2025年大學(xué)光學(xué)工程（光學(xué)設(shè)計(jì)）技能測(cè)試題

（考試時(shí)間：90分鐘滿分100分）班級(jí)______姓名______第I卷（選擇題共30分）答題要求：本卷共6題，每題5分。每題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的。請(qǐng)將正確答案的序號(hào)填在題后的括號(hào)內(nèi)。1.以下哪種光學(xué)系統(tǒng)可以有效減小像差？（）A.簡(jiǎn)單透鏡系統(tǒng)B.復(fù)雜折射系統(tǒng)C.反射式光學(xué)系統(tǒng)D.干涉儀光學(xué)系統(tǒng)答案：B2.光學(xué)設(shè)計(jì)中，對(duì)于成像質(zhì)量影響最大的像差是（）A.球差B.彗差C.像散D.色差答案：A3.在設(shè)計(jì)長(zhǎng)焦鏡頭時(shí)，主要需要考慮的因素不包括（）A.焦距的精確控制B.大光圈的設(shè)計(jì)C.色差的校正D.體積的小型化答案：D4.以下哪種材料在光學(xué)設(shè)計(jì)中常用于制造高折射率鏡片？（）A.玻璃B.塑料C.晶體D.陶瓷答案：C5.光學(xué)系統(tǒng)的分辨率主要取決于（）A.透鏡的焦距B.光圈的大小C.像差的校正程度D.探測(cè)器的性能答案：C6.設(shè)計(jì)廣角鏡頭時(shí)，為了減小畸變，通常采用（）A.對(duì)稱式結(jié)構(gòu)B.非對(duì)稱式結(jié)構(gòu)C.膠合鏡片結(jié)構(gòu)D.浮動(dòng)鏡片結(jié)構(gòu)答案：A第II卷（非選擇題共70分）二、填空題（共20分）答題要求：本大題共5小題，每空2分。請(qǐng)?jiān)跈M線上填寫正確答案。1.光學(xué)設(shè)計(jì)中常用的像差校正方法有______和______。答案：光學(xué)補(bǔ)償法、機(jī)械補(bǔ)償法2.對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)的色差校正，主要包括校正______色差和______色差。答案：軸向、垂軸3.光學(xué)系統(tǒng)的F數(shù)定義為______與______的比值。答案：焦距、入瞳直徑4.設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，需要考慮的環(huán)境因素包括______、______等。答案：溫度、濕度5.常用的光學(xué)設(shè)計(jì)軟件有______和______。答案：Zemax、CodeV三、簡(jiǎn)答題（共20分）答題要求：本大題共2小題，每題10分。簡(jiǎn)要回答問題。1.簡(jiǎn)述光學(xué)設(shè)計(jì)中球差的概念及其對(duì)成像質(zhì)量的影響。答案：球差是指軸上物點(diǎn)發(fā)出的同心光束，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后，不再是同心光束，不同孔徑的光線交光軸于不同位置，相對(duì)近軸像點(diǎn)有不同程度的偏離。球差會(huì)使成像模糊，降低像的清晰度，尤其在大孔徑光學(xué)系統(tǒng)中影響更為明顯，導(dǎo)致像的邊緣出現(xiàn)模糊和變形等問題。2.說明光學(xué)設(shè)計(jì)中如何進(jìn)行像差的平衡與優(yōu)化。答案：通過合理選擇光學(xué)材料、鏡片的曲率半徑、鏡片的組合方式等。利用光學(xué)補(bǔ)償法或機(jī)械補(bǔ)償法來校正像差。調(diào)整各個(gè)像差之間的關(guān)系，使它們相互補(bǔ)償，達(dá)到最佳的成像質(zhì)量。同時(shí)，借助光學(xué)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行模擬和分析，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)像差的平衡與優(yōu)化。四、材料分析題（共15分）答題要求：閱讀以下材料，回答問題。材料：在設(shè)計(jì)一款用于天文觀測(cè)的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡時(shí)，需要考慮諸多因素。該望遠(yuǎn)鏡要求具有高分辨率，能夠清晰觀測(cè)遙遠(yuǎn)天體的細(xì)節(jié)。同時(shí)，要盡量減小色差和球差對(duì)成像的影響。在材料選擇上，既要考慮光學(xué)性能，又要兼顧成本和重量。1.針對(duì)該望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)要求，應(yīng)優(yōu)先考慮哪種像差的校正？為什么？（5分）答案：應(yīng)優(yōu)先考慮球差的校正。因?yàn)閷?duì)于天文觀測(cè)的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，高分辨率至關(guān)重要，球差會(huì)嚴(yán)重影響成像的清晰度，導(dǎo)致觀測(cè)到的天體細(xì)節(jié)模糊，所以優(yōu)先校正球差能最大程度提高望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)性能。2.在材料選擇方面，你認(rèn)為哪些材料可能適合該望遠(yuǎn)鏡？說明理由。（5分）答案：一些光學(xué)玻璃材料可能適合。如冕牌玻璃，它具有較好的光學(xué)均勻性和較低的色散，能在一定程度上滿足減小色差的要求，同時(shí)相對(duì)成本較低。晶體材料如氟化鈣等也可考慮，其具有高折射率、低色散等優(yōu)點(diǎn)，能更好地校正像差，但成本可能較高。綜合考慮成本和重量等因素，可根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的材料組合。3.為了實(shí)現(xiàn)高分辨率，除了校正像差，還可以采取哪些措施？（5分）答案：可以增大望遠(yuǎn)鏡的口徑，口徑越大，收集的光線越多，分辨率越高。采用高精度的加工和裝配工藝，確保光學(xué)元件的精度，減少因制造誤差帶來的影響。優(yōu)化望遠(yuǎn)鏡的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減少外界振動(dòng)等因素對(duì)觀測(cè)效果的干擾。使用高質(zhì)量的探測(cè)器，提高對(duì)微弱光線的探測(cè)能力和成像質(zhì)量。五、設(shè)計(jì)計(jì)算題（共15分）答題要求：根據(jù)題目所給條件進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算。設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的放大鏡光學(xué)系統(tǒng)，要求放大倍數(shù)為5倍。已知物距為100mm，求該放大鏡的焦距。答案：根據(jù)放大鏡放大倍數(shù)公式M=-s'/s（其中M為放大倍數(shù)，s'為像距，s為物距），已知M=5，s=100mm，則像距s'=-M×s=-5×100=-500mm。再根據(jù)薄透鏡成像公式1/f=1/s+1/s'，