2026年光電系統(tǒng)光束控制與聚焦測試試題及答案考試時長：120分鐘滿分：100分考核對象：光電工程相關(guān)專業(yè)學(xué)生、行業(yè)從業(yè)者題型分值分布：-判斷題（10題，每題2分）總分20分-單選題（10題，每題2分）總分20分-多選題（10題，每題2分）總分20分-案例分析（3題，每題6分）總分18分-論述題（2題，每題11分）總分22分總分：100分---一、判斷題（每題2分，共20分）1.光束腰是激光束橫截面上光強(qiáng)最小的點(diǎn)。2.光束發(fā)散角與光束腰半徑成正比。3.光學(xué)透鏡可以實(shí)現(xiàn)光束的聚焦，但無法改變光束的波前曲率。4.光束質(zhì)量因子（M2）越小，光束質(zhì)量越高。5.光束整形可以通過空間光調(diào)制器（SLM）實(shí)現(xiàn)。6.光束聚焦深度與透鏡焦距成正比。7.光束掃描可以通過振鏡系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。8.光束相干性對聚焦精度有直接影響。9.光束傳輸距離越長，光束擴(kuò)散越嚴(yán)重。10.光束聚焦的衍射極限由透鏡孔徑?jīng)Q定。二、單選題（每題2分，共20分）1.以下哪種光學(xué)元件可用于光束準(zhǔn)直？A.透鏡B.反射鏡C.棱鏡D.分束器2.光束腰半徑與光束發(fā)散角的關(guān)系是？A.成正比B.成反比C.無關(guān)D.乘積為常數(shù)3.光束質(zhì)量因子M2=1的光束屬于？A.柱面光束B.高斯光束C.非相干光束D.平面波4.光束整形的主要目的是？A.增大光束腰B.減小發(fā)散角C.改變光束相干性D.提高光束質(zhì)量因子5.光束聚焦的衍射極限公式涉及哪個參數(shù)？A.波長B.透鏡直徑C.光束腰半徑D.以上都是6.光束掃描的常用方法是？A.鏡面偏轉(zhuǎn)B.透鏡調(diào)焦C.空間光調(diào)制D.光纖傳輸7.光束相干性的量度是？A.自相關(guān)函數(shù)B.互相關(guān)函數(shù)C.光譜寬度D.光束發(fā)散角8.光束傳輸距離與光束擴(kuò)散的關(guān)系是？A.成正比B.成反比C.指數(shù)關(guān)系D.對數(shù)關(guān)系9.光束聚焦深度與哪個因素?zé)o關(guān)？A.透鏡焦距B.光束腰半徑C.光束質(zhì)量因子D.數(shù)值孔徑10.光束質(zhì)量因子M2的物理意義是？A.衍射極限的偏離程度B.光束相干性C.光束發(fā)散角D.光束腰半徑三、多選題（每題2分，共20分）1.光束控制技術(shù)包括哪些？A.準(zhǔn)直B.聚焦C.整形D.掃描E.傳輸2.影響光束質(zhì)量的因素有？A.波前曲率B.相干性C.光束腰半徑D.發(fā)散角E.數(shù)值孔徑3.光學(xué)透鏡的聚焦特性包括？A.焦距B.數(shù)值孔徑C.聚焦深度D.波前畸變E.光能利用率4.光束整形的應(yīng)用場景有？A.激光切割B.激光焊接C.激光顯示D.激光干涉測量E.激光通信5.光束掃描的常見系統(tǒng)包括？A.振鏡系統(tǒng)B.電光晶體C.空間光調(diào)制器D.反射鏡陣列E.光纖耦合器6.光束相干性的重要性體現(xiàn)在？A.衍射極限B.光束疊加C.聚焦精度D.傳輸距離E.光束質(zhì)量因子7.光束傳輸中的主要問題有？A.衍射擴(kuò)散B.散射損耗C.波前畸變D.光能衰減E.相位失穩(wěn)8.光束聚焦的優(yōu)化方法包括？A.調(diào)整焦距B.增大數(shù)值孔徑C.使用非球面透鏡D.控制光束質(zhì)量因子E.改變波長9.光束控制系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)有？A.波長B.光束腰半徑C.發(fā)散角D.相干長度E.數(shù)值孔徑10.光束質(zhì)量因子M2的測量方法包括？A.光束半徑測量B.光束傳播距離測量C.光束截面分析D.光束相干性測試E.光束功率測量四、案例分析（每題6分，共18分）案例1：激光切割光束聚焦優(yōu)化某激光切割系統(tǒng)使用波長為1064nm的激光，初始光束腰半徑為1mm，發(fā)散角為0.5mrad。切割材料為厚度1.5mm的鋁合金，要求切割深度均勻，表面粗糙度≤10μm?