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天津工業大學碩士研究生入學考試業務課考試大綱

課程編號：820 課程名稱：物理光學

一、考試的總體要求

"物理光學"入學考試是為招收物理、電子類碩士生而實施的選拔性考試。其指導思想是有利于選拔具有良好的物理光學理論基礎的高素質人才。要求考生能夠系統地掌握光的波動理論;即光的電磁理論、光的反射和折射、光的偏振、光的干涉和衍射以及光在各向異性媒介中的傳播某問題。具備運用所學的知識分析問題和解決問題的能力。

二、考試的內容及比例

一、光的電磁理論(10-15%)

1. 積分和微分形式的邁克斯韋爾方程組，物質方程

2. 電磁場的波動性， 波動方程，光速，折射率

3. 平面電磁波的簡諧波形式和復數形式，復振幅和光強度，平面電磁波的性質

4. 球面波和柱面波

5. 輻射能，坡印廷矢量

6. 電磁場的邊值關系

7. 反射、折射定律，菲涅爾公式，反射率和透射率

8. 全反射，速逝波

9. 金屬表面的透射和反射

10. 光的吸收、色散和散射

二、光波的疊加與分析 (10-15%)

1. 兩個頻率相同、振動方向相同的單色光波的疊加，代數加法，復數加法，相幅矢量加法

2. 駐波形成的條件和表現特征

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系

4. 不同頻率的兩個單色光波的疊加，光學拍產生的條件、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(20-25%)

1. 產生干涉的條件

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. 分波前法干涉的其它實驗裝置

4. 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

5. 相干性理論。互相干函數和復相干度，時間相干度和空間相干度

6. 平行平板產生的干涉，條紋定義域，等傾條紋計算

7. 楔形平板產生的干涉，定域面位置和定域深度，等厚條紋計算

8. 用牛頓環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

9. 平面干涉儀在測量中的應用

10. 邁克爾遜干涉儀的基本構成，工作原理

11. 泰曼干涉儀和傅立葉變換干涉儀的基本構成，工作原理

12. 馬赫-澤德干涉儀的基本構成，工作原理

四、多光束干涉與光學薄膜(5-10%)

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-珀羅干涉儀和陸末-蓋爾克板的應用

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

4. 薄膜系統光學特性的矩陣計算方法。薄膜的特征矩陣，膜系反射率和透射率計算

5. 薄膜波導的傳播模式，波導中的場分布，波導的光耦合

五、光的衍射 (20-25%)

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. 光學成像系統的衍射與分辨本領的關系，各種成像系統分辨本領的定義和計算

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，色分辨本領，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律，菲涅爾波帶片參數計算

11. 直邊的菲涅爾衍射的基本分析方法

12. 全息術基本原理，特點和應用

六、傅立葉光學 (5-10%)

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，透鏡的透射系數推導，傅立葉積分與光場復振幅分解的關系

3. 衍射現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系，矩孔、單縫、雙縫、多縫、圓孔的夫瑯和費衍射計算，菲涅爾衍射的傅立葉變換表達

4. 透鏡的傅立葉變換性質和成像性質，物體與透鏡的相對位置不同，透鏡后焦面上的光場變化規律，軸上和軸外點物的成像關系分析方法

5. 相干成像系統分析及相干傳遞函數，相干傳遞函數的推導，方型和圓形出瞳時的相干傳遞函數

6. 非相干成像系統分析及光學傳遞函數，光學傳遞函數的推導，相干傳遞函數和光學傳遞函數的關系，方型和圓形出瞳時的光學傳遞函數，有像差時相干傳遞函數和光學傳遞函數的形式

7. 阿貝成像理論和阿貝-波特實驗

8. 相干光學處理系統及其應用

9. 非相干光學處理及其應用

七、光的偏振與晶體光學基礎(20-25%)

1. 偏振光和自然光的特點和聯系，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律

4. 晶體光學性質的圖形表示。折射率橢球，波矢面，法線面，光線面

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. 偏振光的干涉，平行偏振光和會聚偏振光的干涉現象及分析

8. 旋光現象。旋光現象的規律和解釋

9. 磁光效應

10. 電光效應。泡克斯效應和克爾效應的原理和應用

11. 光測彈性方法和玻璃內應力測量。顯色偏振、四分之一波片法工作原理

三、考試的題型及比例

1.名詞解釋題(基本的物理概念、經典模型解釋及比較)20-25%

2.簡答題 20-30%

3.計算題 45-60%

四、考試形式及時間

“物理光學”考試形式為筆試，考試時間為3小時。

五、主要參考教材(參考書目)

2.梁銓廷，《物理光學》，機械工業出版社