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天津大学07考研业务课大纲(409光电子学基础)

天津大学   2006-08-24 15:35 【 】【我要纠错

  课程编号:409

  课程名称:《光电子学基础》

  专业:物理电子学,光电子技术

  一、考试的总体要求

  要求考生掌握激光的基本原理和特性,光学谐振腔和激光器的工作特性,高斯光束的基本理论。

  要求考生掌握激光技术的主要内容。

  要求考生掌握《物理光学》课程的基础理论、基本知识,以及运用所学的理论解决实际问题的能力。要求考生能以光的电磁理论为基础,掌握光波在传播过程中所发生的各种现象的规律及其应用。

  二、考试的内容及比例(见附录)

  《激光原理》占40%,《激光技术》占20%,《物理光学》占40%.

  三、考试的题型及比例

  概念题占80%,运算题等占20%.

  四、考试形式及时间

  考试形式为笔试,考试时间为3小时。

  五、主要参考书目(见附录)

  附录

  《激光原理》部分:

  1.激光的基本概念(5%)

  光的受激辐射基本概念;激光的特性。

  2.光学谐振腔及高斯光束的基本理论(20%)

  (1)光腔理论的一般问题:光学谐振腔与模(纵模与横模)的基本概念;共轴球面腔的稳定性条件;光腔的损耗。

  (2)稳定球面腔:对称共焦腔的自再现模及其行波场及其计算。

  (3)高斯光束:高斯光束的基本性质;高斯光束q参数的变换规律(ABCD法则);高斯光束的聚焦与准直;高斯光束的自再现变换与稳定球面腔;高斯光束模式的匹配。

  3.激光器的工作特性(15%)

  (1)电磁场和物质相互作用:光谱线加宽和线型函数;自然加宽和碰撞加宽(均匀加宽);多普勒加宽(非均匀加宽);激光器的速率方程。

  (2)连续激光器的增益与工作特性:增益系数与小信号增益;均匀加宽、非均匀加宽及综合加宽工作物质的增益饱和特性;连续激光器的工作特性;单模激光器的线宽极限;激光器的频率牵引。

  4.题型及比例:

  试卷以问答题和计算题为主,辅以填空题。问答题占一40%,计算题占一60%。

  5.主要参考教材

  《激光原理》,周炳琨,高以智,陈倜嵘, 陈家骅编著,国防工业出版社,

  2000年版

  《激光技术》部分

  调制的基本概念、基本原理(振幅调制、强度调制、相位调制、频率调制、脉冲调制);

  实现调制的方法(电光调制、声光调制、直接调制)及其原理和结构。

  调Q的基本概念和基本理论;

  实现调Q的方法(电光调Q、声光调Q和被动式可饱和吸收调Q)及其原理和结构。

  锁膜的基本概念和理论;

  实现锁膜的方法:

  (1) 主动锁膜(振幅调制锁膜、相位调制锁膜),主动锁膜激光器的结构及其设计要点。

  (2) 被动锁膜的基本原理。

  (3) 自锁膜的概念。

  激光放大的基本概念;

  脉冲放大器的理论,设计放大器应考虑的问题。

  激光模式的基本概念;

  横模选择原理和方法;

  纵模选择原理和方法。

  参考书:

  《激光技术》, 蓝信钜等编著。

  《物理光学》部分

  光波的基本性质及其数学描述:

  波动的数学描述和标量波:波动概念和性质;简谐平面波常用物理量:时间周期、空间周期、时间频率、空间频率、时间角频率(圆频率)、空间角频率(传播数)之间的关系;平面波、球面波的特点和表示方法及基模高斯波的特点;相位、等相面、相速度、群速度的概念;均匀波和非均匀波的概念;空间频率的概念和近z轴条件下的表达式。

  偏振态:光波的五种偏振光:线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光、自然光和部分偏振光的特点及传播过程中的变化规律;产生线偏振光的方法;光波单色性与偏振的概念以及两者之间的关系。

  电磁波:平面电磁波的性质;光强度(辐射通量密度)的概念和表达式 .

