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文档大全 《物理光学与应用光学》习题及选解
第一章
习题
1-1. 一个线偏振光在玻璃中传播时，表示为：iE))65.0(10cos(10152tcz，试求该光的频率、波长，玻璃的折射率。
1-2. 已知单色平面光波的频率为zH1014，在z = 0 平面上相位线性增加的情况如图所示。求fx， fy，
fz 。
1-3. 试确定下列各组光波表示式所代表的偏振态：
(1))sin(0kztEEx，)cos(0kztEEy;
(2) )cos(0kztEEx，
)4cos(0kztEEy;
(3) )sin(0kztEEx，)sin(0kztEEy。
1-4. 在椭圆偏振光中，设椭圆的长轴与x轴的夹角为，椭圆的长、短轴各为2a1、2a2，Ex、Ey的相位差为。求证：cos22tan220000yxyxEEEE。
1-5.已知冕牌玻璃对0.3988m波长光的折射率为n = 1.52546，11m1026.1/ddn，求光在该玻璃中的相速和群速。
1-6. 试计算下面两种色散规律的群速度（表示式中的v表示是相速度）：
(1)电离层中的电磁波，222bcv，其中c是真空中的光速，是介质中的电磁波波长，b是常数。
(2)充满色散介质（)(，)(）的直波导管中的电磁波，222/accvp，其中c真空中的光速，a是与波导管截面有关的常数。
1-7. 求从折射率n = 1.52的玻璃平板反射和折射的光的偏振度。入射光是自然光，入射角分别为0，20，45，0456，90。
1-8. 若入射光是线偏振的，在全反射的情况下，入射角应为多大方能使在入射面振动和垂直入射面振动的两反射光间的相位差为极大？这个极大值等于多少？
1-9. 电矢量振动方向与入射面成45°的线偏振光，入射到两种透明介质的分界面上，若入射角501，n1 = 1，n2 = 1.5，则反射光的光矢量与入射面成多大的角度？若601时，该角度又为多
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本教程以物理光学和应用光学为主体内容。第1章到第3章为应用光学部分，介绍了几何光学基础知识和光在光学系统中的传播和成像特性，注意介绍了激光系统和红外系统;第4～8章为物理光学部分，讨论了光在各向同性介质、各向异性介质中的传播规律，光的干涉、衍射、偏振特性及光与物质的相互作用，并结合介绍了DWDM、双光子吸收、Raman放大、光学孤子等相关领域的应用和进展。
第9章则专门介绍航天光学遥感、自适应光学、红外与微光成像、瞬态光学、光学信息处理、微光学、单片光电集成等光学新技术。
绪论
0.1光学的研究内容和方法
0.2光学发展简史
第1章光的干涉
1.1波动的独立性、叠加性和相干性
1.2由单色波叠加所形成的干涉图样
1.3分波面双光束干涉
1.4干涉条纹的可见度光波的时间相干性和空间相干性
1.5菲涅耳公式
1.6分振幅薄膜干涉(一)——等倾干涉 1.7分振幅薄膜干涉(二)——等厚干涉
视窗与链接昆虫翅膀上的彩色
1.8迈克耳孙干涉仪
1.9法布里一珀罗干涉仪多光束干涉
1.10光的干涉应用举例牛顿环
视窗与链接增透膜与高反射膜
附录1.1振动叠加的三种计算方法
附录1.2简谐波的表达式复振幅
附录1.3菲涅耳公式的推导
附录1.4额外光程差
附录1.5有关法布里一珀罗干涉仪的(1-38)式的推导
附录1.6有同一相位差的多光束叠加
第一章 几何光学基本定律与成像概念
波面：某一时刻其振动位相相同的点所构成的等相位面称为波阵面，简称波面。光的传播即为光波波阵面的传播，与波面对应的法线束就是光束。
波前：某一瞬间波动所到达的位置。
光线的四个传播定律：
1）直线传播定律：在各向同性的均匀透明介质中，光沿直线传播，相关自然现象有：日月食，小孔成像等。
