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1、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
2、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
3、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）
4、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、基础）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、布儒斯特角） 、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
5、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单色的自然光和圆偏振光都可以看成是振幅相等且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B。A. 两线偏振光的振动方向是否一定。B. 两线偏振光的相位差是否一定。C. 两线偏振光的传播方向是相同。D. 两线偏振光的频率是否相同。2. 一束右旋圆偏振光从玻璃表面垂直反射回来后是 B 。A右旋圆偏振光 B左旋圆偏振光C右旋椭圆偏振光 D左旋椭圆偏振光3. 光波在界面发生反射和折射，对于入射光、反射光和折射光，不变的量是 D 。A波长 B波矢 C强度 D频率4. 光波在界面发生折射时，不影
6、响折射光的传播方向的因素是 C 。A入射角B.界面两侧介质的折射率比值C入射光的偏振态D.界面两侧介质的电磁特性参数5.自然光以 60 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 D 。A. 完全偏振光且折射角是 30 B. 部分偏振光且只是在该光由真空入射到折射率为 的介质时，3折射角是 30C. 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 30 6. 振动面平行于入射面的线偏振光以布儒斯特角投射到光密到光疏介质的分界面，透射光与入射光的光强之比为A。A. 大于 1 B. 小于 1C. 等于 1 D. 不确定7. 波在介面发
7、生全透射的条件不包括C。A光波为线偏振光B. 振动面在入射面内C从光密介质到光疏介质D. 入射角为布儒斯特角8. 波在界面发生全反射的条件不包括B。A从光密介质到光疏介质B. 光波为线偏振光C入射角为全反射临界角D. 入射角大于全反射临界角简答题：1由 “玻片堆 ”产生线偏振光的原理是什么？答：采用“玻片堆 ”可以从自然光获得偏振光。其工作原理是：“玻片堆”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“玻片堆” 时，因透过“玻片堆”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，当界面足够多时，最后
8、使通过“玻片堆” 的透射光接近为一个振动方向平行于入射面的线偏振光。2. 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。3. 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
9、是透射率，反射率加透射率为 1，透射率不可能大于 1。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。4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。(只针对正入射和掠入射射？)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。计算题：1如图所示，自然光以布儒斯特角从空气入射进玻璃中，空气和玻璃的折射率分别为 n1 和 n2, 求玻璃中折射光
10、的偏振度。解 1pstIP而 210001pIpIpnTtI21001sIsIstI当以布儒斯特角入射时，有 211122211tancos, , sps nntI0I1B n1n22(例 4-4)一束自然光以 70角入射到空气玻璃（ n1.5）分界面上，求其反射率和反射光的偏振度。解：由题意有 ，701根据折射定律： 625.0sini21 8.31 5.0.sin)sin(21 r3.0srR21.8.1tan)tan(21pr04pr反射率为： 7.)(22snR反射光的偏振度为： %6.7401.325.sprRP3(4-8) 望远镜之物镜为一双胶合透镜，其单透镜的折射率分别为 1.5
11、2 和 1.68，采用折射率为 1.60 的树脂胶合。问物镜胶合前后的反射光能损失分别为多少？（假设光束通过各反射面时接近正入射）解：系统包括 4 个反射面，由于假设光束通过各反射面时接近正入射，则未胶合时，各面的反射率为：043.152.121 nR .8 043.152.1222 nR6.68.2304.168.1224nR设入射到系统的光能为 W，则通过该系统后的光能为：W8.0)64.1)(0.)(43.1)(0.(1 光能损失为 20同理，胶合后各面的反射率为：043.1R 06.152.6.1222 nR06.16.8.1223n 064.4R通过该系统后的光能为：WW895.0)
12、64.1)(0.)(.01)(43.(1 光能损失为 10.54 (4-9) 如图，光束垂直入射到 45直角棱镜的一个侧面，光束经斜面反射后从第二个侧面透出。若入射光强为 I0，问从棱镜透出的光束的强度为多少？设棱镜的折射率为 1.52，并且不考虑棱镜I0的吸收。解：光束经过三个反射面，通过第一个反射面和第三个反射面时均为垂直入射，其反射率为： 043.152.121 nR.152.3在第二个反射面即棱镜的斜面上，入射角为 45。全反射的临界角为：14.52.arcsin在棱镜斜面上发生全反射，反射光强等于入射光强。从棱镜透出的光束的强度为： 0210916.)(IRI2 光的干涉知识要点：1
13、） 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、FP 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.平板置于均匀介质中的分振幅双光束干涉中，两透射光束间的附加相位差是 B 。A等于 B等于 0 C可以为 也可以为 0 D在 0 和 之间2. 牛
14、顿环中，最接近中心环的色散 B 。A最强 B最弱C等于常数 D等于零3. 对于单层光学薄膜，增透膜和增反膜的光学厚度 C 。A分别为 和 B分别为 和 2442C都等于 D都等于4. 在迈克耳孙干涉仪的一支光路中，放入一片折射率为n 的透明介质薄膜后，测出两束光的光程差的改变量为一个波长，则薄膜的厚度是 D 。A. B. 22nC. D. n15. F-P 腔的反射率 R 增加时，其分辨能力 D 。A下降 B恒定不变 C趋于零 D增加6决定平行平板干涉属双光束干涉还是多光束干涉的关键因素是平板的 C 。A平行度 B厚度 C反射率 D折射率7. 关于光的空间相干性，下列说法不正确的是 D 。A. 光场的空间相干性来源于普通扩展光源不同部分发出的光的不相干性。B. 普通光源的空间扩展越大，其光场的空间相干范围越小。C. 光的空间相干性反映了光波场的横向相干性。D. 空间相干性与光波的波列长度有关。9. 关于光的时间相干性，下列说法不正确的是 B 。A. 光场的时间相干性来源于普通光源的原子发光持续时间的有限性。B. 光场的时间相干性与光源的光谱展宽无关。C. 光场的时间相
