中國科學院研究生院《物理光學》2011年考研大綱

中科院研究生院碩士研究生入學考試《物理光學》考試大綱

　　考查學生對本課程的基礎(chǔ)理論、基本知識和基本技能掌握的程度，以及運用所學的理論解決實際問題的能力。要求學生能從光的電磁理論出發(fā)，掌握光在傳播過程中所發(fā)生的各種現(xiàn)象的規(guī)律及其應用。
　　一．考試內(nèi)容
　　（一）光的電磁理論
　　1.積分和微分形式的邁克斯韋爾方程組，物質(zhì)方程
　　2.電磁場的波動性，波動方程，光速，折射率
　　3.平面、球面波和柱面波電磁波的簡諧波形式和復數(shù)形式，復振幅和光強度。
　　4.平面電磁波的性質(zhì)
　　5.輻射能，坡印廷矢量
　　6.電磁場的邊值關(guān)系
　　7.反射、折射定律，菲涅爾公式，反射率和透射率
　　8.全反射，倏逝波
　　9.光的吸收、色散和散射
　　（二）光波的疊加與分析
　　1.兩個頻率相同、振動方向相同的單色光波的疊加，代數(shù)加法，復數(shù)加法，相幅矢量加法
　　2.駐波形成的條件和表現(xiàn)特征
　　3.兩個頻率相同、振動方向互相垂直的單色光波的疊加，橢圓偏振光的特征與參與疊加光束的關(guān)系
　　4.不同頻率的兩個單色光波的疊加，光學拍產(chǎn)生的條件、表達，群速度和相速度
　　5.復雜光波的分解，周期性和非周期性光波分解的特點
　　（三）光的干涉和干涉儀
　　1.產(chǎn)生干涉的條件
　　2.楊氏干涉實驗中，觀察屏處光強分布的推導，干涉條紋的特點和計算
　　3.條紋的對比度定義，對比度如何受光源大小、光源單色性和兩相干光波振幅比例的影響，推導過程，空間相干性和時間相干性
　　4.平行平板產(chǎn)生的干涉，條紋定義域，等傾條紋計算
　　5.楔形平板產(chǎn)生的干涉，定域面位置和定域深度，等厚條紋計算
　　6.用牛頓環(huán)測量透鏡的曲率半徑的方法，近似條件，公式推導和條紋計算
　　7.邁克爾遜干涉儀的基本構(gòu)成，工作原理
　　（四）多光束干涉與光學薄膜
　　1.平行平板的多光束干涉。干涉光強公式推導，干涉圖樣特點，條紋銳度
　　2.法布里-珀羅干涉儀的應用
　　3.多光束干涉原理在薄膜理論中的應用。單層薄膜的透射和反射率計算，增透和增反膜工作原理，多層膜的計算方法，干涉濾光片工作原理

