天津大学 工程光学 01光的电磁理论1
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一、考试模块划分方式:考试内容分为A、B 两个模块,考生可任选其中一个模块。
A 模块为工程光学,B 模块为光电子学基础。
二、各模块初试大纲:A模块:工程光学(一)考试的总体要求本门课程的考试旨在考核学生有关应用光学和物理光学方面的基本概念、基本理论和实际解决光学问题的能力。
考生应独立完成考试内容,在回答试卷问题时,要求概念准确,逻辑清楚,必要的解题步骤不能省略,光路图应清晰正确。
(二)考试的内容及比例考试内容包括应用光学和物理光学两部分。
“应用光学”应掌握的重点知识包括:几何光学的基本理论和成像概念、理想光学系统理论、光学系统中的光束限制、平面和平面系统对成像的影响、像差的基本概念和典型光学系统的性质、成像关系及光束限制等。
具体知识点如下:1、掌握几何光学基本定律与成像基本概念,包括:四大基本定律及全反射的内容与现象解释;完善成像条件的概念和相关表述;几何光学符号规则以及单个折射球面、反射球面的成像公式、放大率公式等。
2、掌握理想光学系统的基本理论和典型应用,包括:基点、基面的主要类型及其特点;图解法求像的方法;解析法求像方法(牛顿公式、高斯公式);理想光学系统三个放大率的定义、计算公式及物理意义;理想光学系统两焦距之间的关系;正切计算法以及几种典型组合光组的结构特点、成像关系等。
3、掌握平面系统的主要种类及应用,包括:平面镜的成像特点及光学杠杆原理和应用;反射棱镜的种类、基本用途及成像方向判别;光楔的偏向角公式及其应用等。
4、掌握典型光学系统的光束限制分析,包括:孔径光阑、入瞳、出瞳、孔径角的定义及它们的关系;视场光阑、入窗、出窗、视场角的定义及它们的关系;渐晕、渐晕光阑、渐晕系数的定义;物方远心光路的工作原理;光瞳衔接原则及其作用;场镜的定义、作用和成像关系等。
5、了解像差基本概念,包括:像差的定义、种类和消像差的基本原则;7 种几何像差的定义、影响因素、性质和消像差方法等。
6、掌握几种典型光学系统的基本原理和特点,包括:正常眼、近视眼和远视眼的定义和特征,校正非正常眼的方法;视觉放大率的概念、表达式及其意义;显微镜系统的结构特点、成像特点、光束限制特点及主要参数的计算公式;临界照明和坷拉照明系统的组成、优缺点;望远系统的结构特点、成像特点、光束限制特点及主要参数的计算公式;摄影系统的结构特点、成像特点、光束限制特点及主要参数的计算公式;投影系统的概念、计算公式以及其照明系统的衔接条件等。
第一章 光的电磁理论1.1在真空中传播的平面电磁波,其电场表示为Ex=0,Ey=0,Ez=,(102)Cos [π×1014(t ‒xc )+π2](各量均用国际单位),求电磁波的频率、波长、周期和初相位。
解:由Ex=0,Ey=0,Ez=,则频率υ==(102)Cos [π×1014(t ‒xc )+π2]ω2π=0.5×1014Hz ,周期T=1/υ=2×10-14s ,π×10142π初相位φ0=+π/2(z=0,t=0),振幅A=100V/m ,波长λ=cT=3×108×2×10-14=6×10-6m 。
1.2.一个平面电磁波可以表示为Ex=0,Ey=,Ez=0,求:(1)2C o s [2π×1014(zc‒t )+π2]该电磁波的振幅,频率,波长和原点的初相位是多少?(2)波的传播和电矢量的振动取哪个方向?(3)与电场相联系的磁场B 的表达式如何写?解:(1)振幅A=2V/m ,频率υ=Hz ,波长λ==ω2π=2π×10142π=1014cυ=3×1081014,原点的初相位φ0=+π/2;(2)传3×10‒6m 播沿z 轴,振动方向沿y 轴;(3)由B =,可得By=Bz=0,Bx=1c(e k ×E )2c Co s [2π×1014(zc ‒t )+π2]1.3.一个线偏振光在玻璃中传播时可以表示为Ey=0,Ez=0,Ex=,102Co s [π×1015(z0.65c‒t)]试求:(1)光的频率;(2)波长;(3)玻璃的折射率。
