天津大学硕士研究生入学考试业务课

　　考试大纲

　　课程编号：409

　　课程名称：《光电子学基础》

　　专业：物理电子学，光电子技术

　　一、考试的总体要求

　　要求考生掌握激光的基本原理和特性，光学谐振腔和激光器的工作特性，高斯光束的基本理论。

　　要求考生掌握激光技术的主要内容。

　　要求考生掌握《物理光学》课程的基础理论、基本知识，以及运用所学的理论解决实际问题的能力。要求考生能以光的电磁理论为基础，掌握光波在传播过程中所发生的各种现象的规律及其应用。

　　二、考试的内容及比例（见附录）

　　《激光原理》占40%，《激光技术》占20%，《物理光学》占40%.

　　三、考试的题型及比例

　　概念题占80%，运算题等占20%.

　　四、考试形式及时间

　　考试形式为笔试，考试时间为3小时。

　　五、主要参考书目（见附录）

　　附录

　　《激光原理》部分：

　　1.激光的基本概念（5％）

　　光的受激辐射基本概念；激光的特性。

　　2.光学谐振腔及高斯光束的基本理论（20％）

　　（1）光腔理论的一般问题：光学谐振腔与模（纵模与横模）的基本概念；共轴球面腔的稳定性条件；光腔的损耗。

　　（2）稳定球面腔：对称共焦腔的自再现模及其行波场及其计算。

　　（3）高斯光束：高斯光束的基本性质；高斯光束q参数的变换规律（ABCD法则）；高斯光束的聚焦与准直；高斯光束的自再现变换与稳定球面腔；高斯光束模式的匹配。

　　3.激光器的工作特性（15％）

　　（1）电磁场和物质相互作用：光谱线加宽和线型函数；自然加宽和碰撞加宽（均匀加宽）；多普勒加宽（非均匀加宽）；激光器的速率方程。

　　（2）连续激光器的增益与工作特性：增益系数与小信号增益；均匀加宽、非均匀加宽及综合加宽工作物质的增益饱和特性；连续激光器的工作特性；单模激光器的线宽极限；激光器的频率牵引。

　　4.题型及比例：

　　试卷以问答题和计算题为主，辅以填空题。问答题占一40％，计算题占一60％。

　　5.主要参考教材

　　《激光原理》，周炳琨，高以智，陈倜嵘，陈家骅编著，国防工业出版社，

　　2000年版

　　《激光技术》部分

　　调制的基本概念、基本原理（振幅调制、强度调制、相位调制、频率调制、脉冲调制）；

　　实现调制的方法（电光调制、声光调制、直接调制）及其原理和结构。

　　调Q的基本概念和基本理论；

　　实现调Q的方法（电光调Q、声光调Q和被动式可饱和吸收调Q）及其原理和结构。

　　锁膜的基本概念和理论；

　　实现锁膜的方法：

　　（1）主动锁膜（振幅调制锁膜、相位调制锁膜），主动锁膜激光器的结构及其设计要点。

　　（2）被动锁膜的基本原理。

　　（3）自锁膜的概念。

　　激光放大的基本概念；

　　脉冲放大器的理论，设计放大器应考虑的问题。

　　激光模式的基本概念；

　　横模选择原理和方法；

　　纵模选择原理和方法。

　　参考书：

　　《激光技术》，蓝信钜等编著。

　　《物理光学》部分

　　光波的基本性质及其数学描述：

　　波动的数学描述和标量波：波动概念和性质；简谐平面波常用物理量：时间周期、空间周期、时间频率、空间频率、时间角频率（圆频率）、空间角频率（传播数）之间的关系；平面波、球面波的特点和表示方法及基模高斯波的特点；相位、等相面、相速度、群速度的概念；均匀波和非均匀波的概念；空间频率的概念和近z轴条件下的表达式。

　　偏振态：光波的五种偏振光：线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光、自然光和部分偏振光的特点及传播过程中的变化规律；产生线偏振光的方法；光波单色性与偏振的概念以及两者之间的关系。

　　电磁波：平面电磁波的性质；光强度（辐射通量密度）的概念和表达式。

　　光波在各向同性媒质界面上的反射和折射：反射率、透射率和光强的关系及其影响因素；垂直入射时的菲涅尔公式；布儒斯特定律及布儒斯特角入射时反射光强和透射光强的关系；反射时产生相移（半波损失）的几种情况（尤其是垂直入射时）；外反射和全内反射时偏振态的变化；全内反射的条件和规律。