　　（五）光的衍射
　　1.惠更斯-菲涅爾原理
　　2.基爾霍夫衍射理論
　　3.基爾霍夫衍射公式的近似：菲涅爾近似和夫瑯和費近似
　　4.矩孔和單縫的夫瑯和費衍射裝置、衍射公式的意義，衍射圖樣的特點和計算
　　5.圓孔的夫瑯和費衍射圖樣的特點和計算
　　6.光學成像系統(tǒng)的衍射與分辨本領(lǐng)的關(guān)系，各種成像系統(tǒng)分辨本領(lǐng)的定義和計算
　　7.雙縫夫瑯和費衍射強度分布公式的推導，衍射光強圖樣的特點，缺級現(xiàn)象的解釋
　　8.多縫夫瑯和費衍射強度分布公式的推導，衍射光強圖樣的特點，缺級現(xiàn)象的解釋和計算
　　9.衍射光柵的工作原理，光柵方程，光柵的色散本領(lǐng)，色分辨本領(lǐng)，自由光譜范圍的計算，不同類型光柵的工作特點
　　10.圓孔和圓屏的菲涅爾衍射，菲涅爾波帶分析法，衍射圖樣的特點與規(guī)律，菲涅爾波帶片參數(shù)計算
　　11.直邊的菲涅爾衍射的基本分析方法
　　12.全息術(shù)基本原理，特點和應用
　　（六）傅立葉光學
　　1.平面波的復振幅和空間頻率
　　2.單色波場中復雜的復振幅分布及其分解，傅立葉積分與光場復振幅分解的關(guān)系
　　3.衍射現(xiàn)象的傅立葉分析方法，夫瑯和費近似下衍射場與孔徑場的變換關(guān)系，矩孔、單縫、雙縫、多縫、圓孔的夫瑯和費衍射計算
　　4.透鏡的傅立葉變換性質(zhì)和成像性質(zhì)，物體與透鏡的相對位置不同，透鏡后焦面上的光場變化規(guī)律，軸上和軸外點物的成像關(guān)系分析方法
　　5.相干成像系統(tǒng)分析及相干傳遞函數(shù)，相干傳遞函數(shù)的推導，方形和圓形出瞳時的相干傳遞函數(shù)
　　6.非相干成像系統(tǒng)分析及光學傳遞函數(shù)，光學傳遞函數(shù)的推導，相干傳遞函數(shù)和光學傳遞函數(shù)的關(guān)系，方形和圓形出瞳時的光學傳遞函數(shù)
　　7.阿貝成像理論和阿貝-波特實驗
　　8.相干光學處理系統(tǒng)及其應用
　　9.非相干光學處理及其應用
　　（七）光的偏振與晶體光學基礎(chǔ)
　　1.偏振光和自然光的特點和聯(lián)系，獲得偏振光的方法，馬呂斯定律和消光比
　　2.晶體的雙折射。尋常光和非尋常光，光軸，主平面和主截面
　　3.雙折射的電磁理論。晶體的各向異性及介電張量，單色平面波在晶體中的傳播規(guī)律
　　4.晶體光學性質(zhì)的圖形表示。折射率橢球
　　5.光波在晶體表面的反射和折射。確定折射波和反射波的法線和光線方向的方法
　　6.典型晶體光學器件的工作原理
　　7.偏振光和偏振器件的矩陣表示，幾種重要偏振態(tài)和偏振器件的瓊斯矩陣及計算

　　8.偏振光的干涉，平行偏振光和會聚偏振光的干涉現(xiàn)象及分析
　　9.旋光現(xiàn)象。旋光現(xiàn)象的規(guī)律和解釋
　　10.磁光效應
　　11.電光效應。泡克斯效應和克爾效應的原理和應用
　　12.晶體的非線性光學效應。倍頻效應、位相匹配和混頻效應
　　二．考試要求
　　本課程考試形式為筆試，滿分150分。考試時間為三小時。
　　（一）光的電磁理論
　　1.了解積分和微分形式的邁克斯韋爾方程組，物質(zhì)方程
　　2.理解光速和折射率的概念
　　3.掌握平面、球面波和柱面波電磁波的簡諧波形式和復數(shù)形式，復振幅和光強度。
　　4.理解輻射能、坡印廷矢量和電磁場的邊值關(guān)系
　　5.熟練掌握反射、折射定律，菲涅爾公式，反射率和透射率
　　6.熟練掌握全反射和倏逝波的概念及意義
　　7.理解光的吸收、色散和散射
　　（二）光波的疊加與分析
　　1.掌握兩個頻率相同、振動方向相同的單色光波的疊加
　　2.掌握駐波形成的條件和表現(xiàn)特征
　　3.掌握兩個頻率相同、振動方向互相垂直的單色光波的疊加
　　4.理解不同頻率的兩個單色光波的疊加，光學拍產(chǎn)生的條件、表達，群速度和相速度
　　5.了解復雜光波的分解，周期性和非周期性光波分解的特點
　　（三）光的干涉和干涉儀
　　1.熟練掌握產(chǎn)生干涉的條件
　　2.靈活應用楊氏干涉中觀察屏處光強分布的推導以及干涉條紋的計算
　　3.掌握條紋的對比度定義，對比度如何受光源大小、光源單色性和兩相干光波振幅比例的影響，理解空間相干性和時間相干性
　　4.熟練掌握平行平板產(chǎn)生的干涉和等傾條紋計算
　　5.熟練掌握楔形平板產(chǎn)生的干涉和等厚條紋計算
　　6.靈活應用牛頓環(huán)測量透鏡的曲率半徑的原理，近似條件，公式推導和條紋計算
　　7.熟練掌握邁克爾遜干涉儀的基本構(gòu)成，工作原理
　　（四）多光束干涉與光學薄膜
　　1.掌握平行平板的多光束干涉；熟練掌握干涉光強公式推導，干涉圖樣特點，條紋銳度
　　2.掌握法布里-珀羅干涉儀的應用
　　3.了解多光束干涉原理在薄膜理論中的應用。掌握單層薄膜的透射和反射率計算，增透和增反膜工作原理，多層膜的計算方法，干涉濾光片工作原理

