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中科院研究生院08年硕士生考试物理光学考试大纲

中科院研究生院   2007-08-06 15:13 【 】【我要纠错

  考查学生对本课程的基础理论、基本知识和基本技能掌握的程度,以及运用所学的理论解决实际问题的能力。要求学生能从光的电磁理论出发,掌握光在传播过程中所发生的各种现象的规律及其应用。

  一、考试内容和要求

  本课程考试形式为笔试,满分150分。考试时间为三小时。

  考试范围:

  (一)光的电磁理论

  1.积分和微分形式的迈克斯韦尔方程组,物质方程

  2.电磁场的波动性,波动方程,光速,折射率

  3.平面、球面波和柱面波电磁波的简谐波形式和复数形式,复振幅和光强度。

  4.平面电磁波的性质

  5.辐射能,坡印廷矢量

  6.电磁场的边值关系

  7.反射、折射定律,菲涅尔公式,反射率和透射率

  8.全反射,倏逝波

  9.金属表面的透射和反射

  10.光的吸收、色散和散射

  (二)光波的叠加与分析

  1.两个频率相同、振动方向相同的单色光波的叠加,代数加法,复数加法,相幅矢量加法

  2.驻波形成的条件和表现特征

  3.两个频率相同、振动方向互相垂直的单色光波的叠加,椭圆偏振光的特征与参与叠加光束的关系

  4.不同频率的两个单色光波的叠加,光学拍产生的条件、表达,群速度和相速度

  5.复杂光波的分解,周期性和非周期性光波分解的特点

  (三)光的干涉和干涉仪

  1.产生干涉的条件

  2.杨氏干涉实验中,观察屏处光强分布的推导,干涉条纹的特点和计算

  3.分波前法干涉的其它实验装置

  4.条纹的对比度定义,对比度如何受光源大小、光源单色性和两相干光波振幅比例的影响,推导过程,空间相干性和时间相干性

  5.相干性理论。互相干函数和复相干度,时间相干度和空间相干度

  6.平行平板产生的干涉,条纹定义域,等倾条纹计算

  7.楔形平板产生的干涉,定域面位置和定域深度,等厚条纹计算

  8.用牛顿环测量透镜的曲率半径的方法,近似条件,公式推导和条纹计算

  9.平面干涉仪在测量中的应用

  10.迈克尔逊干涉仪的基本构成,工作原理

  11.泰曼干涉仪和傅立叶变换干涉仪的基本构成,工作原理

  12.马赫-泽德干涉仪的基本构成,工作原理

  (四)多光束干涉与光学薄膜

  1.平行平板的多光束干涉。干涉光强公式推导,干涉图样特点,条纹锐度

  2.法布里-珀罗干涉仪和陆末-盖尔克板的应用

  3.多光束干涉原理在薄膜理论中的应用。单层薄膜的透射和反射率计算,增透和增反膜工作原理,多层膜的计算方法,干涉滤光片工作原理

  4.薄膜系统光学特性的矩阵计算方法。薄膜的特征矩阵,膜系反射率和透射率计算

  5.薄膜波导的传播模式,波导中的场分布,波导的光耦合

  (五)光的衍射

  1.惠更斯-菲涅尔原理

  2.基尔霍夫衍射理论

  3.基尔霍夫衍射公式的近似:菲涅尔近似和夫琅和费近似

  4.矩孔和单缝的夫琅和费衍射装置、衍射公式的意义,衍射图样的特点和计算

  5.圆孔的夫琅和费衍射图样的特点和计算

  6.光学成像系统的衍射与分辨本领的关系,各种成像系统分辨本领的定义和计算

  7.双缝夫琅和费衍射强度分布公式的推导,衍射光强图样的特点,缺级现象的解释

  8.多缝夫琅和费衍射强度分布公式的推导,衍射光强图样的特点,缺级现象的解释和计算

  9.衍射光栅的工作原理,光栅方程,光栅的色散本领,色分辨本领,自由光谱范围的计算,不同类型光栅的工作特点

  10.圆孔和圆屏的菲涅尔衍射,菲涅尔波带分析法,衍射图样的特点与规律,菲涅尔波带片参数计算

  11.直边的菲涅尔衍射的基本分析方法

  12.全息术基本原理,特点和应用

  (六)傅立叶光学

  1.平面波的复振幅和空间频率

  2.单色波场中复杂的复振幅分布及其分解,傅立叶积分与光场复振幅分解的关系

  3.衍射现象的傅立叶分析方法,夫琅和费近似下衍射场与孔径场的变换关系,矩孔、单缝、双缝、多缝、圆孔的夫琅和费衍射计算,菲涅尔衍射的傅立叶变换表达

  4.透镜的傅立叶变换性质和成像性质,物体与透镜的相对位置不同,透镜后焦面上的光场变化规律,轴上和轴外点物的成像关系分析方法

  5.相干成像系统分析及相干传递函数,相干传递函数的推导,方形和圆形出瞳时的相干传递函数

  6.非相干成像系统分析及光学传递函数,光学传递函数的推导,相干传递函数和光学传递函数的关系,方形和圆形出瞳时的光学传递函数,有像差时相干传递函数和光学传递函数的形式

  7.阿贝成像理论和阿贝-波特实验

  8.相干光学处理系统及其应用

  9.非相干光学处理及其应用

  (七)光的偏振与晶体光学基础

  1.偏振光和自然光的特点和联系,获得偏振光的方法,马吕斯定律和消光比

  2.晶体的双折射。寻常光和非寻常光,光轴,主平面和主截面

  3.双折射的电磁理论。晶体的各向异性及介电张量,单色平面波在晶体中的传播规律

  4.晶体光学性质的图形表示。折射率椭球,波矢面,法线面,光线面

  5.光波在晶体表面的反射和折射。确定折射波和反射波的法线和光线方向的方法

  6.典型晶体光学器件的工作原理

  7.偏振光和偏振器件的矩阵表示,几种重要偏振态和偏振器件的琼斯矩阵及计算

  8.偏振光的干涉,平行偏振光和会聚偏振光的干涉现象及分析

  9.旋光现象。旋光现象的规律和解释

  10.磁光效应

  11.电光效应。泡克斯效应和克尔效应的原理和应用

  12.光测弹性方法和玻璃内应力测量。显色偏振、四分之一波片法工作原理

  13.晶体的非线性光学效应。倍频效应、位相匹配和混频效应

  二、主要参考书目

  (1)《物理光学》,梁铨廷,机械工业出版社

  (2)《 光学 》(上、下册),赵凯华、钟锡华编,北京大学出版社

  编制单位:中国科学院研究生

  编制日期:2007年6月6日

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