(méi)式透鏡NA=1.35，光源波長(zhǎng)λ=13.5nm，計(jì)算其理論分辨率極限（d）。若實(shí)際使用中透鏡溫度升高導(dǎo)致折射率下降（n→1.33），分辨率如何變化？答案：d=0.61λ/NA=0.61×13.5/1.35≈6nm若n=1.33，NA實(shí)際為1.35/1.33≈1.02，d=0.61×13.5/1.02≈8nm，分辨率下降。六、論述題（15分）27.題干：結(jié)合具體應(yīng)用場(chǎng)景，論述光學(xué)工程在半導(dǎo)體制造中的核心作用及其面臨的挑戰(zhàn)。答案：核心作用：光刻技術(shù)是半導(dǎo)體制造的關(guān)鍵（如EUV光刻突破7nm節(jié)點(diǎn)），光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)決定芯片性能；檢測(cè)