　（五）光的衍射
　　1.理解惠更斯-菲涅爾原理
　　2.了解基爾霍夫衍射理論
　　3.掌握基爾霍夫衍射公式的近似：菲涅爾近似和夫瑯和費近似
　　4.熟練掌握矩孔和單縫的夫瑯和費衍射裝置、衍射公式的意義，衍射圖樣的特點和計算
　　5.熟練掌握圓孔的夫瑯和費衍射圖樣的特點和計算
　　6.熟練掌握光學成像系統(tǒng)的衍射與分辨本領(lǐng)的關(guān)系，各種成像系統(tǒng)分辨本領(lǐng)的定義和計算
　　7.掌握雙縫夫瑯和費衍射強度分布公式的推導，衍射光強圖樣的特點，缺級現(xiàn)象的解釋
　　8.理解多縫夫瑯和費衍射強度分布公式的推導，衍射光強圖樣的特點，缺級現(xiàn)象的解釋和計算
　　9.熟練掌握衍射光柵的工作原理，光柵方程，光柵的色散本領(lǐng)，色分辨本領(lǐng)，閃耀光柵的工作特點
　　10.靈活應用圓孔和圓屏的菲涅爾衍射，菲涅爾波帶分析法，衍射圖樣的特點與規(guī)律，菲涅爾波帶片參數(shù)計算
　　11.理解直邊的菲涅爾衍射的基本分析方法
　　12.掌握全息術(shù)基本原理，特點和應用
　　（六）傅立葉光學
　　1.掌握平面波的復振幅和空間頻率
　　2.掌握單色波場中復雜的復振幅分布及其分解，傅立葉積分與光場復振幅分解的關(guān)系
　　3.理解衍射現(xiàn)象的傅立葉分析方法，夫瑯和費近似下衍射場與孔徑場的變換關(guān)系，熟練掌握矩孔、單縫、雙縫、多縫、圓孔的夫瑯和費衍射計算
　　4.熟練掌握透鏡的傅立葉變換性質(zhì)和成像性質(zhì)，理解透鏡后焦面上的光場變化規(guī)律，軸上和軸外點物的成像關(guān)系分析方法
　　5.掌握相干成像系統(tǒng)分析及相干傳遞函數(shù)，相干傳遞函數(shù)的推導，方形和圓形出瞳時的相干傳遞函數(shù)
　　6.熟練掌握非相干成像系統(tǒng)光學傳遞函數(shù)的物理意義，了解光學傳遞函數(shù)的推導，掌握相干傳遞函數(shù)和光學傳遞函數(shù)的關(guān)系，方形和圓形出瞳時的光學傳遞函數(shù)
　　7.掌握阿貝成像理論和阿貝-波特實驗
　　8.理解4f系統(tǒng)的物理意義及用途
　　9.理解切趾術(shù)和變跡術(shù)
　　（七）光的偏振與晶體光學基礎(chǔ)
　　1.掌握偏振光和自然光的特點和聯(lián)系，各種偏振光的物理概念，獲得各種偏振光的方法，馬呂斯定律和消光比
　　2.理解晶體的雙折射現(xiàn)象，尋常光和非尋常光，光軸，主平面和主截面等概念
　　3.了解雙折射的電磁理論，晶體的各向異性及介電張量，單色平面波在晶體中的傳播規(guī)律
　　4.掌握折射率橢球的物理意義及其計算
　　5.了解光波在晶體表面的反射和折射，確定折射波和反射波的法線和光線方向的方法
　　6.掌握典型晶體光學器件的工作原理
　　7.了解偏振光和偏振器件的矩陣表示，幾種重要偏振態(tài)和偏振器件的瓊斯矩陣及計算
　　8.了解偏振光的干涉，平行偏振光和會聚偏振光的干涉現(xiàn)象及分析
　　9.了解旋光現(xiàn)象及其規(guī)律和解釋
　　10.了解磁光效應
　　11.熟練掌握液晶的電光效應；理解泡克斯效應和克爾效應的原理和應用
　　12.了解晶體的非線性光學效應，倍頻效應、位相匹配和混頻效應
　　三．主要參考書目
　　（1）《物理光學》第三版，梁銓廷，電子工業(yè)出版社（2008年4月）
　　（2）《光學》（上、下冊），趙凱華、鐘錫華編，北京大學出版社