2）独立传播定律：从不同的光源发出的互相独立的光线以不同方向相交于空间介质中的某点时彼此不影响，各光线独立传播。
3）反射定律：入射光线、法线和反射光线在同一平面内，入射光线和反射光线在法线的两侧，反射角等于入射角。
4）折射定律：入射光线、法线和折射光线在同一平面内；入射光线和折射光线在法线的两侧，入射角和折射角正弦之比等于折射光线所在的介质与入射光线所在的介质的折射率之比，即nnII''sinsin
光路可逆：光沿着原来的反射（折射）光线的方向射到媒质表面，必定会逆着原来的入射方向反射（折射）出媒质的性质。
光程：光在介质中传播的几何路程S和介质折射率n的乘积。
各向同性介质：光学介质的光学性质不随方向而改变。
各向异性介质：单晶体（双折射现象）
马吕斯定律：光束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面的正交性，并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。
费马原理：光总是沿光程为极小，极大，或常量的路径传播。
全反射临界角：12arcsinnnC
全反射条件：
1）光线从光密介质向光疏介质入射。
2）入射角大于临界角。
共轴光学系统：光学系统中各个光学元件表面曲率中心在一条直线上。
物点/像点：物/像光束的交点。
实物/实像点：实际光线的汇聚点。
虚物/虚像点：由光线延长线构成的成像点。
共轭：物经过光学系统后与像的对应关系。（A，A’的对称性）
完善成像：任何一个物点发出的全部光线，通过光学系统后，仍然聚交于同一点。每一个物点都对应唯一的像点。
理想成像条件：物点和像点之间所有光线为等光程。
《物理光学与应⽤光学》习题及选解2
《物理光学与应⽤光学》习题及选解
第⼀章
习题1-1. ⼀个线偏振光在玻璃中传播时，表⽰为：i E ))65.0(10cos(10152t c
z
-??=π，试求该光的频率、波长，玻璃的折射率。
1-2. 已知单⾊平⾯光波的频率为z H 10
14
=ν，在
z = 0 平⾯上相位线性增加的情况如图所⽰。求f x ， f y ， f z 。
1-3. 试确定下列各组光波表⽰式所代表的偏振态： (1))sin(0kz t E E x -=ω，)cos(0kz t E E y -=ω; (2) )cos(0kz t E E x -=ω，
)4cos(0πω+-=kz t E E y ;
(3) )sin(0kz t E E x -=ω，)sin(0kz t E E y --=ω。 1-4. 在椭圆偏振光中，设椭圆的长轴与x 轴的夹⾓为α，椭圆的长、短轴各为2a 1、2a 2，E x 、E y 的相位差为?。求证：?αcos 22tan 2
20
000y x y x E E E E -=
。1-5.已知冕牌玻璃对0.3988µm 波长光的折射率为n = 1.52546，11m 1026.1/--?-=µλd dn ，求光在该玻璃中的相速和群速。
1-6. 试计算下⾯两种⾊散规律的群速度（表⽰式中的v 表⽰是相速度）：
(1)电离层中的电磁波，222λb c v +=，其中c 是真空中的光速，λ是介质中的电磁波波长，b 是常数。
(2)充满⾊散介质（)(ωεε=，)(ωµµ=）的直波导管中的电磁波，222/a c c v p -=εµωω，其中c 真空中的光速，a 是与波导管截⾯有关的常数。1-7. 求从折射率n = 1.52的玻璃平板反射和折射的光的偏振度。⼊射光是⾃然光，⼊射⾓分别为?0，?20，?45，0456'?，?90。
1-8. 若⼊射光是线偏振的，在全反射的情况下，⼊射⾓应为多⼤⽅能使在⼊射⾯内振动和垂直⼊射⾯振动的两反射光间的相位差为极⼤？这个极⼤值等于多少？1-9. 电⽮量振动⽅向与⼊射⾯成45°的线偏振光，⼊射到两种透明介质的分界⾯上，若⼊射⾓=501θ，n 1 = 1，n 2 = 1.5，则反射光的光⽮量与⼊射⾯成多⼤的⾓度？若?=601θ时，该⾓度⼜为多
