中北大學(xué)物理光學(xué)期末考試-簡答題

本復(fù)習(xí)資料專門針對(duì)中北大學(xué)五院《物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)》石順祥版教材，共有選擇、填空、簡答、證明、計(jì)算五個(gè)部分組成，經(jīng)驗(yàn)證命中率很高，80分左右，不過要注意，證明題可能變成計(jì)算題，填空題變成選擇題。1、在雙軸晶體中，為什么不能采用o光與e光的稱呼來區(qū)分兩個(gè)正交線偏正光？當(dāng)波矢k沿著除兩個(gè)光軸和三個(gè)主軸方向傳播時(shí)，過折射率橢球中心且垂直于k的平面與折射率橢球的截線均為橢圓，這些橢圓不具有對(duì)稱性，相應(yīng)的兩個(gè)線偏振光的折射率都與k的方向有關(guān)，這兩個(gè)光均為非常光。故在雙軸晶體中，不能采用o光與e光的稱呼來區(qū)分兩個(gè)正交線偏正光。2、簡述折射率橢球的兩個(gè)重要性質(zhì)？折射率橢球方程是？折射率橢球的兩個(gè)重要性質(zhì)：①與波法線k相應(yīng)的兩個(gè)特許折射率和,分別等于這個(gè)橢圓的兩個(gè)主軸的半軸長。②與波法線k相應(yīng)的兩個(gè)特許偏振光D的振動(dòng)方向和，分別平行于ra和rb。折射率橢球方程：3、什么是“片堆”？簡述利用“片堆”產(chǎn)生線偏振光的工作過程？片堆是由一組平行平面玻璃片疊加在一起構(gòu)成的，將一些玻璃放在圓筒內(nèi)，使其表面法線與圓筒軸構(gòu)成布儒斯特角。工作過程：當(dāng)自然光沿圓筒軸以布儒斯特角入射并通過片堆時(shí)，因透過片堆的折射光連續(xù)不斷地以相同的狀態(tài)入射和折射，每通過一次界面，都從折射光中反射部分垂直紙面的振動(dòng)分量，最后使通過片堆的透射光接近為一個(gè)平行入射面振動(dòng)的線偏振光。散射的分類:根據(jù)散射光波矢k和波長變化與否可分為兩種：散射光波矢k變化，但波長不變的散射有（瑞利散射、米氏散射、分子散射）；散射光波矢k和波長均變化的散射/光的方向相對(duì)于入射光改變而波長也改變的散射有（喇曼散射、布里淵散射）；5、什么是基模高斯光束及其特性?：高斯光束：由激光器產(chǎn)生的激光既不是均勻平面光波也不是均勻球面波，而是振幅和等相位面都在變化的高斯球面光波，簡稱高斯光束?；８咚构馐翰▌?dòng)方程在激光器諧振腔邊界下的一種特解，以z軸為柱對(duì)稱，其表達(dá)式內(nèi)包含有z，且大體沿著z軸的方向傳播?；８咚构馐奶匦裕夯８咚构馐谄鋫鞑ポS線附近可以看做是一種非均勻的球面波，其等相位面是曲率中心不斷變化的球面，振幅和強(qiáng)度在橫截面內(nèi)保持高斯分布。6、什么是消失波及消失波的特點(diǎn)？消失波：在發(fā)生全反射時(shí)，光波場透入到第2個(gè)介質(zhì)很薄的一層波，是一個(gè)沿著垂直界面的方向振幅衰減，沿著界面方向傳播的一種非均勻波，稱為消失波。消失波的特點(diǎn)：①消失波是一種沿x軸方向傳播的行波，相速度②消失波振幅沿著界面的法線方向按指數(shù)方式衰減③等相面上沿z方向各點(diǎn)的振幅不相等，消失波是一種非均勻的平面波。另外，由菲涅耳公式可以證明，消失波電矢量在傳播方向的分量E2x不為0，說明消失波不是一種橫波。④由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)的能量入口處和返回能量的出口處不在同一點(diǎn)，相隔大約半個(gè)波長，在入射面內(nèi)存在一個(gè)橫向位移，此位移為古斯-漢欣位移。7、正常色散的定義及正常色散的曲線特點(diǎn)：折射率隨著波長增加而減小的色散，特點(diǎn)：①波長愈短，折射率愈大；②波長愈短，折射率隨波長的變化率愈大，即色散率愈大；③波長一定，折射率愈大的材料，其色散率也愈大，不同物質(zhì)的色散曲線沒有簡單的相似關(guān)系。8、孔脫定理：反常色散總是與光的吸收有密切聯(lián)系，任何物質(zhì)在光譜某一區(qū)域內(nèi)如有反常色散，則在這個(gè)區(qū)域的光被強(qiáng)烈地吸收，在靠近吸收區(qū)處，折射率的變化非常快，而且在波長較長的一邊的折射率比在波長較短的一邊的折射率大很多,在吸收區(qū)內(nèi)折射率隨波長增大而增大。9、幾種線偏振光的標(biāo)準(zhǔn)的歸一瓊斯矢量是什么？右旋橢圓偏振光和左旋橢圓偏振光及其瓊斯矢量的表示式？x方向振動(dòng)的線偏振光：；y方向振動(dòng)的線偏振光：；45°方向振動(dòng)的線偏振光：；振動(dòng)方向與x軸成θ角的線偏振光：左旋圓偏振光：，瓊斯矢量的表示式為；右旋圓偏振光：，瓊斯矢量的表示式為。10、什么是主截面？O光？e光？離散角？波片？主截面是光軸與晶面法線所決定的平面；o光：折射率與光的傳播方向無關(guān)，與之相應(yīng)的光稱為尋常光e光：折射率與光的傳播方向有關(guān)，隨θ變化，相應(yīng)的光稱為非常光；離散角：波法線方向k與光線方向的夾角為離散角；波片：從單軸晶體上按一定方式切割的、有一定厚度的平行平面薄片；波片的切割方式：對(duì)于單軸晶體,晶片表面與光軸平行，對(duì)于雙軸晶體,晶片表面可與任一主軸平面平行）使用的注意事項(xiàng)（a.光波波長，b.波片的主軸方向）。方位角：線偏振光振動(dòng)面和入射面夾角。