光学工程(电子科技大学2012年考研笔记)
- 格式：docx
- 大小：646.33 KB
- 文档页数：39
考试大纲
考试科目 840物理光学 考试形式 笔试（闭卷）
考试时间 180分钟 考试总分 150分
一、 总体要求
主要考察考生掌握《物理光学》的基本知识、基本理论的情况以及分析和解决物理光学问题的能力。
二、 内容及比例
1.光的电磁理论（约25%）
光波在各向同性介质中的传播特性（光波的波长或频率范围，光波区别于其它电磁波的特性，光强、折射率、时谐均匀平面波、光程）
光波的偏振特性（五种偏振光的概念以及之间的关联、左旋与右旋光波、偏振度）
光波在各向同性介质分界面上的反射和折射特性（反射定律和折射定律、菲涅耳公式、反射率与透射率、全反射、布儒特性定律、半波损失、附加光程差）
光波场的频率谱（时间频谱与空间频谱、实际光波与时谐均匀平面波的关联）
时谐均匀球面波（波函数）
2.光的干涉（约20%）
光的干涉现象及其基本原理（波叠加原理、相干与不相干）
光的相干条件和获得相干光的方法
双光束干涉（分波面与分振幅）
多光束干涉（高反射率膜、多层介质膜）
单层光学薄膜（增透或增反的条件）
迈克耳逊干涉仪和F-P干涉仪（结构、原理及应用）
光的相干性（部分相干、时间相干与空间相干性的起源和表征）
3.光的衍射（约20%）
光的衍射现象及其基本原理（衍射现象明显与否的条件、基尔霍夫衍射积分的近似条件、衍射的分类及处理方法）
夫琅和费单缝衍射、圆孔衍射、多缝衍射
光学成像系统的衍射和分辨本领
光栅（光栅方程、分光性能、闪耀光栅的特性）
菲涅耳圆孔和圆屏衍射、波带片
4.晶体光学（约25%）
光波在各向异性介质中的传播特性（介电张量、单色平面波在晶体中的相速度和光线速度、菲涅耳方程、光在单轴晶体中的传播、单轴晶体的折射率椭球和折射率面）
光波在单轴晶体界面的双反射和双折射
晶体光学器件（偏振器、波片和补偿器）
偏振光和偏振器件的琼斯矩阵表示
偏振光的干涉（平行偏振光的干涉）
电光效应（电光张量、KDP晶体的线性电光效应及其应用）
磁光效应（法拉第旋光效应）
5.光的吸收、色散和散射（约10%）
光与物质作用的经典理论（介质的复折射率）
光的吸收定律（一般吸收与选择吸收）
光的色散（正常色散与反常色散）
光的散射（光的线性散射与非线性散射）
三、 题型及分值比例
选择题：30%
简答题：20%
计算题：50%
1 光的电磁理论（各向同性介质）
知识要点：
1） 光波的电磁特性（波长或频率范围，光波区别于其它电磁波的产生、传播、探测方式，光波能量密度、能流密度矢量、光强）
2） 光学介质的电磁特性（折射率，透明、线性、非色散）、
3） 光在各向同性介质中和各向同性介质界面上的传播特性
波动方程与时谐均匀平面波函数（实数，复数）及其特征量（波矢、振动矢量、复振幅、时空周期、波速、矢量性、偏振态）
反射定律和折射定律、菲涅耳公式（正入射）、反射率与透射率、半波损失、附加光程差、全反射、布儒特性定律、
4） 光波场的频率谱（时间频谱与空间频谱、实际光波与时谐均匀平面波的关联）
5） 时谐均匀球面波（波函数，球面波简化为平面波的条件）
选择题：
1. 自然光正入射，其反射光为 。
A．椭圆偏振光 B．线偏振光
C．部分偏振光 D．自然光
2. 自然光在界面发生反射和折射，当反射光为线偏振光时，折射光与反射光的夹角必为 。
A．B B．C
C．3 D．2
3．全反射时，在折射率小的介质中的电场 。
A．等于零 B．随离界面距离的增加按指数规律衰减
C．等于常数 D．随离界面距离的增加按指数规律增加
4. 当光波在两种不同介质中的振幅相等时， 。
A. 其强度相等 B. 其强度不相等
C. 不确定 D. 其强度比等于两种介质的折射率之比
5. 光从折射率小介质中正入射到折射率大的介质表面时，相对于入射光的电场和磁场，反射光的
。
A．电场和磁场都无相位变化
B. 电场和磁场都有相位突变
C. 电场有相位突变，磁场无相位变化
D. 电场无相位变化，磁场有相位突变
6．在相同时间内，同一单色光在空气和在玻璃中 。
A. 传播的路程相等，走过的光程相等。
B. 传播的路程相等，走过的光程不相等。
C. 传播的路程不相等，走过的光程相等。
D. 传播的路程不相等，走过的光程不相等。
7．光在界面发生反射和透射，对于入射光、反射光和透射光，不变的量是 。
A．波长 B．波矢
C．强度 D．频率
8. 同一介质中，圆偏振光的电场为E，线偏振光的电场振幅为E，两光的光强之间的关系为
。
A． I圆＝I线 B． I圆＝2I线
C. I圆＜I线 D. I圆＝I线
9．自然光以60º入射角照射到某两介质交界面时，反射光为线偏振光，则下列关于折射光的描述正确的是 。
