106年:視覺光學(3)

一個折射率為 1.7的未鍍膜樹脂透鏡,其前表面可以反射大約多少百分比的入射光線?

A4.2%
B5.8%
C7.9%
D6.7%

詳細解析

本題觀念:

本題考查 Fresnel 反射定律(Fresnel reflection)在光學鏡片設計中的應用。未鍍膜(uncoated)透鏡表面,光線由空氣進入鏡片材料時,有一部分光會在界面上被反射,其比例由折射率決定。

選項分析

Fresnel 正入射反射公式(normal incidence):

R=(n1n2n1+n2)2R = \left(\frac{n_1 - n_2}{n_1 + n_2}\right)^2

其中 n1n_1 為入射側介質(空氣,n1=1.0n_1 = 1.0),n2n_2 為鏡片折射率(n2=1.7n_2 = 1.7)。

代入計算:

R=(1.01.71.0+1.7)2=(0.72.7)2=(0.2593)20.0672R = \left(\frac{1.0 - 1.7}{1.0 + 1.7}\right)^2 = \left(\frac{-0.7}{2.7}\right)^2 = (0.2593)^2 \approx 0.0672

即約 6.7% 的入射光被前表面反射。

(A) 4.2%:這是折射率約 1.5 的普通光學玻璃的反射率(R=((1.01.5)/(1.0+1.5))2=(0.2)2=4%R = ((1.0-1.5)/(1.0+1.5))^2 = (0.2)^2 = 4\%),並非折射率 1.7 的結果,錯誤

(B) 5.8%:無對應折射率可計算出此數值,錯誤

(C) 7.9%:代入 Fresnel 公式不能得到此數值,

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