11、什么是喇曼散射和瑞利散射？喇曼散射的譜線與瑞利散射譜線的特點(diǎn)和不同點(diǎn)是什么？喇曼散射：光通過介質(zhì)時(shí)由于入射光與分子運(yùn)動(dòng)相互作用而引起的頻率發(fā)生變化的散射，又稱喇曼效應(yīng)。特點(diǎn)：①.在每一條原始的入射光譜線旁邊都伴有散射線，它們各自與原始光的頻率差相同；②.這些頻率差的數(shù)值與入射光波長無關(guān)，只與散射介質(zhì)有關(guān)。③.每種散射介質(zhì)有它自己的一套頻率差，它們表征了散射介質(zhì)的分子振動(dòng)頻率；瑞利散射：亭達(dá)爾等最早對(duì)微粒線度不大于(1/5~1/10)λ的渾濁介質(zhì)進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究，研究規(guī)律叫亭達(dá)爾效應(yīng)。這些規(guī)律后來被瑞利在理論上說明，所以又叫瑞利散射。特點(diǎn)：①.散射光強(qiáng)度與入射光波長的四次方成反比，即②.散射光強(qiáng)度隨觀察方向變化③.散射光具有偏振性，偏正度與觀察角度有關(guān)。不同點(diǎn)：瑞利散射散射光頻率與入射光相同，而喇曼散射除有與入射光頻率相同的頻率外，其兩側(cè)還伴有頻率為，···，，···的散射線存在。12、布儒斯特角、布喇格角，全反射臨界角和偏振棱鏡的有效孔徑角的物理意義是什么？布儒斯特角：當(dāng)光以某一特定角度θ1=θB入射時(shí)，Rs和Rp相差最大，且Rp=0，在反射光中不存在p分量。此時(shí)，根據(jù)菲涅耳公式有θ2+θB=90°，即該入射角與相應(yīng)的折射角互為余角。利用折射定律，可知該特定角度滿足，則該角稱為布儒斯特角。布喇格角：通常將這個(gè)條件稱為布喇格衍射條件，把上式稱為布喇格方程，稱為布喇格角。全反射臨界角：光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，存在一個(gè)臨界角θc，當(dāng)θ1>θc時(shí)，光波發(fā)生全反射。偏振棱鏡的有效孔徑角：入射光束錐角的限制范圍2δm,為偏振棱鏡的有效孔徑角(δm是δ和δ'中較小的一個(gè))。13、什么是法拉第旋光效應(yīng)？有什么特性，主要的應(yīng)用是什么？法拉第旋光效應(yīng)：當(dāng)線偏振光沿著磁化強(qiáng)度方向傳播時(shí)，由于左右圓偏振光在鐵磁體中的折射率不同，使偏振面發(fā)生偏轉(zhuǎn)角度。特性：法拉第效應(yīng)的旋光方向取決于外加磁場方向，與光的傳播方向無關(guān)，即法拉第效應(yīng)具有不可逆性。主要應(yīng)用：光隔離器14、光的電磁理論的基本方程是什么？其微分形式的表達(dá)式？描述光與介質(zhì)相互作用經(jīng)典理論的基本方程組？描述介質(zhì)色散特性的科希經(jīng)驗(yàn)公式是什么？解：麥克思維方程組的微分形式：描述光與介質(zhì)相互作用經(jīng)典理論的基本方程組:描述介質(zhì)正常色散特性科希公式:（A、B、C是由介質(zhì)特性決定的常數(shù)）15、從電子論的觀點(diǎn)，解釋什么是光的折射和散射？電子論的觀點(diǎn):在入射光的作用下,原子、分子作受迫振動(dòng),并輻射次波,這些次波與入射波疊加的合成波就是介質(zhì)中傳播的折射波。不均勻光學(xué)介質(zhì):這些次波間的固定相位關(guān)系遭到破壞,合成波沿折射方向相長干涉的效果也遭到破壞,在其它方向上也會(huì)有光傳播，這就是散射。對(duì)于光學(xué)均勻介質(zhì):這些次波是相干的,其干涉的結(jié)果,只有沿折射光方向的合成波才加強(qiáng),其余方向皆因干涉而抵消，這就是光的折射。16、復(fù)折射率的表達(dá)式？描述光的傳播特性時(shí)其實(shí)部與虛部的作用各是什么？表達(dá)式；實(shí)部n：表征介質(zhì)影響光傳播相位特性的量，即通常所說的折射率；虛部η：表征介質(zhì)影響光傳播振幅特性的量，通常稱為消光系數(shù)17、什么是斯托克斯參量表示法？什么是瓊斯矩陣？與瓊斯矩陣比較的特點(diǎn)？答：斯托克斯參量可以全面描述光束的偏振態(tài)（完全偏振光、部分偏振光和完全非偏振光），也可以表征單色光或準(zhǔn)單色光，已經(jīng)成為描述光強(qiáng)度和偏振態(tài)的重要工具單色平面光波的各種偏振態(tài)可以用斯托克斯參量(S0，S1，S2，S3)來表示，光的電矢量s分量振幅Es和p分量振幅Ep及相位差φ與４個(gè)斯托克斯參量的關(guān)系對(duì)于完全偏振光對(duì)于部分偏振光對(duì)于完全非偏振光 對(duì)于任意橢圓偏振光瓊斯矩陣：利用一個(gè)列矩陣表示電矢量的x、y分量.這個(gè)矩陣通常稱為瓊斯矢量特點(diǎn)：斯托克斯參量可全面描述光束的偏振態(tài)，因此通過對(duì)斯托克斯參量的測量，可完全確定光束的偏振態(tài)。18、什么是光的偏振特性，橫波和縱波的區(qū)別標(biāo)志是什么？解：光振動(dòng)方向相對(duì)于傳播方向不對(duì)稱的性質(zhì)稱為光波的偏振特性。它是橫波區(qū)別于縱波最明顯的標(biāo)志。19、什么是相速度，什么是群速度，兩者的表達(dá)式和關(guān)系式？解：等相位面的傳播速度簡稱相速度，等振幅面的傳播速度稱為群速度。