，F(xiàn)有兩種透鏡可選：-透鏡A：焦距50mm，數(shù)值孔徑0.2-透鏡B：焦距100mm，數(shù)值孔徑0.3問：（1）哪種透鏡更適合該切割任務(wù)？（2）計(jì)算聚焦后的光束腰半徑和聚焦深度。案例2：激光顯示光束整形某激光顯示系統(tǒng)需要將初始光束腰半徑為2mm、發(fā)散角為1mrad的激光整形為均勻矩形光斑，光斑尺寸為10mm×10mm?，F(xiàn)有兩種整形方法可選：-方法A：使用空間光調(diào)制器（SLM）進(jìn)行相位調(diào)制-方法B：使用柱面透鏡進(jìn)行聚焦后補(bǔ)償問：（1）哪種方法更適合該任務(wù)？（2）簡述整形原理及關(guān)鍵參數(shù)。案例3：激光干涉測量光束相干性某激光干涉測量系統(tǒng)使用波長為633nm的氦氖激光，光束腰半徑為0.5mm，發(fā)散角為0.3mrad。測量距離為1m，干涉條紋間距為1mm。問：（1）該光束的相干長度是多少？（2）若光束質(zhì)量因子M2=1.2，計(jì)算實(shí)際干涉條紋間距。五、論述題（每題11分，共22分）1.論述光束質(zhì)量因子M2的物理意義及其對光電系統(tǒng)性能的影響。2.比較光束準(zhǔn)直、聚焦和掃描技術(shù)的原理、優(yōu)缺點(diǎn)及典型應(yīng)用場景。---標(biāo)準(zhǔn)答案及解析一、判斷題1.√2.√3.×（透鏡可改變波前曲率）4.√5.√6.×（聚焦深度與焦距、光束腰半徑相關(guān)）7.√8.√9.√10.√解析：-4.M2=1為理想高斯光束，質(zhì)量越高，M2越小。-6.聚焦深度與透鏡焦距、光束腰半徑及數(shù)值孔徑相關(guān)，并非簡單成正比。二、單選題1.B2.B3.B4.B5.D6.A7.A8.A9.D10.A解析：-5.衍射極限公式λ/NA涉及波長、數(shù)值孔徑，需綜合參數(shù)。-9.數(shù)值孔徑與聚焦深度無關(guān)，主要影響聚焦銳度。三、多選題1.A,B,C,D,E2.A,B,C,D,E3.A,B,C,D,E4.A,B,C,D,E5.A,B,C,D,E6.A,B,C,D,E7.A,B,C,D,E8.A,B,C,D,E9.A,B,C,D,E10.A,B,C,D解析：-1.光束控制包括準(zhǔn)直、聚焦、整形、掃描和傳輸?shù)热鞒獭?8.聚焦優(yōu)化需綜合焦距、數(shù)值孔徑、非球面設(shè)計(jì)等。四、案例分析案例1：（1）透鏡B更適合，因數(shù)值孔徑更大（0.3>0.2），可提供更銳利的聚焦。（2）聚焦后光束腰半徑w?≈1mm×(0.5/0.3)≈1.67mm，聚焦深度Δz≈πw?2/λ×(NA)2≈1.672×π/(1064×10??)×(0.3)2≈0.15m。案例2：（1）方法A更適合，因SLM可精確控制相位，實(shí)現(xiàn)任意光斑形狀。（2）整形原理：SLM通過相位調(diào)制補(bǔ)償波前畸變，實(shí)現(xiàn)均勻光斑；關(guān)鍵參數(shù)包括調(diào)制精度、空間分辨率。案例3：（1）相干長度Lc≈πλ/M2≈π×633×10??/1.2≈1.65mm。（2）實(shí)際條紋間距Δx≈Lc/1m≈1.65mm/1m≈1.65mm（理論值）。五、論述題1.M2的物理意義及影響M2是衡量光束質(zhì)量的無量綱參數(shù)，定義為實(shí)際光束與理想高斯光束在傳播方向上光斑半徑比值的積分平方。M2=1為理想光束，M2越大表示光束質(zhì)量越差（如非高斯光束、波前畸變）。對光電系統(tǒng)的影響：-聚焦精度：M2越小，聚焦點(diǎn)越銳利。-傳輸距離：M2越大，傳輸距離越短。-應(yīng)用場景：高精度測量（M2≤1.1）、激光加工（M2≤1.5）需嚴(yán)格控制M2。2.準(zhǔn)直、聚焦和掃描技術(shù)比較|技術(shù)|原理|優(yōu)點(diǎn)|缺點(diǎn)|應(yīng)用場景||------------|--------------------|--------------------|--------------------|------------------------||準(zhǔn)直|反射/折射控制光路|簡單、高效率|受限于光學(xué)元件精度|激光