物理复习光学总复习

.一、选择题1.E=E0exp(-i(wt-kz))和E=E0(-i(wt+kz))描述的是相反（沿+z或-z方向）传播的光波。2.牛奶在自然光照时呈白色，由此可以肯定牛奶对光的散射主要是米氏散射。3.早上或晚上看到太阳是红颜色，这种颜色可以用瑞利散射解释。4.拍摄薄雾景色时，可在照相机物镜前加上红色滤光片，其原因可以用瑞利散射解释。5.天空呈蓝色，这种现象可以用（瑞利散射）解释。6.对右旋圆偏振光，i122逆着光传播的方向看，E顺时针方向旋转）。对左旋圆偏振光，（i122逆着光传播的方向看，E逆时针方向旋转）。7.根据光强度的物理意义，光波的强度正比于振幅的平方（E²）。8光波的能流密度S正比于（电场强度E和磁场强度H）。9琼斯矩阵01表示的是沿x轴方向振动的线偏振光标准归一化琼斯矢量形式。10.光在介质中传播时，将分为o光和e光的介质属于单轴晶体。11.光束经过乌拉斯敦棱镜后，出射光只有一束，入射光应为线偏振光或入射光束锥角大于偏振棱镜的有效孔径。12.劈尖的干涉属于等厚干涉，对反射光的干涉，若（不）考虑半波损失，其棱线总是处于暗纹（亮纹）位置。13.如果线偏振光的光矢量与1/4玻片光轴夹角为45°，那么该线偏振光通过1/4玻片后一定是圆偏振光。14.一束自然光自空气射向一块平板玻璃，设入射光等于布儒斯特角θB，则在界面的反射光为线偏振光(完全偏振光)。15.对于完全非偏振光，其偏振度为P=(IM-Im)/(IM+Im)=0；对于完全偏振光，其偏振度为P=(IM-Im)/(IM+Im)=1。16.线偏振片通过玻片后，一定是线偏振光，只是振动面的方位较入射光转过了2。17.在晶体中至少存在4个（单轴晶体），5个（双轴晶体）方向，当强度E沿这些方向时，E与相应的电位移矢量D的方向相同。18.四个复数exp[-i(wt-kz)]、exp[+i(wt-kz)]、exp[-i(kz-wt)]、exp[+i(kz-wt)]表示的是同一列光波。19.对于单轴晶体中的o光而言，以下说法正确的是O光：E//D,k//s；e光：E与D有夹角α，E不平行D。20.斯托克斯参量表示法描述的光部分、完全非偏振光。21.喇曼散射和瑞利散射的主要区别在于散射光和入射光波长不同。22.菲涅尔衍射和夫琅和费衍射的区别条件是观察屏到衍射屏距离Z1与衍射孔的线度之间的相对大小。当λ=0.633um，孔径线度为2mm时，菲涅尔衍射区域是Z11cm(Z13cm为夫琅和费衍射)。23.为表征椭圆偏振，必要的三个独立量是（振幅α１、α２和位相差δ，或长.短轴ａ、ｂ和表明椭圆取向的ψ角）。24.由光密介质射向光疏介质的能量入口处和返回能量的出口处不在同一点，相隔大约（半个波长）。25.喇曼散射的谱线不同于瑞利散射，喇曼散射由（瑞利散射线、喇曼红伴线（斯托克斯线）、喇曼紫伴线（反斯托克斯线））组成。26.孔脱系统研究了反常色散现象，认为反常色散介质对光的（吸收）有密切联系。二、填空题1.对于对于立方晶体，其主折射率(0321nnnn)，对于单轴晶体。其主折射率为（eonnnnn321，)，对于双轴晶体，其主折射率为(321nnn)。2.光学区域包含哪些(红外线，可见光，紫外线），光学频谱的波长范围(1mm到10nm)，光纤的“窗口”是短波长“窗口”（0.8~0.9μm）以及（1310nm）和（1550nm）。几种线偏振光的标准的归一化琼斯矢量是（）。x方向振动的线偏振光：01；y方向振动的线偏振光：10；45°方向振动的线偏振光：1122；振动方向与x轴成θ角的线偏振光：sincos左旋圆偏振光：mmeEEEEioxoyxy212,）（，琼斯矢量的表示式为i122；右旋圆偏振光：）（122,mmeEEEEioxoyxy，琼斯矢量的表示式为i122。3.