相速度：群速度：20、聲光調(diào)制器和電光調(diào)制實(shí)驗(yàn)的組成，原理？答：電光調(diào)制組成：起偏器，1/4波片，檢偏器。電光調(diào)制原理：聲光調(diào)制器組成：21、自然光的反射和偏振特性（反射系數(shù)、反射率公式、偏正度計(jì)算公式）；全反射時(shí)s光和p光的相位差計(jì)算公式；單軸晶體的最大離散角計(jì)算公式光在晶體界面的反射定律和折射定律反射系數(shù)：反射率：s光：p光：偏振度：相位差計(jì)算公式：單軸晶體的最大離散角計(jì)算公式：光在晶體界面的反射定律和折射定律：22、什么是均勻加寬?機(jī)理是什么？什么是非均勻加寬？機(jī)理是什么？非均勻加寬工作物質(zhì)和均勻加寬工作物質(zhì)的飽和性質(zhì)的主要區(qū)別？均勻加寬是指每個(gè)單獨(dú)原子的譜線以及整個(gè)體系的譜線作同樣的展寬。機(jī)理：對(duì)此種加寬每個(gè)發(fā)光原子都以整個(gè)線型發(fā)射，不能把線型函數(shù)上的某一特定頻率和某些特定原子聯(lián)系起來，或者說每一發(fā)光原子對(duì)光譜線內(nèi)任一頻率都有貢獻(xiàn)。非均勻加寬：原子體系中不同原子對(duì)譜線的不同頻率有貢獻(xiàn)。機(jī)理：原子體系中，每一個(gè)原子只對(duì)譜內(nèi)與它的中心頻率相應(yīng)的部分有貢獻(xiàn)，因而可以區(qū)分譜線上的某一頻率范圍是由那一部分原子發(fā)射的。主要區(qū)別：非均勻加寬工作物質(zhì)的飽和效應(yīng)比較弱。非均勻加寬情形中，飽和效應(yīng)的強(qiáng)弱與線型中頻率位置無關(guān)，而均勻加寬情形下，飽和效應(yīng)強(qiáng)弱與線型中頻率位置有關(guān)，偏離線型函數(shù)中心頻率越遠(yuǎn)，飽和效應(yīng)越弱。非均勻加寬中具有燒孔效應(yīng)。[自然加寬、碰撞加寬和晶格振動(dòng)加寬均是均勻加寬。自然加寬：在不受外界影響的情況下，受激原子會(huì)自發(fā)地向低能態(tài)躍遷，因而受激原子在激發(fā)態(tài)上具有有限壽命，從而造成原子躍遷譜線的自然加寬。碰撞加寬：大量原子之間的無規(guī)則“碰撞”，從而造成原子譜線的碰撞加寬。晶格振動(dòng)加寬：由于晶格振動(dòng)使激活離子處于隨時(shí)間周期變化的晶格場中，激活離子的能級(jí)所對(duì)應(yīng)的能量在某一范圍內(nèi)變化，而引起譜線加寬。多普勒加寬和晶格缺陷加寬是非均勻加寬。多普勒加寬：由于做熱運(yùn)動(dòng)的發(fā)光原子（分子）所發(fā)出的輻射的多普勒頻移引起的。晶格缺陷加寬：處于缺陷部位的激活離子的能級(jí)發(fā)生位移，導(dǎo)致處于晶體不同部位的激活離子的發(fā)光中心頻率不同，產(chǎn)生非均勻加寬。]23、什么是尖峰振蕩效應(yīng)？有什么特點(diǎn)，如何獲得短脈沖或者超短短脈沖？尖峰振蕩效應(yīng)：固體脈沖激光器輸出的不是一個(gè)平滑的光脈沖，而是一群寬度只有量級(jí)的短脈沖序列。特點(diǎn)：脈寬量級(jí)；尖峰能增大，尖峰數(shù)增加，但峰值不增高；尖峰形狀：衰減型，周期性無規(guī)則。[一個(gè)尖峰脈沖的形成和消失，可以由激光系統(tǒng)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度的增減變化來解釋；調(diào)Q技術(shù)—短脈沖，鎖模技術(shù)—超短脈沖]24、渥拉斯頓棱鏡的工作原理是什么？渥拉斯頓棱鏡又稱雙像棱鏡，由光軸相互垂直的兩塊直角棱鏡沿斜面膠合而成，正入射的平行光束在第一塊棱鏡內(nèi)垂直光軸傳播，o光和e光以不同相速度同向傳播。它們進(jìn)入第二塊棱鏡時(shí)，光軸方向旋轉(zhuǎn)90度，使第一塊棱鏡中的o光變成e光，且由于方解石為負(fù)單軸晶體，將遠(yuǎn)離界面法線；第一塊晶體中的e光變成o光，靠近法線偏折，這兩束光在射出棱鏡時(shí)，將再偏折一次。【簡答題索引】1、在雙軸晶體中，為什么不能采用o光與e光的稱呼來區(qū)分兩個(gè)正交線偏正光？2、簡述折射率橢球的兩個(gè)重要性質(zhì)？折射率橢球方程是？3、什么是“片堆”？簡述利用“片堆”產(chǎn)生線偏振光的工作程？4、散射的分類5、什么是基模高斯光束及其特性?：6、什么是消失波及消失波的特點(diǎn)？7、正常色散的定義及正常色散的曲線特點(diǎn)：8、孔脫定理9、幾種線偏振光的標(biāo)準(zhǔn)的歸一瓊斯矢量是什么？右旋橢圓偏振光和左旋橢圓偏振光及其瓊斯矢量的表示式？10、什么是主截面？O光？e光？離散角？波片？11、什么是喇曼散射和瑞利散射？喇曼散射的譜線與瑞利散射譜線的特點(diǎn)和不同點(diǎn)是什么？12、布儒斯特角、布喇格角，全反射臨界角和偏振棱鏡的有效孔徑角的物理意義是什么？13、什么是法拉第旋光效應(yīng)？有什么特性，主要的應(yīng)用是什么？14、光的電磁理論的基本方程是什么？其微分形式的表達(dá)式？描述光與介質(zhì)相互作用經(jīng)典理論的基本方程組？描述介質(zhì)色散特性的科希經(jīng)驗(yàn)公式是什么？15、從電子論的觀點(diǎn)，解釋什么是光的折射和散射？16、復(fù)折射率的表達(dá)式？描述光的傳播特性時(shí)其實(shí)部與虛部的作用各是什么？