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1、晋中学院物理与电子工程学院 2012-2013 学年第二学期近代物理专题（考查课）试卷09 物理本三班 1.凝聚态的学科概况，研究范围，研究机构学科概况凝聚态物理学（condensed matter physics）是从微观角度出发，研究由大量粒子（原子、分子、离子、电子）组成的凝聚态的结构、动力学过程及其与宏观物理性质之间的联系的一门学科。凝聚态物理是以固体物理为基础的外向延拓。经过半个世纪的发展，目前已形成了比固体物理学更广泛更深入的理论体系。特别是八十年代以来，凝聚态物理学取得了巨大进展，研究对象日益扩展，更为复杂。一方面传统的固体物理各个分支如金属物理、半导体物理、磁学、低温物理和电介
2、质物理等的研究更深入，各分支之间的联系更趋密切；另一方面许多新的分支不断涌现，如强关联电子体系物理学、无序体系物理学、准晶物理学、介观物理与团簇物理等。从而使凝聚态物理学成为当前物理学中最重要的分支学科之一，从事凝聚态研究的人数在物理学家中首屈一指，每年发表的论文数在物理学的各个分支中居领先位置。目前凝聚态物理学正处在枝繁叶茂的兴旺时期。并且，由于凝聚态物理的基础性研究往往与实际的技术应用有着紧密的联系，凝聚态物理学的成果是一系列新技术、新材料和新器件，在当今世界的高新科技领域起着关键性的不可替代的作用。近年来凝聚态物理学的研究成果、研究方法和技术日益向相邻学科渗透、扩展，有力的促进了诸如化学
3、、 、物理、生物物理和地球物理等交叉学科的发展。学科研究范围研究凝聚态物质的原子之间的结构、电子态结构以及相关的各种物理性质。研究领域包括固体物理、晶体物理、金属物理、半导体物理、电介质物理、磁学、固体光学性质、低温物理与超导电性、高压物理、稀土物理、液晶物理、非晶物理、低维物理（包括薄膜物理、表面与界面物理和高分子物理） 、液体物理、微结构物理（包括介观物理与原子簇） 、缺陷与相变物理、纳米材料和准晶等。研究机构南京大学、中国科学技术大学、复旦大学、北京大学、 吉林大学 2.光学的学科概况，研究范围，研究机构学科概况光学（optics)，是研究光（电磁波）的行为和性质，以及光和物质相互作用的
4、物理学科。传统的光学只研究可见光，现代光学已扩展到对全波段电磁波的研究。光是一种电磁波，在物理学中，电磁波由电动力学中的麦克斯韦方程组描述；同时，光具有波粒二象性，需要用量子力学表达。光学的另一个重要的分支是由成像光学、全息术和光学信息处理组成的。自 20 世纪 50 年代以来，人们开始把数学、电子技术和通信理论与光学结合起来，给光学引入了频谱、空间滤波、载波、线性变换及相关运算等概念，更新了经典成像光学，形成了所谓“傅里叶光学”。再加上由于激光所提供的相乾光和由利思及阿帕特内克斯改进了的全息术，形成了一个新的学科领域光学信息处理。光纤通信就是依据这方面理论的重要成就，它为信息传输和处理提供了
5、崭新的技术。在现代光学本身，由强激光产生的非线性光学现象正为越来越多的人们所注意。激光光谱学，包括激光喇曼光谱学、高分辨率光谱和皮秒超短脉冲，以及可调谐激光技术的出现，已使传统的光谱学发生了很大的变化，成为深入研究物质微观结构、运动规律及能量转换机制的重要手段。它为凝聚态物理学、分子生物学和化学的动态过程的研究提供了前所未有的技术。学科研究范围几何光学是从几个由实验得来的基本原理出发，来研究光的传播问题的学科。它利用光线的概念、折射、反射定律来描述光在各种媒质中传播的途径，它得出的结果通常总是波动光学在某些条件下的近似或极限。物理光学是从光的波动性出发来研究光在传播过程中所发生的现象的学科，所
