中国科学院大学硕士研究生入学考试
《光学》考试大纲
一、考试科目基本要求及适用范围概述
《光学》考试大纲适用于“光学”、“光学工程”、“物理电子学”等专业的硕士研究生入学考试。本课程考试旨在考查学生对光学的基础理论、基本知识和基本技能掌握的程度,以及运用所学理论解决基本实际问题的能力。
二、考试形式和试卷结构
本课程考试形式为闭卷笔试,考试时间180分钟,总分150分。考试内容包括物理光学和应用光学两部分,各占比例约60%和40%。考试内容中基本概念和基本理论的考核占60%,综合和实际应用的考核占40%。主要题型有:简答题,计算题等。
三、考试内容
物理光学部分
(一)光的电磁理论基础
1. 光波的特性:光波场的数学表示,光波的速度,光波场的时域、空域频谱,光波场的横波性及偏振态表示。
2. 光波在介质界面上的反射和折射:反射定律和折射定律,菲涅耳公式,反射率和折射率,反射和折射的相位、偏振特性,全反射。
(二)光的干涉
1. 光波干涉的基本条件,光的相干性;
2. 双光束干涉、平行平板的多光束干涉;
3. 光学薄膜:增透膜,高反射膜,干涉滤光片;
4. 典型的干涉仪:迈克尔逊干涉仪,马赫-泽德干涉仪,法布里-珀罗干涉仪。
(三)光的衍射
1. 光衍射的基本理论;
2. 夫朗和费衍射:单缝衍射,圆孔衍射,多缝衍射,巴俾涅原理;
3. 菲涅耳衍射:菲涅耳圆孔衍射,菲涅耳直边衍射;
4. 衍射的应用:光栅,波带片,小孔、细线直径测量,狭缝测量;
5. 傅里叶光学基础。
(四)光在各向异性介质中的传播特性
1. 光在晶体中传播特性的解析法描述、几何法描述,光在各向同性介质、单轴晶体中的传播特性;
2. 平面光波在晶体界面上的反射和折射特性:双折射,双反射;
3. 晶体光学元件:偏振棱镜,波片和补偿器;
4. 晶体的偏光干涉;
5. 晶体的旋光性。
(五)晶体的感应双折射
1. 晶体的线性电光效应及应用;
2. 声光效应(喇曼-乃斯衍射、布喇格衍射)及应用;
3. 法拉第效应。
(六)光的吸收、色散和散射
光的吸收、色散和散射基本概念。
应用光学部分
(七)几何光学基础
1. 基本概念和基本定律:光的直线传播定律,折射和反射定律,费马原理,马吕斯定律;
2. 基本光学元件及其成像特性:符号规则,折射球面及其近轴区物像关系,反射球面镜及其近轴区物像关系,反射平面镜成像的特点和应用,平板的成像公式及其应用,反射棱镜及其成像,透镜及其成像,共轴球面光学系统及其成像。
(八)理想光学系统及其成像关系
1. 理想光学系统的基点和基面及其性质;
2. 图解法确定理想光学系统的物像关系和基点、基面;
3. 解析法确定理想光学系统的物像关系—成像公式和放大率公式;
4. 理想光学系统的组合(双光组组合公式、截距法和正切法求解多光组组合公式)。
(九)光学系统像差基础和光路计算
1. 光学系统的像差及光路计算:像差的基本概念,共轴球面光学系统中近轴区的光路计算,共轴球面光学系统中子午面内光线的光路计算;
2. 光学系统的光束限制:孔径光阑、入射光瞳和出射光瞳的作用及其确定方法,视场光阑、入射窗和出射窗的作用及其确定方法,渐晕和景深的概念。
(十)光学仪器
1. 眼睛(眼睛的结构、调节能力,眼睛的缺陷及其校正方法);
2. 放大镜、显微镜和望远镜(基本原理、一般结构、基本使用方法)。
四、考试要求
物理光学部分
(一)光的电磁理论基础
l. 掌握光电磁波的基本特性和基本参量;
2. 熟练掌握光波在介质界面上反射定律和折射定律、菲涅耳公式,掌握反射和折射的相位、偏振特性和全反射特性。
(二)光的干涉
1. 掌握光的相干性特性;
2. 熟练掌握双光束干涉、多光束干涉特性;
3. 掌握光学薄膜的处理方法;
4. 掌握典型干涉仪和干涉滤光片的工作原理。
(三)光的衍射
1. 熟练掌握夫朗和费衍射的基本特性:单缝衍射、圆孔衍射、多缝衍射、巴俾涅原理;
2. 掌握菲涅耳衍射的特性:菲涅耳圆孔衍射、菲涅耳直边衍射;
3. 熟练掌握光栅、波带片的特性;
4. 掌握傅里叶光学基础知识。
(四)光在各向异性介质中的传播特性
1. 熟练掌握光在单轴晶体中的传播特性;
2. 掌握平面光波在单轴晶体界面上的双折射特性、相移特性、偏振特性;
3. 掌握偏振棱镜、波片的工作原理和基本特性;
4. 掌握晶体偏光干涉的原理和基本特性。
(五)晶体的感应双折射
1. 掌握晶体(KDP、GaAs)的线性电光效应及基本应用;
2. 掌握声光效应、法拉第效应概念。
(六)光的吸收、色散和散射
了解光的吸收、色散和散射的基本概念。
应用光学部分
(七)几何光学基础
1. 掌握基本概念和基本定律;
2. 熟练掌握基本光学元件及其成像特性。
(八)理想光学系统及其成像关系
1. 掌握理想光学系统的基点和基面及其性质;
2. 能通过图解法和解析法确定光学系统的物像关系,并能够进行简单的光学成像系统的设计;
3. 熟悉光组的概念,并能够确定双光组和多光组的等效光组。
(九)光学系统像差基础和光路计算
1. 了解光学系统的像差和色差概念、基本特点及其对成像的影响,能够求解简单的球面光学系统的光路和基本初级像差;
2. 了解光学系统中光阑的作用和意义及其相关的概念,并能够确定简单光学系统的孔径光阑和视场光阑。
(十)光学仪器
了解基本助视光学仪器的基本原理和结构。
五、主要参考书目
1. 石顺祥、王学恩、刘劲松,物理光学与应用光学(第二版),西安:西安电子科技大学出版社,2008.8。
2. 郁道银、谈恒英,工程光学(第二版),北京:机城工业出版社,2006.2。
编制单位:中国科学院大学
编制日期:2013年6月27日