17、什么是斯托克斯參量表示法？什么是瓊斯矩陣？與瓊斯矩陣比較的特點(diǎn)？18、什么是光的偏振特性，橫波和縱波的區(qū)別標(biāo)志是什么？19、什么是相速度，什么是群速度，兩者的表達(dá)式和關(guān)系式？20、聲光調(diào)制器和電光調(diào)制實(shí)驗(yàn)的組成，原理？21、自然光的反射和偏振特性（反射系數(shù)、反射率公式、偏正度計(jì)算公式）；全反射時(shí)s光和p光的相位差計(jì)算公式；單軸晶體的最大離散角計(jì)算公式；光在晶體界面的反射定律和折射定律22什么是均勻加寬?機(jī)理是什么？什么是非均勻加寬？機(jī)理是什么？非均勻加寬工作物質(zhì)和均勻加寬工作物質(zhì)的飽和性質(zhì)的主要區(qū)別？23、什么是尖峰振蕩效應(yīng)？有什么特點(diǎn)，如何獲得短脈沖或者超短短脈沖？24、渥拉斯頓棱鏡的工作原理是什么？1、在雙軸晶體中，為什么不能采用o光與e光的稱呼來區(qū)分兩個(gè)正交線偏正光？當(dāng)波矢k沿著除兩個(gè)光軸和三個(gè)主軸方向傳播時(shí)，過折射率橢球中心且垂直于k的平面與折射率橢球的截線均為橢圓，這些橢圓不具有對(duì)稱性，相應(yīng)的兩個(gè)線偏振光的折射率都與k的方向有關(guān)，這兩個(gè)光均為非常光。故在雙軸晶體中，不能采用o光與e光的稱呼來區(qū)分兩個(gè)正交線偏正光。2、簡述折射率橢球的兩個(gè)重要性質(zhì)？折射率橢球方程是？折射率橢球的兩個(gè)重要性質(zhì)：①與波法線k相應(yīng)的兩個(gè)特許折射率和,分別等于這個(gè)橢圓的兩個(gè)主軸的半軸長。②與波法線k相應(yīng)的兩個(gè)特許偏振光D的振動(dòng)方向和，分別平行于ra和rb。折射率橢球方程：3、什么是“片堆”？簡述利用“片堆”產(chǎn)生線偏振光的工作過程？片堆是由一組平行平面玻璃片疊加在一起構(gòu)成的，將一些玻璃放在圓筒內(nèi)，使其表面法線與圓筒軸構(gòu)成布儒斯特角。工作過程：當(dāng)自然光沿圓筒軸以布儒斯特角入射并通過片堆時(shí)，因透過片堆的折射光連續(xù)不斷地以相同的狀態(tài)入射和折射，每通過一次界面，都從折射光中反射部分垂直紙面的振動(dòng)分量，最后使通過片堆的透射光接近為一個(gè)平行入射面振動(dòng)的線偏振光。散射的分類:根據(jù)散射光波矢k和波長變化與否可分為兩種：散射光波矢k變化，但波長不變的散射有（瑞利散射、米氏散射、分子散射）；散射光波矢k和波長均變化的散射/光的方向相對(duì)于入射光改變而波長也改變的散射有（喇曼散射、布里淵散射）；5、什么是基模高斯光束及其特性?：高斯光束：由激光器產(chǎn)生的激光既不是均勻平面光波也不是均勻球面波，而是振幅和等相位面都在變化的高斯球面光波，簡稱高斯光束?；８咚构馐翰▌?dòng)方程在激光器諧振腔邊界下的一種特解，以z軸為柱對(duì)稱，其表達(dá)式內(nèi)包含有z，且大體沿著z軸的方向傳播?；８咚构馐奶匦裕夯８咚构馐谄鋫鞑ポS線附近可以看做是一種非均勻的球面波，其等相位面是曲率中心不斷變化的球面，振幅和強(qiáng)度在橫截面內(nèi)保持高斯分布。6、什么是消失波及消失波的特點(diǎn)？消失波：在發(fā)生全反射時(shí)，光波場透入到第2個(gè)介質(zhì)很薄的一層波，是一個(gè)沿著垂直界面的方向振幅衰減，沿著界面方向傳播的一種非均勻波，稱為消失波。消失波的特點(diǎn)：①消失波是一種沿x軸方向傳播的行波，相速度②消失波振幅沿著界面的法線方向按指數(shù)方式衰減③等相面上沿z方向各點(diǎn)的振幅不相等，消失波是一種非均勻的平面波。另外，由菲涅耳公式可以證明，消失波電矢量在傳播方向的分量E2x不為0，說明消失波不是一種橫波。④由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)的能量入口處和返回能量的出口處不在同一點(diǎn)，相隔大約半個(gè)波長，在入射面內(nèi)存在一個(gè)橫向位移，此位移為古斯-漢欣位移。7、正常色散的定義及正常色散的曲線特點(diǎn)：折射率隨著波長增加而減小的色散，特點(diǎn)：①波長愈短，折射率愈大；②波長愈短，折射率隨波長的變化率愈大，即色散率愈大；③波長一定，折射率愈大的材料，其色散率也愈大，不同物質(zhì)的色散曲線沒有簡單的相似關(guān)系。8、孔脫定理：反常色散總是與光的吸收有密切聯(lián)系，任何物質(zhì)在光譜某一區(qū)域內(nèi)如有反常色散，則在這個(gè)區(qū)域的光被強(qiáng)烈地吸收，在靠近吸收區(qū)處，折射率的變化非?？?，而且在波長較長的一邊的折射率比在波長較短的一邊的折射率大很多,在吸收區(qū)內(nèi)折射率隨波長增大而增大。9、幾種線偏振光的標(biāo)準(zhǔn)的歸一瓊斯矢量是什么？右旋橢圓偏振光和左旋橢圓偏振光及其瓊斯矢量的表示式？x方向振動(dòng)的線偏振光：；y方向振動(dòng)的線偏振光：；45°方向振動(dòng)的線偏振光：；振動(dòng)方向與x軸成θ角的線偏振光：左旋圓偏振光：，瓊斯矢量的表示式為；右旋圓偏振光：，瓊斯矢量的表示式為。10、什么是主截面？O光？e光？離散角？波片？