　　双光束干涉和多光束干涉：

　　（1）两单色波的干涉：相干和干涉的概念和两者间的关系；两点光源的干涉，形成空间回转双曲面的规律；干涉条纹的定域和非定域的概念和决定因素；光程差和位相差的概念、表达式和它们之间的关系；干涉条纹可见度的概念及影响干涉条纹可见度的因素。

　　（2）各种干涉现象的规律和特点：双缝干涉和薄板干涉的规律，装置中条件变化后，会分析光程差和位相差的变化；迈克尔逊干涉仪的特点及补偿板的作用。

　　（3）光波场的时间相干性和空间相干性：相干长度和相干时间的概念；时间相干性和空间相干性的概念，它们与光源性质的关系，两种相干性与干涉条纹可见度的关系。

　　（4）多光束干涉：平行平板多光束干涉的规律和反射光、透射光相对光强表达式；法-珀干涉仪的特性，分光原理、滤光原理、自由光谱范围（标准具常数）的概念；光学薄膜中膜系的单层膜和多层高反射膜的特点，会分析增加反射或透射的干涉原理。

　　光的衍射：

　　（1）衍射基本理论和两种衍射：标量衍射理论：记住常用菲涅尔－基尔霍夫衍射积分公式；菲涅尔衍射和夫琅和菲衍射的概念；两种衍射的主要区别；夫琅和菲衍射花样的重要性质。

　　（2）各种开孔的夫琅和菲衍射规律和应用：单缝衍射、圆孔衍射、双缝和多缝衍射的特点和规律、衍射角宽度、光强分布；提高光学仪器分辨本领的方法。

　　（3）衍射光栅原理和应用：光栅方程；最大光谱级次；光栅的分辨本领和色散本领的概念、表达式；闪耀光栅的原理及主闪耀条件。

　　（4）傅立叶光学在衍射中的应用：空间频率和空间滤波的概念；阿贝成像原理、调制的概念；会画出各种开孔（单缝、圆孔、双缝、多缝、椭圆孔、方形孔、双圆孔、二维光栅等）的夫琅和菲衍射花样简图；干涉和衍射的相同点和不同点。

　　晶体光学：

　　（1）晶体光学的三个重要结论：晶体中波法线方向与光线方向分离，电位移矢量与电场分离，始终保持；在晶体中的每个波法线方向允许两个相互垂直的、具有不同折射率和相速度的线偏振光o光和e光存在，o光垂直于光轴所在平面振动，e光在光轴所在平面内振动；对于正单轴晶体，，光线方向比波法线方向更靠近光轴，对于负单轴晶体，，光线方向比波法线方向更远离光轴，e光线方向与波法线方向存在分离角。

　　（2）光波在晶体中传播的几何表示：折射率椭球和折射率曲面的性质；折射率椭球中波法线方向平行于光轴、垂直于光轴、为任意方向的三种情况下，o光和e光传播方向和折射率的变化规律。

　　（3）平面光波在各向异性媒质界面上的反射和折射：存在双折射和双反射，记住光波经晶体后的相位延迟表达式（所有的量均是对波法线方向而言）；会分析在单轴晶体中波法线方向平行于光轴、垂直于光轴、为任意方向的几种情况下，o光和e光在晶体中和出射晶体的传播方向、振动方向和偏振态的变化规律（参考书《物理光学与应用光学》pp.221-222的图4－31、32、33、34、35）。

　　（4）偏振器和补偿器的原理和应用：会分析光波在以格兰棱镜、渥拉斯顿棱镜为代表的偏振棱镜中的传播方向和偏振方向；掌握波片和波片的原理、作用及其应用。

　　（5）晶体的偏光干涉和旋光性：光波通过两个正交偏振器间的晶体后的干涉原理、两个偏振器的作用；晶体的偏光干涉与薄板、迈克尔逊干涉仪等干涉的区别；旋光性的规律，旋光片与半波片的区别。

　　《应用光学》部分的考试范围：

　　成象的基本概念；光在单球面上的反射和折射；理想光学系统的物像关系（高斯公式）和垂轴放大率；薄透镜焦距和成像公式；典型光学仪器（望远镜、显微镜等）原理。

　　主要参考资料：

　　（1）石顺祥，张海兴，刘劲松。《物理光学与应用光学》，西安：西安电子科技大学出版社，2000

　　（2）廖延彪。《物理光学》，北京：电子工业出版社，1986

　　（3）E.赫克特、A.赞斯著。《光学》，（上、下册）。詹达三、秦克诚、林福成译。北京：人民教育出版社

　　（4）赵凯华、钟锡华。《光学》，（上、下册）。北京：北京大学出版社

　　（5）于建。《物理光学补充习题与思考题》，（天津大学自编讲义），2002