解:(1)υ===5×1014Hz ;ω2ππ×10152π(2)λ=2πk=2ππ×1015/0.65c=2×0.65×3×1081015m =3.9×10‒7m =390nm;(3)相速度v=0.65c ,所以折射率n=cv=c0.65c ≈1.541.4写出:(1)在yoz 平面内沿与y 轴成θ角的方k向传播的平面波的复振幅;(2)发散球面波和汇聚球面波的复振幅。
2013-2014学年第一学期单独开设重修班课程表注:1. 重修选课时间:2013年9月13日8:00至9月18日17:00。
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出师表两汉:诸葛亮先帝创业未半而中道崩殂,今天下三分,益州疲弊,此诚危急存亡之秋也。
然侍卫之臣不懈于内,忠志之士忘身于外者,盖追先帝之殊遇,欲报之于陛下也。
诚宜开张圣听,以光先帝遗德,恢弘志士之气,不宜妄自菲薄,引喻失义,以塞忠谏之路也。
宫中府中,俱为一体;陟罚臧否,不宜异同。
若有作奸犯科及为忠善者,宜付有司论其刑赏,以昭陛下平明之理;不宜偏私,使内外异法也。
侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等,此皆良实,志虑忠纯,是以先帝简拔以遗陛下:愚以为宫中之事,事无大小,悉以咨之,然后施行,必能裨补阙漏,有所广益。
将军向宠,性行淑均,晓畅军事,试用于昔日,先帝称之曰“能”,是以众议举宠为督:愚以为营中之事,悉以咨之,必能使行阵和睦,优劣得所。
亲贤臣,远小人,此先汉所以兴隆也;亲小人,远贤臣,此后汉所以倾颓也。
先帝在时,每与臣论此事,未尝不叹息痛恨于桓、灵也。
侍中、尚书、长史、参军,此悉贞良死节之臣,愿陛下亲之、信之,则汉室之隆,可计日而待也。
臣本布衣,躬耕于南阳,苟全性命于乱世,不求闻达于诸侯。
先帝不以臣卑鄙,猥自枉屈,三顾臣于草庐之中,咨臣以当世之事,由是感激,遂许先帝以驱驰。
后值倾覆,受任于败军之际,奉命于危难之间,尔来二十有一年矣。
先帝知臣谨慎,故临崩寄臣以大事也。
受命以来,夙夜忧叹,恐托付不效,以伤先帝之明;故五月渡泸,深入不毛。
今南方已定,兵甲已足,当奖率三军,北定中原,庶竭驽钝,攘除奸凶,兴复汉室,还于旧都。
工程光学基础教程第一章工程光学是一门研究光学现象和光学器件在工程领域中应用的学科。
它涵盖了光学基础知识、光学器件和系统设计、光学测量和测试、光学传感和图像处理等方面的内容。
本文将以工程光学基础教程的第一章为主题,讨论工程光学的基本概念和原理。
第一章介绍了光的物理性质和光的波动理论。
光是一种电磁波,具有波动性和粒子性的特点。
光波动的基本特性包括波长、频率、振幅和相位。
光的波动可以通过实验来验证,例如干涉、衍射和折射等实验。
干涉是指两束光波相遇时发生的干涉现象。
干涉可以分为同相干和非相干干涉两种情况。
同相干干涉是指两束光波的相位差为整数倍的情况下发生的干涉。
非相干干涉是指两束光波的相位差不是整数倍的情况下发生的干涉。
衍射是指光通过一个小孔或经过不规则边缘时发生的衍射现象。
衍射可以用赫兹普龙原理来描述,即波的传播过程中每个波前都可以看作是一系列波源发出的球面波。
折射是指光从一种介质传播到另一种介质时发生的折射现象。
光的折射是由介质的折射率引起的,折射率是光在介质中传播速度与真空中传播速度的比值。
光的粒子性可以通过光的能量传播和光的吸收来解释。
光的能量在空间中传播时遵循能量守恒定律和动量守恒定律。
光的吸收是指光被物质吸收并转换为其他形式的能量,例如热能。
本章还介绍了光的能量和功率的计算方法。
光的能量可以通过光的强度和面积来计算,光的功率可以通过光的能量和时间来计算。
光的强度可以用辐射亮度和辐射通量来描述。
此外,本章还介绍了坐标系和光的传播方向。
坐标系是研究物体位置和光传播方向的基本工具。
光的传播方向可以用传播矢量和波矢量来描述,传播矢量指示光的传播方向,波矢量指示光的传播速度和方向。
综上所述,工程光学基础教程的第一章主要介绍了光的物理性质和光的波动理论。
通过学习这些基本概念和原理,我们可以更好地理解和应用工程光学知识。
工程光学是一门应用广泛的学科,对于光学器件和系统的设计、光学测量和测试、光学传感和图像处理等方面都有很大的意义和价值。