主截面是光軸與晶面法線所決定的平面；o光：折射率與光的傳播方向無關(guān)，與之相應(yīng)的光稱為尋常光e光：折射率與光的傳播方向有關(guān)，隨θ變化，相應(yīng)的光稱為非常光；離散角：波法線方向k與光線方向的夾角為離散角；波片：從單軸晶體上按一定方式切割的、有一定厚度的平行平面薄片；波片的切割方式：對(duì)于單軸晶體,晶片表面與光軸平行，對(duì)于雙軸晶體,晶片表面可與任一主軸平面平行）使用的注意事項(xiàng)（a.光波波長，b.波片的主軸方向）。方位角：線偏振光振動(dòng)面和入射面夾角。11、什么是喇曼散射和瑞利散射？喇曼散射的譜線與瑞利散射譜線的特點(diǎn)和不同點(diǎn)是什么？喇曼散射：光通過介質(zhì)時(shí)由于入射光與分子運(yùn)動(dòng)相互作用而引起的頻率發(fā)生變化的散射，又稱喇曼效應(yīng)。特點(diǎn)：①.在每一條原始的入射光譜線旁邊都伴有散射線，它們各自與原始光的頻率差相同；②.這些頻率差的數(shù)值與入射光波長無關(guān)，只與散射介質(zhì)有關(guān)。③.每種散射介質(zhì)有它自己的一套頻率差，它們表征了散射介質(zhì)的分子振動(dòng)頻率；瑞利散射：亭達(dá)爾等最早對(duì)微粒線度不大于(1/5~1/10)λ的渾濁介質(zhì)進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究，研究規(guī)律叫亭達(dá)爾效應(yīng)。這些規(guī)律后來被瑞利在理論上說明，所以又叫瑞利散射。特點(diǎn)：①.散射光強(qiáng)度與入射光波長的四次方成反比，即②.散射光強(qiáng)度隨觀察方向變化③.散射光具有偏振性，偏正度與觀察角度有關(guān)。不同點(diǎn)：瑞利散射散射光頻率與入射光相同，而喇曼散射除有與入射光頻率相同的頻率外，其兩側(cè)還伴有頻率為，···，，···的散射線存在。12、布儒斯特角、布喇格角，全反射臨界角和偏振棱鏡的有效孔徑角的物理意義是什么？布儒斯特角：當(dāng)光以某一特定角度θ1=θB入射時(shí)，Rs和Rp相差最大，且Rp=0，在反射光中不存在p分量。此時(shí)，根據(jù)菲涅耳公式有θ2+θB=90°，即該入射角與相應(yīng)的折射角互為余角。利用折射定律，可知該特定角度滿足，則該角稱為布儒斯特角。布喇格角：通常將這個(gè)條件稱為布喇格衍射條件，把上式稱為布喇格方程，稱為布喇格角。全反射臨界角：光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，存在一個(gè)臨界角θc，當(dāng)θ1>θc時(shí)，光波發(fā)生全反射。偏振棱鏡的有效孔徑角：入射光束錐角的限制范圍2δm,為偏振棱鏡的有效孔徑角(δm是δ和δ'中較小的一個(gè))。13、什么是法拉第旋光效應(yīng)？有什么特性，主要的應(yīng)用是什么？法拉第旋光效應(yīng)：當(dāng)線偏振光沿著磁化強(qiáng)度方向傳播時(shí)，由于左右圓偏振光在鐵磁體中的折射率不同，使偏振面發(fā)生偏轉(zhuǎn)角度。特性：法拉第效應(yīng)的旋光方向取決于外加磁場方向，與光的傳播方向無關(guān)，即法拉第效應(yīng)具有不可逆性。主要應(yīng)用：光隔離器14、光的電磁理論的基本方程是什么？其微分形式的表達(dá)式？描述光與介質(zhì)相互作用經(jīng)典理論的基本方程組？描述介質(zhì)色散特性的科希經(jīng)驗(yàn)公式是什么？解：麥克思維方程組的微分形式：描述光與介質(zhì)相互作用經(jīng)典理論的基本方程組:描述介質(zhì)正常色散特性科希公式:（A、B、C是由介質(zhì)特性決定的常數(shù)）15、從電子論的觀點(diǎn)，解釋什么是光的折射和散射？電子論的觀點(diǎn):在入射光的作用下,原子、分子作受迫振動(dòng),并輻射次波,這些次波與入射波疊加的合成波就是介質(zhì)中傳播的折射波。不均勻光學(xué)介質(zhì):這些次波間的固定相位關(guān)系遭到破壞,合成波沿折射方向相長干涉的效果也遭到破壞,在其它方向上也會(huì)有光傳播，這就是散射。對(duì)于光學(xué)均勻介質(zhì):這些次波是相干的,其干涉的結(jié)果,只有沿折射光方向的合成波才加強(qiáng),其余方向皆因干涉而抵消，這就是光的折射。16、復(fù)折射率的表達(dá)式？描述光的傳播特性時(shí)其實(shí)部與虛部的作用各是什么？表達(dá)式；實(shí)部n：表征介質(zhì)影響光傳播相位特性的量，即通常所說的折射率；虛部η：表征介質(zhì)影響光傳播振幅特性的量，通常稱為消光系數(shù)17、什么是斯托克斯參量表示法？什么是瓊斯矩陣？與瓊斯矩陣比較的特點(diǎn)？答：斯托克斯參量可以全面描述光束的偏振態(tài)（完全偏振光、部分偏振光和完全非偏振光），也可以表征單色光或準(zhǔn)單色光，已經(jīng)成為描述光強(qiáng)度和偏振態(tài)的重要工具單色平面光波的各種偏振態(tài)可以用斯托克斯參量(S0，S1，S2，S3)來表示，光的電矢量s分量振幅Es和p分量振幅Ep及相位差φ與４個(gè)斯托克斯參量的關(guān)系對(duì)于完全偏振光對(duì)于部分偏振光對(duì)于完全非偏振光 對(duì)于任意橢圓偏振光瓊斯矩陣：利用一個(gè)列矩陣表示電矢量的x、y分量.這個(gè)矩陣通常稱為瓊斯矢量特點(diǎn)：斯托克斯參量可全面描述光束的偏振態(tài)，因此通過對(duì)斯托克斯參量的測量，可完全確定光束的偏振態(tài)。