6、以也称为波动光学。它可以比较方便的研究光的干涉、光的衍射、光的偏振，以及光在各向异性的媒质中传插时所表现出的现象。波动光学的基础就是经典电动力学的麦克斯韦方程组。波动光学不详论介电常数和磁导率与物质结构的关系，而侧重于解释光波的表现规律。波动光学可以解释光在散射媒质和各向异性媒质中传播时现象，以及光在媒质界面附近的表现；也能解释色散现象和各种媒质中压力、温度、声场、电场和磁场对光的现象的影响。量子光学从光子的性质出发，来研究光与物质相互作用的学科即为量子光学。它的基础主要是量子力学和量子电动力学。研究机构中国科学技术大学，复旦大学，哈尔滨工业大学，北京大学，山西大学，华东师范大学，上海交通大学
7、，南开大学，华南师范大学，中山大学3.什么是纳米，纳米体系，纳米材料纳米纳米（符号为 nm）是长度单位，原称毫微米，就是 10-9 米（10 亿分之一米） ，即 10-6毫米（100 万分之一毫米） 。纳米体系定义：以纳米结构单元为基础，按照一定规则排列成的结构体系。特点：既具有纳米结构单元的特征，如量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等，又具有纳米结构组合引起新的效应，如量子耦合效应、协同效应等。分类：纳米组装体系；纳米自组装体系。应用：纳米器件(如单电子晶体管、超小型激光器等 )。纳米材料的定义纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为
8、基本单元构成的材料，这大约相当于 10100 个原子紧密排列在一起的尺度。纳米材料具有相当大的相界面面积，它具有许多宏观物体所不具备的新异的物理、化学特性，既是一种多组分物质的分散体 系，又是一种新型的材料。纳米材料的研究是从金属粉末、陶瓷等领域开始的，现已 在微电子、冶金、化工、电子、国防、核技术、航天、医学和生物工程等领域得到了广泛的应用。4.纳米材料的分类按照材质，可分为金属纳米材料、无机纳米材料、有机纳米材料等；按照几何结构，可分为零维纳米材料（颗粒） 、一维纳米材料（纳米管或纤维） 、二维纳米材料（薄膜） 、三维纳米材料（纳米块体） ；按照用途，可分为功能纳米材料和结构纳米材料；按照
9、特殊性能，又可分为纳米润滑剂、纳米光电材料、纳米半透膜等5.电话网由：用户终端设备，交换设备，传输设备 3 个部分组成6.波分复用技术以及特点波分复用技术的定义在同一根光纤中同时让两个或两个以上的光波长信号通过不同光信道各自传输信息，称为光波分复用技术，简称 WDM。光波分复用包括频分复用和波分复用。光频分复用（frequency-division multiplexing,FDM）技术和光波分复用（WDM ）技术无明显区别，因为光波是电磁波的一部分，光的频率与波长具有单一对应关系。通常也可以这样理解，光频分复用指光频率的细分,光信道非常密集。光波分复用指光频率的粗分，光信道相隔较远，甚至处于
10、光纤不同窗口。波分复用体系的特点（1）充分利用光纤的低损耗波段，增加光纤的传输容量，使一根光纤传送信息的物理限度增加一倍至数倍。目前我们只是利用了光纤低损耗谱（1310nm-1550nm）极少一部分，波分复用可以充分利用单模光纤的巨大带宽约 25THz，传输带宽充足。(2）具有在同一根光纤中，传送 2 个或数个非同步信号的能力，有利于数字信号和模拟信号的兼容，与数据速率和调制方式无关，在线路中间可以灵活取出或加入信道。(3）对已建光纤系统，尤其早期铺设的芯数不多的光缆，只要原系统有功率余量，可进一步增容，实现多个单向信号或双向信号的传送而不用对原系统作大改动，具有较强的灵活性。(4）由于大量减少了光纤的使用量，大大降低了建设成本、由于光纤数量少，当出现故障时，恢复起来也迅速方便。(5）有源光设备的共享性，对多个信号的传送或新业务的增加降低了成本。(6）系统中有源设备得到大幅减少，这样就提高了系统的可靠性。