第九 章 光的电磁理论基础1.一个平面电磁波可以表示为140,2cos[210()],02x y z z E E t E cππ==⨯-+=,求(1)该电磁波的频率、波长、振幅和原点的初相位(2)拨的传播方向和电矢量的振动方向(3)相应的磁场B的表达式 解:(1)平面电磁波cos[2()]zE A t cπνϕ=-+ 对应有1462,10,,3102A Hz m πνϕλ-====⨯。
(2)波传播方向沿z 轴,电矢量振动方向为y 轴。
(3)B E →→与垂直,传播方向相同,∴0By Bz ==814610[210()]2z Bx CEy t c ππ===⨯⨯-+2. 在玻璃中传播的一个线偏振光可以表示2150,0,10cos 10()0.65y z x zE E E t cπ===-,试求(1)光的频率和波长;(2)玻璃的折射率。
解:(1)215cos[2()]10cos[10()]0.65zzE A t t c cπνϕπ=-+=- ∴1514210510v Hz πνπν=⇒=⨯72/2/0.65 3.910n k c m λππ-===⨯(2)8714310 1.543.910510n c c n v λν-⨯====⨯⨯⨯ 3.在与一平行光束垂直的方向上插入一片透明薄片,薄片的厚度0.01h mm =,折射率n=,若光波的波长为500nm λ=,试计算透明薄片插入前后所引起的光程和相位的变化。
解:光程变化为 (1)0.005n h mm ∆=-=相位变化为)(20250010005.026rad πππλδ=⨯⨯=∆=4. 地球表面每平方米接收到来自太阳光的功率为,试计算投射到地球表面的太阳光的电场强度的大小。
假设太阳光发出波长为600nm λ=的单色光。
解:∵22012I cA ε== ∴1322()10/I A v m c ε=5. 写出平面波8100exp{[(234)1610]}E i x y z t =++-⨯的传播方向上的单位矢量0k 。
天津大学光学工程专业考研真题资料含答案解析天津大学光学工程专业考研复习都是有依据可循的,考研学子关注事项流程为:考研报录比-大纲-参考书-资料-真题-复习经验-辅导-复试-导师,缺一不可。
在所有的专业课资料当中,真题的重要性无疑是第一位。
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考的上天津大学这样的知名学府也挺不容易的,我知道还有很多人在为考天津大学光学工程专业而努力奋斗着,有可能现在你已经进入到了复习阶段,也许你还在苦苦寻找参考书、真题资料之类的,不管你到什么阶段了,我想在这里分享一下我在备考天津大学光学工程专业所用到的一些资料,想能帮你们多少算多少吧。
首先呢,光学工程这个专业是可以选择考试专业课,有好几种,也就是选择考试方向,我当时选择的是:①101思想政治理论②201英语一或202俄语或203日语③301数学一④814通信原理,所以我选择专业课是814通讯原理,虽然对于考天大的研友来说,可能参考书的选择不是什么难事,好找,但是我还是提一下我当时使用过的参考书,我当时是用的是天大的教材天津大学《现代通信原理》第二版,此为沈保锁、侯春萍主编,另外就是一些其他的研友分享得知的了,如《通信原理名师大课堂》等,这些都不难找,无论是你找学姐还是找天大的学生,还是网上,都可以搞到,也比较轻松。
参考书虽然有了,但是其他复习资料也是必不可少的啊,但又比较难找到,比如真题啊,本科笔记啊,课件啊这些,还有就是历年真题了,不是好多年份没有的就是有虚假嫌疑的。
我当时再找参考书的时候研友向我推荐了天津考研网的资料,并且我也上网以及在当时的一个天津大学考研群里呆了一段时间,觉得口碑还行,就买了一套他们的红宝书《天津大学814通信原理考研红宝书-全程版》,这套资料相对来说,除了贵点以外,我还是比较满意的,里面不仅包含历年真题,真的历年的啊真题居然是86年-17年的,我想说,那些太久远的我不想要,哈哈哈,不过也充分证明了人家专业性嘛,还有就是不仅有真题,还有答案以及解析,看来是真的下了一番功夫啊,不但如此,还包含有考研笔记、本科女生课堂笔记、课后习题答案、天大高分考生总结重点题、还有07-18年的考研大纲,另外我觉得是尤其比较重要的就是本科老师授课课件、以及当时让我加钱才可以买到的“红宝卷”,说到红宝卷啊,其实它就是包含天津大学814通信原理全真模拟预测卷各3套并含参考答案及解析过程,与历年考研真题出题趋势、思路、侧重点一脉相承,可以起到摸底测试、查漏补缺的作用,同时具有极高的押题性质。