18、什么是光的偏振特性，橫波和縱波的區(qū)別標(biāo)志是什么？解：光振動(dòng)方向相對(duì)于傳播方向不對(duì)稱的性質(zhì)稱為光波的偏振特性。它是橫波區(qū)別于縱波最明顯的標(biāo)志。19、什么是相速度，什么是群速度，兩者的表達(dá)式和關(guān)系式？解：等相位面的傳播速度簡稱相速度，等振幅面的傳播速度稱為群速度。相速度：群速度：20、聲光調(diào)制器和電光調(diào)制實(shí)驗(yàn)的組成，原理？答：電光調(diào)制組成：起偏器，1/4波片，檢偏器。電光調(diào)制原理：聲光調(diào)制器組成：21、自然光的反射和偏振特性（反射系數(shù)、反射率公式、偏正度計(jì)算公式）；全反射時(shí)s光和p光的相位差計(jì)算公式；單軸晶體的最大離散角計(jì)算公式光在晶體界面的反射定律和折射定律反射系數(shù)：反射率：s光：p光：偏振度：相位差計(jì)算公式：單軸晶體的最大離散角計(jì)算公式：光在晶體界面的反射定律和折射定律：22、什么是均勻加寬?機(jī)理是什么？什么是非均勻加寬？機(jī)理是什么？非均勻加寬工作物質(zhì)和均勻加寬工作物質(zhì)的飽和性質(zhì)的主要區(qū)別？均勻加寬是指每個(gè)單獨(dú)原子的譜線以及整個(gè)體系的譜線作同樣的展寬。機(jī)理：對(duì)此種加寬每個(gè)發(fā)光原子都以整個(gè)線型發(fā)射，不能把線型函數(shù)上的某一特定頻率和某些特定原子聯(lián)系起來，或者說每一發(fā)光原子對(duì)光譜線內(nèi)任一頻率都有貢獻(xiàn)。非均勻加寬：原子體系中不同原子對(duì)譜線的不同頻率有貢獻(xiàn)。機(jī)理：原子體系中，每一個(gè)原子只對(duì)譜內(nèi)與它的中心頻率相應(yīng)的部分有貢獻(xiàn)，因而可以區(qū)分譜線上的某一頻率范圍是由那一部分原子發(fā)射的。主要區(qū)別：非均勻加寬工作物質(zhì)的飽和效應(yīng)比較弱。非均勻加寬情形中，飽和效應(yīng)的強(qiáng)弱與線型中頻率位置無關(guān)，而均勻加寬情形下，飽和效應(yīng)強(qiáng)弱與線型中頻率位置有關(guān)，偏離線型函數(shù)中心頻率越遠(yuǎn)，飽和效應(yīng)越弱。非均勻加寬中具有燒孔效應(yīng)。[自然加寬、碰撞加寬和晶格振動(dòng)加寬均是均勻加寬。自然加寬：在不受外界影響的情況下，受激原子會(huì)自發(fā)地向低能態(tài)躍遷，因而受激原子在激發(fā)態(tài)上具有有限壽命，從而造成原子躍遷譜線的自然加寬。碰撞加寬：大量原子之間的無規(guī)則“碰撞”，從而造成原子譜線的碰撞加寬。晶格振動(dòng)加寬：由于晶格振動(dòng)使激活離子處于隨時(shí)間周期變化的晶格場中，激活離子的能級(jí)所對(duì)應(yīng)的能量在某一范圍內(nèi)變化，而引起譜線加寬。多普勒加寬和晶格缺陷加寬是非均勻加寬。多普勒加寬：由于做熱運(yùn)動(dòng)的發(fā)光原子（分子）所發(fā)出的輻射的多普勒頻移引起的。晶格缺陷加寬：處于缺陷部位的激活離子的能級(jí)發(fā)生位移，導(dǎo)致處于晶體不同部位的激活離子的發(fā)光中心頻率不同，產(chǎn)生非均勻加寬。]23、什么是尖峰振蕩效應(yīng)？有什么特點(diǎn)，如何獲得短脈沖或者超短短脈沖？尖峰振蕩效應(yīng)：固體脈沖激光器輸出的不是一個(gè)平滑的光脈沖，而是一群寬度只有量級(jí)的短脈沖序列。特點(diǎn)：脈寬量級(jí)；尖峰能增大，尖峰數(shù)增加，但峰值不增高；尖峰形狀：衰減型，周期性無規(guī)則。[一個(gè)尖峰脈沖的形成和消失，可以由激光系統(tǒng)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度的增減變化來解釋；調(diào)Q技術(shù)—短脈沖，鎖模技術(shù)—超短脈沖]24、渥拉斯頓棱鏡的工作原理是什么？渥拉斯頓棱鏡又稱雙像棱鏡，由光軸相互垂直的兩塊直角棱鏡沿斜面膠合而成，正入射的平行光束在第一塊棱鏡內(nèi)垂直光軸傳播，o光和e光以不同相速度同向傳播。它們進(jìn)入第二塊棱鏡時(shí)，光軸方向旋轉(zhuǎn)90度，使第一塊棱鏡中的o光變成e光，且由于方解石為負(fù)單軸晶體，將遠(yuǎn)離界面法線；第一塊晶體中的e光變成o光，靠近法線偏折，這兩束光在射出棱鏡時(shí)，將再偏折一次。【簡答題索引】1、在雙軸晶體中，為什么不能采用o光與e光的稱呼來區(qū)分兩個(gè)正交線偏正光？2、簡述折射率橢球的兩個(gè)重要性質(zhì)？折射率橢球方程是？3、什么是“片堆”？簡述利用“片堆”產(chǎn)生線偏振光的工作程？4、散射的分類5、什么是基模高斯光束及其特性?：6、什么是消失波及消失波的特點(diǎn)？7、正常色散的定義及正常色散的曲線特點(diǎn)：8、孔脫定理9、幾種線偏振光的標(biāo)準(zhǔn)的歸一瓊斯矢量是什么？右旋橢圓偏振光和左旋橢圓偏振光及其瓊斯矢量的表示式？10、什么是主截面？O光？e光？離散角？波片？11、什么是喇曼散射和瑞利散射？喇曼散射的譜線與瑞利散射譜線的特點(diǎn)和不同點(diǎn)是什么？12、布儒斯特角、布喇格角，全反射臨界角和偏振棱鏡的有效孔徑角的物理意義是什么？