  光波在各向同性媒质界面上的反射和折射:反射率、透射率和光强的关系及其影响因素;垂直入射时的菲涅尔公式;布儒斯特定律及布儒斯特角入射时反射光强和透射光强的关系;反射时产生相移(半波损失)的几种情况(尤其是垂直入射时);外反射和全内反射时偏振态的变化;全内反射的条件和规律。

  双光束干涉和多光束干涉:

  (1)两单色波的干涉:相干和干涉的概念和两者间的关系;两点光源的干涉,形成空间回转双曲面的规律;干涉条纹的定域和非定域的概念和决定因素;光程差和位相差的概念、表达式和它们之间的关系;干涉条纹可见度的概念及影响干涉条纹可见度的因素。

  (2)各种干涉现象的规律和特点:双缝干涉和薄板干涉的规律,装置中条件变化后,会分析光程差和位相差的变化;迈克尔逊干涉仪的特点及补偿板的作用。

  (3)光波场的时间相干性和空间相干性:相干长度和相干时间的概念;时间相干性和空间相干性的概念,它们与光源性质的关系,两种相干性与干涉条纹可见度的关系。

  (4)多光束干涉: 平行平板多光束干涉的规律和反射光、透射光相对光强表达式;法-珀干涉仪的特性,分光原理、滤光原理、自由光谱范围(标准具常数)的概念;光学薄膜中 膜系的单层膜和多层高反射膜的特点,会分析增加反射或透射的干涉原理。

  光的衍射:

  (1)衍射基本理论和两种衍射:标量衍射理论:记住常用菲涅尔-基尔霍夫衍射积分公式;菲涅尔衍射和夫琅和菲衍射的概念;两种衍射的主要区别;夫琅和菲衍射花样的重要性质。

  (2)各种开孔的夫琅和菲衍射规律和应用:单缝衍射、圆孔衍射、双缝和多缝衍射的特点和规律、衍射角宽度、光强分布;提高光学仪器分辨本领的方法。

  (3)衍射光栅原理和应用:光栅方程;最大光谱级次;光栅的分辨本领和色散本领的概念、表达式;闪耀光栅的原理及主闪耀条件。

  (4)傅立叶光学在衍射中的应用:空间频率和空间滤波的概念;阿贝成像原理、 调制的概念;会画出各种开孔(单缝、圆孔、双缝、多缝、椭圆孔、方形孔、双圆孔、二维光栅等)的夫琅和菲衍射花样简图;干涉和衍射的相同点和不同点。

  晶体光学:

  (1)晶体光学的三个重要结论:晶体中波法线方向 与光线方向 分离,电位移矢量  与电场 分离,始终保持 ;在晶体中的每个波法线方向 允许两个相互垂直的、具有不同折射率和相速度的线偏振光o光和e光存在,o光垂直于光轴所在平面振动, e光在光轴所在平面内振动;对于正单轴晶体, ,光线方向 比波法线方向 更靠近光轴,对于负单轴晶体, ,光线方向 比波法线方向 更远离光轴,e光线方向 与波法线方向 存在分离角 .

  (2)光波在晶体中传播的几何表示:折射率椭球和折射率曲面的性质;折射率椭球中波法线方向 平行于光轴、垂直于光轴、为任意方向的三种情况下,o光和e光传播方向和折射率的变化规律。

  (3)平面光波在各向异性媒质界面上的反射和折射:存在双折射和双反射,记住光波经晶体后的相位延迟表达式 (所有的量均是对波法线方向 而言);会分析在单轴晶体中波法线方向 平行于光轴、垂直于光轴、为任意方向的几种情况下,o光和e光在晶体中和出射晶体的传播方向、振动方向和偏振态的变化规律(参考书《物理光学与应用光学》pp.221-222的图4-31、32、33、34、35)。

  (4)偏振器和补偿器的原理和应用:会分析光波在以格兰棱镜、渥拉斯顿棱镜为代表的偏振棱镜中的传播方向和偏振方向;掌握 波片和 波片的原理、作用及其应用。

  (5)晶体的偏光干涉和旋光性:光波通过两个正交偏振器间的晶体后的干涉原理、两个偏振器的作用;晶体的偏光干涉与薄板、迈克尔逊干涉仪等干涉的区别;旋光性的规律,旋光片与半波片的区别。

  《应用光学》部分的考试范围:

  成象的基本概念;光在单球面上的反射和折射;理想光学系统的物像关系(高斯公式)和垂轴放大率;薄透镜焦距和成像公式;典型光学仪器(望远镜、显微镜等)原理。

  主要参考资料:

  (1)石顺祥,张海兴,刘劲松。《物理光学与应用光学》,西安:西安电子科技大学出版社,2000

  (2)廖延彪。《物理光学》,北京:电子工业出版社,1986

  (3)E.赫克特、A.赞斯著。《光学》,(上、下册)。 詹达三、秦克诚、林福成译。北京:人民教育出版社

  (4)赵凯华、钟锡华。《光学》,(上、下册)。北京:北京大学出版社

  (5)于  建。《物理光学补充习题与思考题》,(天津大学自编讲义),2002

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