自然光的反射和偏振特性（反射系数、反射率公式及偏振度计算公式），全反射时s光和p光的相位特性（相位差计算公式）。自然光的反射和偏振特性（反射系数、反射率公式、偏正度计算公式），全反射时s光和p光的相位特性（相位差计算公式）。反射系数：)(2122PsiprpisrsinrprsnRR反射率：s光：EEroimormmp光：EEtoimotmm偏振度：IIIIMmmMP相位特性：12211sinsincosarctan2nrors.△φ=φrs-φrp=2arctan{[osθ1√(sin²θ-n²)]/sin²θ},n=n2/n14.理解等厚和等倾干涩，如劈尖干涉和牛顿环，理解平行平干涉中，反射光干涉条纹与透射光干涉条纹关系。5.两束光发生干涉的必要条件时具有相同的（频率，振动方向），同一型号的两只激光器发出的激光具有非常相近的强度、波长和偏振方向，那么这两属激光（不能发生相干）。6.若光矢量的波矢k与晶体某一主轴方向平行，则可以断定其光矢量E和相应的电位移矢量D(平行)，用单轴晶体制作的波片可以改变入射光的偏振态，其光轴方向为(与波片通光面平行）。7.沿KDP晶体的光轴正向分别施加强度500V/mm和200V/mm的电场，则相应的感应晶体的主轴相对于未加电场时晶体的主轴旋转角度分别为a1和a2.则a1/a2为(1)；KDP型晶体外加电场平行与光轴的纵向应用的半波电压是(3302qrnλ）；沿光轴方向施加电场的KDP型晶体，一般呈现（双轴）晶体特性。8.薄膜两侧介质折射率相同时，上下两界面反射光的相位差，除光程差贡献外、还有(半波损失附加的）相位差。9.真空的特征阻抗是(377Ω);光能变为其他形式能量的物理现象是(光的吸收）10.光在n1和n2界面发生反射和透射，对于入射光、反射光和透射光，不变的物理量是(频率)；自然光正入射，其反射光必为(自然光）。11.一束入射光垂直经过偏振片，当偏振片旋转一周时，出射光的强度未改变，则可以断定入射光是（自然光或圆偏振光）。12.如不考虑材料对光的吸收、散射等损耗机制，光通过薄片之后，强度(不变）；若用双轴晶体做玻片，且希望用较薄的晶片产生尽可能大的光程差，那么其光抽方向为（垂直于波片通光面）。13.圆偏振光的两个垂直震荡的线偏振光的相位差为(π/2);描述介质色散特性的科希经验公式是(42CBAλλ)。14.钠蒸气对588.9nm的光呈现强烈吸收，由此可以断定钠蒸气对此波长附近的光呈现所谓的（反常色散）。15.基模高斯光束在其传播轴线附近，可以看作是一种非均匀的球面波，其等相位面是曲率中心不断变化的球面，（强度）和（振幅）在横截面内保持高斯分布。16.发生全反射时，光由光密介质进入光疏介质的能量入口处和返回能量的出口处在入射面内存在一个横向位移，此位移称为古斯-汉欣，大小约为(半个波长）。11、（P276）当光与物质相互作用时存在着三种现象，分别是光的吸收、色散、散射。12、偏振棱镜的主要特性参量有（通光面积、孔径角、消光比、抗损伤能力）。三、简答题。1、什么是法拉第旋光效应？有什么特性，主要的应用是什么？答：当线偏振光沿着磁化强度方向传播时，由于左右圆偏振光在铁磁体中的折射率不同，使偏振面发生偏转角度。特性：法拉第效应的旋光方向取决于外加磁场方向，与光的传播方向无关，即法拉第效应具有不可逆性。主要应用于光.隔离器和磁光调制。2、当观察太阳光经玻璃反射而来的太阳光时，在什么情况下可以分别看到线偏振光、自然光或者部分偏振光？答：自然光正入射和掠入射界面时，反射光与折射光仍然是自然光；自然光斜入射界面时，反射光与折射光都变成了部分偏振光，当自然光以布儒斯特角入射界面时，反射光为线偏振光，折射光为部分线偏振光。3、单色平面光波经过衍射小孔后的衍射有三个区域分别是什么?各有什么特点?什么是菲涅耳近似和夫琅和费近似？