13、什么是法拉第旋光效應(yīng)？有什么特性，主要的應(yīng)用是什么？14、光的電磁理論的基本方程是什么？其微分形式的表達(dá)式？描述光與介質(zhì)相互作用經(jīng)典理論的基本方程組？描述介質(zhì)色散特性的科希經(jīng)驗(yàn)公式是什么？15、從電子論的觀點(diǎn)，解釋什么是光的折射和散射？16、復(fù)折射率的表達(dá)式？描述光的傳播特性時(shí)其實(shí)部與虛部的作用各是什么？17、什么是斯托克斯參量表示法？什么是瓊斯矩陣？與瓊斯矩陣比較的特點(diǎn)？18、什么是光的偏振特性，橫波和縱波的區(qū)別標(biāo)志是什么？19、什么是相速度，什么是群速度，兩者的表達(dá)式和關(guān)系式？20、聲光調(diào)制器和電光調(diào)制實(shí)驗(yàn)的組成，原理？21、自然光的反射和偏振特性（反射系數(shù)、反射率公式、偏正度計(jì)算公式）；全反射時(shí)s光和p光的相位差計(jì)算公式；單軸晶體的最大離散角計(jì)算公式；光在晶體界面的反射定律和折射定律22什么是均勻加寬?機(jī)理是什么？什么是非均勻加寬？機(jī)理是什么？非均勻加寬工作物質(zhì)和均勻加寬工作物質(zhì)的飽和性質(zhì)的主要區(qū)別？23、什么是尖峰振蕩效應(yīng)？有什么特點(diǎn)，如何獲得短脈沖或者超短短脈沖？24、渥拉斯頓棱鏡的工作原理是什么？1、在雙軸晶體中，為什么不能采用o光與e光的稱呼來區(qū)分兩個(gè)正交線偏正光？當(dāng)波矢k沿著除兩個(gè)光軸和三個(gè)主軸方向傳播時(shí)，過折射率橢球中心且垂直于k的平面與折射率橢球的截線均為橢圓，這些橢圓不具有對(duì)稱性，相應(yīng)的兩個(gè)線偏振光的折射率都與k的方向有關(guān)，這兩個(gè)光均為非常光。故在雙軸晶體中，不能采用o光與e光的稱呼來區(qū)分兩個(gè)正交線偏正光。2、簡述折射率橢球的兩個(gè)重要性質(zhì)？折射率橢球方程是？折射率橢球的兩個(gè)重要性質(zhì)：①與波法線k相應(yīng)的兩個(gè)特許折射率和,分別等于這個(gè)橢圓的兩個(gè)主軸的半軸長。②與波法線k相應(yīng)的兩個(gè)特許偏振光D的振動(dòng)方向和，分別平行于ra和rb。折射率橢球方程：3、什么是“片堆”？簡述利用“片堆”產(chǎn)生線偏振光的工作過程？片堆是由一組平行平面玻璃片疊加在一起構(gòu)成的，將一些玻璃放在圓筒內(nèi)，使其表面法線與圓筒軸構(gòu)成布儒斯特角。工作過程：當(dāng)自然光沿圓筒軸以布儒斯特角入射并通過片堆時(shí)，因透過片堆的折射光連續(xù)不斷地以相同的狀態(tài)入射和折射，每通過一次界面，都從折射光中反射部分垂直紙面的振動(dòng)分量，最后使通過片堆的透射光接近為一個(gè)平行入射面振動(dòng)的線偏振光。散射的分類:根據(jù)散射光波矢k和波長變化與否可分為兩種：散射光波矢k變化，但波長不變的散射有（瑞利散射、米氏散射、分子散射）；散射光波矢k和波長均變化的散射/光的方向相對(duì)于入射光改變而波長也改變的散射有（喇曼散射、布里淵散射）；5、什么是基模高斯光束及其特性?：高斯光束：由激光器產(chǎn)生的激光既不是均勻平面光波也不是均勻球面波，而是振幅和等相位面都在變化的高斯球面光波，簡稱高斯光束。基模高斯光束：波動(dòng)方程在激光器諧振腔邊界下的一種特解，以z軸為柱對(duì)稱，其表達(dá)式內(nèi)包含有z，且大體沿著z軸的方向傳播。基模高斯光束的特性：基模高斯光束在其傳播軸線附近可以看做是一種非均勻的球面波，其等相位面是曲率中心不斷變化的球面，振幅和強(qiáng)度在橫截面內(nèi)保持高斯分布。6、什么是消失波及消失波的特點(diǎn)？消失波：在發(fā)生全反射時(shí)，光波場透入到第2個(gè)介質(zhì)很薄的一層波，是一個(gè)沿著垂直界面的方向振幅衰減，沿著界面方向傳播的一種非均勻波，稱為消失波。消失波的特點(diǎn)：①消失波是一種沿x軸方向傳播的行波，相速度②消失波振幅沿著界面的法線方向按指數(shù)方式衰減③等相面上沿z方向各點(diǎn)的振幅不相等，消失波是一種非均勻的平面波。另外，由菲涅耳公式可以證明，消失波電矢量在傳播方向的分量E2x不為0，說明消失波不是一種橫波。④由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)的能量入口處和返回能量的出口處不在同一點(diǎn)，相隔大約半個(gè)波長，在入射面內(nèi)存在一個(gè)橫向位移，此位移為古斯-漢欣位移。7、正常色散的定義及正常色散的曲線特點(diǎn)：折射率隨著波長增加而減小的色散，特點(diǎn)：①波長愈短，折射率愈大；②波長愈短，折射率隨波長的變化率愈大，即色散率愈大；③波長一定，折射率愈大的材料，其色散率也愈大，不同物質(zhì)的色散曲線沒有簡單的相似關(guān)系。8、孔脫定理：反常色散總是與光的吸收有密切聯(lián)系，任何物質(zhì)在光譜某一區(qū)域內(nèi)如有反常色散，則在這個(gè)區(qū)域的光被強(qiáng)烈地吸收，在靠近吸收區(qū)處，折射率的變化非?？欤以诓ㄩL較長的一邊的折射率比在波長較短的一邊的折射率大很多,在吸收區(qū)內(nèi)折射率隨波長增大而增大。9、幾種線偏振光的標(biāo)準(zhǔn)的歸一瓊斯矢量是什么？