A 完全偏振光且折射角是30º
B 部分偏振光且只是在该光由真空入射到折射率为3的介质时，折射角是30º
C 部分偏振光，但须知两种介质的折射率才能确定折射角
D 部分偏振光且折射角是30º
10．如图所示，一束自然光入射到折射率分别为n1和n2的两种介质的交界面上，发生反射和折射，已知反射光是线偏振光，那么折射角2的值为 。
A )/(arcsin12nn B )/(arcsin212nn
C )/(arctg12nn D )/(arctg212nn
简答题：
1． 光波在分界面的反射和透射特性与哪些因素有关？
答：与入射光的偏振状态、入射角和界面两侧介质的折射率比值有关。
2．光在界面的反射和透射过程中，光的偏振特性有什么变化？（入射光分别为各种偏振状态，任意入射角、特殊入射角：正入射、布儒斯特角、全反射角）
3．产生全反射的条件？产生全透射的条件？
答：发生全反射的条件：光从光密介质到光疏，入射角大于或等于全反射临界角（n1＞n2，1c，21sincnn）。
发生全透射的条件：入射光为光矢量平行于入射面的线偏振光，入射角等于布儒斯特角B。（21tanBnn）
4．由平行平面玻璃片叠在一起所构成的“片堆”产生偏振光的原理？
答：采用“片堆”可以从自然光获得偏振光。其工作原理是：“片堆”是由一组平行平面玻璃片叠在一起构成的，当自然光以布儒斯特角(B)入射并通过“片堆”时，因透过“片堆”的折射光连续不断地以布儒斯特角入射和折射，每通过一次界面，都会从入射光中反射掉一部分振动方向垂直于入射面的分量，最后使通过“片堆”的透射光接近为一个振动方向平行于入射面的线偏振光。
5．在同一种介质中，有电场数值为E 的圆偏振光和电场振幅为E 的
线偏振光。给出两束光的强度关系并简要说明其原因。
答: 圆偏振光的强度为线偏振光强度的两倍。
原因：电场为E 的圆偏振光可以分解为两个振动方向互相垂直、电场振幅为E 的线偏振光，因为这两束线偏振光的强度相等，且偏振方向互相垂直，不会发生干涉，故圆偏振光的强度就等于上述为两束线偏振光的强度之和，也就是一束线偏振光强度的两倍。
6．光波从光密介质入射到光疏介质出现透射系数大于1，这是否与能量守恒不相符合？如何解释？
答：透射系数大于1不与能量守恒相矛盾。
反映能量关系的是透射率，由透射率表达式可知：即使透射系数大于1，其透射率也不能大于1。
7. 解释“半波损失”和“附加光程差”。
答：半波损失是光在界面反射时，在入射点处反射光相对于入射光的相位突变，对应的光程为半个波长。
附加光程差是光在两界面分别反射时，由于两界面的物理性质不同（一界面为光密到光疏，而另一界面为光疏到光密；或相相反的情形）使两光的反射系数反号，在两反射光中引入的附加相位突变，对应的附加光程差也为半个波长。
8. 研究时谐均匀平面波的意义。
答：时谐均匀平面波的数学描述简单，又能反映光波的基本特征。
时谐均匀平面波作为描述光波的基本波型，复杂光波可由不同均
匀平面波叠加而成。
9．自然光和圆偏振光都可看成是传播方向相同、振幅相等、振动方向垂直的两线偏振光的合成，它们之间的主要区别是什么？
答：合成自然光的两线偏振光之间无固定相位差，而合成圆偏振光的两线偏振光之间有固定相位差，且为 2。
计算题：
例 3, 5
习题 1, 3，9, 17
2 光的干涉
知识要点：
1） 光波的叠加原理（数学依据、适用条件），光的相干、非相干与部分相干，光的相干条件，
2） 双光束干涉（分波面干涉，分振幅干涉－等倾干涉、等厚干涉、迈克耳逊干涉仪，光强不等、振动方向不一致对条纹可见度的影响）
3） 多光束干涉（多层薄膜干涉、F－P干涉仪，分光元件特性三个指标）
4） 光的相干性（时间相干性、空间相干性，光源临界宽度、横向相干长度，临界频谱宽度、最大相干时间、最大相干长度，相干性在杨氏双缝干涉、薄膜干涉、迈克耳逊干涉中的体现。）
选择题：
1. 平行平板的等倾干涉图样定域在 。
A．无穷远 B．平板上界面
C．平板下界面 D．自由空间
2. 在白光入射的等倾干涉中，同级圆环中相应于颜色紫到红的空间位置是 。
A．由外到里 B．由里到外
C．不变 D．随机变化
3. 在对称平板双光束干涉中，无论是0nn还是0nn，两反射光束间的附加相位突变总是 。
A．等于 B．等于0
C．可以为也可以为0 D．在0和之间
4. 把一平凸透镜放在平玻璃上构成牛顿环装置，当平凸透镜慢慢地向上平移时，由反射光形成的牛顿环 。
A. 向中心收缩， 条纹间隔不变
B. 向中心收缩，环心呈明暗交替变化
C. 向外扩张，环心呈明暗交替变化
D. 向外扩张，条纹间隔变大
5．牛顿环中，最接近中心环的色散 。
A．最强 B．最弱
C．等于常数 D．等于零
6．等倾干涉条纹和牛顿环都是明暗相间的同心圆环， 。