答：几何投影区（衍射效应可以忽略，光沿直线传播），近场衍射区（距离增大，光斑范围扩大，光斑中圆环数减少，环纹中心亮暗交替变化）和远场衍射区（距离增大，光斑范围扩大，形状基本不变）。菲涅尔近似：当满足，时夫琅禾费近似，当满足时，4、声光调制器由哪些部分组成?发生布拉格衍射的条件是什么?布拉格衍射的显著特点是什么?答：(1)声光调制器组成：驱动源，换能器，耦合介质，声光介质，吸声器，反声器。声光调制的原理：当驱动源的某种特定载波频率驱动换能器时，换能器即产生同一频率的超声波，并传入声光介质，在介质内形成折射率声变化，光束通过介质时即发生相互作用而改变光的传播方向即产生衍射。（2）布拉格衍射的条件：：平面光波的入射角；：衍射方向：布拉格角（3）特点：衍射光强分布不对称，而且只有零级、+1或-1级衍射光。5、什么是高斯光束?基横高斯光束的特性有哪些?什么是消失波?消失波具有哪些特点？什么是GH位移?GH位移的大小。答：高斯光束：由激光器产生的激光既不是均匀平面光波，也不是均匀球面波，而是振幅和等相位面都在变化的高斯球面光波，简称高斯光束。基模高斯光束：波动方程在激光器谐振腔边界下的一种特解，以z轴为柱对称，其表达式内包含有z，且大体沿着z轴的方向传播。基模高斯光束的特性：基模高斯光束在其传播轴线附近可以看做是一种非均31max22121z])()[(.8yyxxk1211121212222)(2)()(zzyyxxyxyxr1max221212zk）（yx121112222)(2)(zzyyxxyxrBdiidB.匀的球面波，其等相位面是曲率中心不断变化的球面，振幅和强度在横截面内保持高斯分布。消失波：透入到第2个介质很薄的一层内的波，是一个沿着垂直界面的方向振幅衰减，沿着界面方向传播的一种非均匀波，称为消失波。特点：①消失波是一种沿x轴方向传播的行波，相速度12sinn②消失波振幅沿着界面的法线方向按指数方式衰减③等相面上沿z方向各点的振幅不相等，因此消失波是一种非均匀的平面波。另外，由菲涅耳公式可以证明，消失波电矢量在传播方向的分量E2x不为0，说明消失波不是一种横波。④由光密介质射向光疏介质的能量入口处和返回能量的出口处不在同一点，相隔大约半个波长，在入射面内存在一个横向位移，此位移为古斯-汉欣位移。GH：光束极细才会出现P：2122sinntanTEnS：2212221221sin)1(1sintanTMnnnn6、设单轴晶体的主折射率为n1=n2=no,n3=ne,可否依此认为寻常光的折射率为no，非寻常光的折射率为ne,为什么?答：可以认为寻常光的折射率为n，因为其与光的传播方向无关；不可以认为非寻常光的折射率为ne，因为2cossin222eoeonnnnn，当2λ时，n”=ne，当0时，n”=no，所以不能认为非寻常光的折射率为ne。7、什么是惠更斯-菲涅耳原理?如何用惠更斯-菲涅耳原理解释光的衍射现象?答：惠更斯菲涅耳原理：任一波面上的各点，都可看成是产生球面子波的波源，在其后的任一时刻，这些子波的包络面构成新的波面；同一波前上的各点发出的子波都是相干波；各相干子波在空间某点的相干叠加，就决定了该点波的强度。解释：在任意给定的时刻，任一波面上的点都起着次波波源的作用，它们各自发出球面次波，障碍物以外任意点上的光强分布，即是没有被阻挡的各个次波源发出的次波在该点相干叠加的结果。全反射时反射光与入射光的振幅相位的关系是什么?全反射过程中第二介质所起的作用是什么?答：关系：在全反射时，反射光和入射光的振幅相同，但有一定的相位差。反射光中的s分量和p分量的相位变化不同，它们之间的相位差取决于入射角1和二介质的相对折射率n，由下式决定：212211rprssinnsincosarctan2作用：在半周内光能量进入第二介质，在界面附近一层薄层内储存起来，在另一半周内，该能量释放出来进入第一介质变为反射