右旋橢圓偏振光和左旋橢圓偏振光及其瓊斯矢量的表示式？x方向振動(dòng)的線偏振光：；y方向振動(dòng)的線偏振光：；45°方向振動(dòng)的線偏振光：；振動(dòng)方向與x軸成θ角的線偏振光：左旋圓偏振光：，瓊斯矢量的表示式為；右旋圓偏振光：，瓊斯矢量的表示式為。10、什么是主截面？O光？e光？離散角？波片？主截面是光軸與晶面法線所決定的平面；o光：折射率與光的傳播方向無關(guān)，與之相應(yīng)的光稱為尋常光e光：折射率與光的傳播方向有關(guān)，隨θ變化，相應(yīng)的光稱為非常光；離散角：波法線方向k與光線方向的夾角為離散角；波片：從單軸晶體上按一定方式切割的、有一定厚度的平行平面薄片；波片的切割方式：對(duì)于單軸晶體,晶片表面與光軸平行，對(duì)于雙軸晶體,晶片表面可與任一主軸平面平行）使用的注意事項(xiàng)（a.光波波長，b.波片的主軸方向）。方位角：線偏振光振動(dòng)面和入射面夾角。11、什么是喇曼散射和瑞利散射？喇曼散射的譜線與瑞利散射譜線的特點(diǎn)和不同點(diǎn)是什么？喇曼散射：光通過介質(zhì)時(shí)由于入射光與分子運(yùn)動(dòng)相互作用而引起的頻率發(fā)生變化的散射，又稱喇曼效應(yīng)。特點(diǎn)：①.在每一條原始的入射光譜線旁邊都伴有散射線，它們各自與原始光的頻率差相同；②.這些頻率差的數(shù)值與入射光波長無關(guān)，只與散射介質(zhì)有關(guān)。③.每種散射介質(zhì)有它自己的一套頻率差，它們表征了散射介質(zhì)的分子振動(dòng)頻率；瑞利散射：亭達(dá)爾等最早對(duì)微粒線度不大于(1/5~1/10)λ的渾濁介質(zhì)進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究，研究規(guī)律叫亭達(dá)爾效應(yīng)。這些規(guī)律后來被瑞利在理論上說明，所以又叫瑞利散射。特點(diǎn)：①.散射光強(qiáng)度與入射光波長的四次方成反比，即②.散射光強(qiáng)度隨觀察方向變化③.散射光具有偏振性，偏正度與觀察角度有關(guān)。不同點(diǎn)：瑞利散射散射光頻率與入射光相同，而喇曼散射除有與入射光頻率相同的頻率外，其兩側(cè)還伴有頻率為，···，，···的散射線存在。12、布儒斯特角、布喇格角，全反射臨界角和偏振棱鏡的有效孔徑角的物理意義是什么？布儒斯特角：當(dāng)光以某一特定角度θ1=θB入射時(shí)，Rs和Rp相差最大，且Rp=0，在反射光中不存在p分量。此時(shí)，根據(jù)菲涅耳公式有θ2+θB=90°，即該入射角與相應(yīng)的折射角互為余角。利用折射定律，可知該特定角度滿足，則該角稱為布儒斯特角。布喇格角：通常將這個(gè)條件稱為布喇格衍射條件，把上式稱為布喇格方程，稱為布喇格角。全反射臨界角：光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，存在一個(gè)臨界角θc，當(dāng)θ1>θc時(shí)，光波發(fā)生全反射。偏振棱鏡的有效孔徑角：入射光束錐角的限制范圍2δm,為偏振棱鏡的有效孔徑角(δm是δ和δ'中較小的一個(gè))。13、什么是法拉第旋光效應(yīng)？有什么特性，主要的應(yīng)用是什么？法拉第旋光效應(yīng)：當(dāng)線偏振光沿著磁化強(qiáng)度方向傳播時(shí)，由于左右圓偏振光在鐵磁體中的折射率不同，使偏振面發(fā)生偏轉(zhuǎn)角度。特性：法拉第效應(yīng)的旋光方向取決于外加磁場方向，與光的傳播方向無關(guān)，即法拉第效應(yīng)具有不可逆性。主要應(yīng)用：光隔離器14、光的電磁理論的基本方程是什么？其微分形式的表達(dá)式？描述光與介質(zhì)相互作用經(jīng)典理論的基本方程組？描述介質(zhì)色散特性的科希經(jīng)驗(yàn)公式是什么？解：麥克思維方程組的微分形式：描述光與介質(zhì)相互作用經(jīng)典理論的基本方程組:描述介質(zhì)正常色散特性科希公式:（A、B、C是由介質(zhì)特性決定的常數(shù)）15、從電子論的觀點(diǎn)，解釋什么是光的折射和散射？電子論的觀點(diǎn):在入射光的作用下,原子、分子作受迫振動(dòng),并輻射次波,這些次波與入射波疊加的合成波就是介質(zhì)中傳播的折射波。不均勻光學(xué)介質(zhì):這些次波間的固定相位關(guān)系遭到破壞,合成波沿折射方向相長干涉的效果也遭到破壞,在其它方向上也會(huì)有光傳播，這就是散射。對(duì)于光學(xué)均勻介質(zhì):這些次波是相干的,其干涉的結(jié)果,只有沿折射光方向的合成波才加強(qiáng),其余方向皆因干涉而抵消，這就是光的折射。16、復(fù)折射率的表達(dá)式？描述光的傳播特性時(shí)其實(shí)部與虛部的作用各是什么？表達(dá)式；實(shí)部n：表征介質(zhì)影響光傳播相位特性的量，即通常所說的折射率；虛部η：表征介質(zhì)影響光傳播振幅特性的量，通常稱為消光系數(shù)17、什么是斯托克斯參量表示法？什么是瓊斯矩陣？與瓊斯矩陣比較的特點(diǎn)？答：斯托克斯參量可以全面描述光束的偏振態(tài)（完全偏振光、部分偏振光和完全非偏振光），也可以表征單色光或準(zhǔn)單色光，已經(jīng)成為描述光強(qiáng)度和偏振態(tài)的重要工具單