光的电磁理论电磁波谱电磁场基本⽅程1.电磁波谱可⻅光波⻓范围,频率范围紫光波⻓最⼩,能量最⼤;红光波⻓最⼤,能量最⼩2.电磁场基本⽅程⻨克斯⻙⽅程组积分物理性质不连续的界⾯只能⽤积分形式微分只在媒质的物理性质连续的区域内成⽴微分形式及其物理意义1.静⽌电荷产⽣的是⽆旋场2.磁场是⽆源场3.变化磁场产⽣电场4.变化电场产⽣磁场不仅电荷和电流是产⽣电磁场的源,⽽且时变磁场和时变电场互相激励,因此,时变电场和时变磁场构成了不可分割的统⼀整体--电磁场,⼀旦场源激起了时变电磁场,电磁场将以有限的速度向远处传播,形成电磁波。
物质⽅程边界条件电磁场在两媒质分界⾯的⼀般形式磁感应强度法向分量连续电场强度切向分量连续光学:两种电介质的分界⾯电感应强度D和磁感应强度B的法向分量连续电场强度E和磁场强度H的切向分量连续3.电磁波的能流密度⽮量光强度坡印亭⽮量值:在任⼀点处垂直于传播⽅向上的单位⾯积上、在单位时间上流过的能量⽅向:该点处电磁波能量流动的⽅向S=E X H光强度能流密度的时间平均值光波的各种信息只能测光强光波在各向同性介质中的传播1.波动⽅程电磁波传播的波动⽅程是⽮量⽅程介质折射率将描述介质光学性质的常数和描述介质电磁学性质的常数联系起来了2.时谐均匀平⾯波时谐均匀平⾯波时谐均匀平⾯波特解时间周期性空间周期性时间周期性和空间周期性的联系常⽤形式传播⽅向:正向和负向介质中波⻓变短波数变⼤时间频率不变速度减⼩光程⼏何路程和介质折射率的乘积等效到真空进⾏⽐较时谐均匀平⾯波的复数表示复数形式复振幅沿任意⽅向传播的时谐均匀平⾯波时谐均匀平⾯波的性质1.横波性电⽮量的振动⽅向垂直于波的传播⽅向磁⽮量的振动⽅向垂直于波的传播⽅向2.电⽮量和磁⽮量互相垂直3.电⽮量和磁⽮量同相位,同步变化同时取最⼤值,同时为04.光强I5.光⽮量引起⼈眼视觉作⽤的是电场光波的偏振特性1.光波的偏振态完全偏振线偏振光椭圆偏振光圆偏振光传播⽅向相同,振动⽅向互相垂直,相位差恒定的两线偏振光的组合⾮偏振(⾃然光)振幅相同,相位关系不确定的两个光⽮部分偏振完全偏振+⾃然光偏振度P在部分偏振光的总光强中完全偏振光所占的⽐例⾮偏振光:P=0;完全偏振光:P=1;部分偏振光:0<P<1公式对于圆偏振光、椭圆偏振光以及含圆偏振光和椭圆的部分偏振光不适⽤2.椭圆偏振光、线偏振光和圆偏振光椭圆偏振光相位差和振幅⽐决定了椭圆形状和空间取向顺时针-----右旋,0-Pi逆时针----左旋,Pi-2Pi线偏振光相位差为mPim为奇数,⼆四象限m为偶数,⼀三象限圆偏振光振幅相等,相位差Pi/2的奇数倍右旋Pi/2左旋3Pi/2化为书上的公式再讨论光波在介质⾯上的反射和折射1.反射定律、折射定律反射波、透射波和⼊射波传播⽅向之间的关系在线性介质中,⼊射波、反射波和折射波的频率相等⼊射⾯:⼊射波波⽮量和界⾯法线⽮量所在的平⾯斯涅尔定律:反射定律+折射定律⼊射波、反射波和折射波传播⽮量共⾯2.菲涅尔公式反射波、透射波和⼊射波传播振幅和相位之间的关系与⼊射波的振动⽅向有关分解为s分量:垂直于⼊射⾯振动的分量p分量:平⾏于⼊射⾯振动的分量反射系数透射系数反射系数和透射系数之间的关系折射光总是与⼊射光同相位半波损失正⼊射,光疏到光密掠⼊射3.反射率和透射率功率密度之⽐,不是光强之⽐反射率折射率1.⼊射光为线偏振光公式关系线偏振光⼊射,反射光和折射光仍然是线偏振光;但振动⽅向发⽣改变2.⼊射光是⾃然光反射率R反射光偏振度、透射光偏振度⾃然光斜⼊射,反射光和折射光都变成了部分偏振光3.光在界⾯上的反射、透射特性由三个因素决定⼊射光的偏振态⼊射⻆界⾯两侧的折射率(电磁特性)4.在⼩⻆度⼊射和⼤⻆度⼊射情况下正⼊射:⼊射⻆为0反射率透射率掠⼊射:⼊射⻆接近90度反射率透射率5.布儒斯特⻆反射光和折射光相互垂直反射光中不存在p分量,p分量⼊射波全部透射到介质2布儒斯特⻆---⼊射⻆公式起偏⻆:对于任意振动⽅向的均匀平⾯波,当以布儒斯特⻆⼊射时,其p分量产⽣全透射,反射波中只剩下s分量。
天津大学《工程光学Ⅰ》课程教学大纲课程代码:2020015课程名称:工程光学Ⅰ学时:48学分:3授课:48 上机:实验:实践:实践学时分配:(周):授课学院:精仪学院更新时间:2011年12月适用专业:生物医学工程先修课程:高等数学,大学物理一、课程的性质与目的本课程是一门基础课,主要讲授几何光学、物理光学和现代光学方面的基本理论、基本方法和典型光学元件、系统实例及应用。
通过本课程的学习,学生应能理解光的本质特性,了解各种光学现象及对应的基本原理,熟悉常见光学元件和典型系统,为学习生物光子学、医用光学仪器和从事光学研究打下坚实的基础。
二、教学基本要求任课教师应尽可能充分利用多媒体课件、课程网站等现有教学资源,根据实际条件开展不同程度的双语教学实践;课堂教学后,要留一定数量的作业题,并坚持批改1/3,以利掌握学生的学习情况;学生应按要求参加全部的课堂教学活动,按要求完成作业;参加期末考试,获得该课程学分。
通过本课程的学习,要求达到:1.系统掌握几何光学的基础理论,包括基本定律、成像相关表述、理想光学系统理论。
2.掌握典型的光学系统,包括放大系统、显微系统和望远系统。
3.掌握光的电磁理论及光波叠加的相关知识。
4.掌握光的干涉、衍射、偏振的理论和计算。
5.了解现代光学系统。
三、教学内容绪论1.学习《工程光学》的意义和重要性(光学发展的历史,对国民经济发展的重要作用,光学在生物医学工程领域的应用)2.本课程的性质、任务和内容3.学习的基本要求、教学环节和学习方法第1章几何光学基本定律与成像概念1.几何光学基本定律:1)光的直线传播定律 2)光的独立传播定律 3)反射定律和折射定律(全反射及其应用) 4)光路的可逆性 5)费马原理(最短光程原理) 6)马吕斯定律:2.完善成像条件的概念和相关表述3.应用光学中的符号规则,单个折射球面的光线光路计算公式(近轴、远轴)4.单个折射面的成像公式,包括垂轴放大率、轴向放大率、角放大率γ、拉赫不变量等公式。
工程光学习题解答第九章-光的电磁理论基础————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:第九 章 光的电磁理论基础1. 一个平面电磁波可以表示为140,2cos[210()],02x y z z E E t E cππ==⨯-+=,求(1)该电磁波的频率、波长、振幅和原点的初相位?(2)拨的传播方向和电矢量的振动方向?(3)相应的磁场B的表达式?解:(1)平面电磁波cos[2()]zE A t cπνϕ=-+ 对应有1462,10,,3102A Hz m πνϕλ-====⨯。
(2)波传播方向沿z 轴,电矢量振动方向为y 轴。
(3)B E →→与垂直,传播方向相同,∴0By Bz ==814610[210()]2z Bx Ey CEy t c πμεπ===⨯⨯-+2. 在玻璃中传播的一个线偏振光可以表示2150,0,10cos 10()0.65y z x zE E E t cπ===-,试求(1)光的频率和波长;(2)玻璃的折射率。
解:(1)215cos[2()]10cos[10()]0.65z zE A t t ccπνϕπ=-+=- ∴1514210510v Hz πνπν=⇒=⨯72/2/0.65 3.910n k c m λππ-===⨯(2)8714310 1.543.910510n c c n v λν-⨯====⨯⨯⨯ 3.在与一平行光束垂直的方向上插入一片透明薄片,薄片的厚度0.01h mm =,折射率n=1.5,若光波的波长为500nm λ=,试计算透明薄片插入前后所引起的光程和相位的变化。
解:光程变化为 (1)0.005n h mm ∆=-=相位变化为)(20250010005.026rad πππλδ=⨯⨯=∆= 4. 地球表面每平方米接收到来自太阳光的功率为 1.33kw,试计算投射到地球表面的太阳光的电场强度的大小。