集成光学考试总结
第一章
1. 集成光学的分类：
?按集成的方式划分：个数集成和功能集成
?按集成的类型划分：光子集成回路(PIC)和光电子集成回路(OEIC)
?按集成的技术途径划分：单片集成和混合集成
?按研究内容划分：导波光学和集成光路
2. 集成光学的定义
(1)集成光学是在光电子学和微电子学基础上，采用集成方法研究和发展光学器件和混合光学-电子学器件系统的一门新的学科。
(2)集成光学是研究介质薄膜中的光学现象，以及光学元器件集成化的一门学科。
(3)集成光学是研究集成光路的特性和制造技术以及与微电子学相结合的学科。
3. 集成光学的主要应用
光纤通信，光子计算机，光纤传感
4. 集成光学系统有什么优点？
1）集成光学系统与离散光学器件系统的比较
(1)光波在光波导中传播，光波容易控制和保持其能量。
(2)集成化带来的稳固定位。
(3)器件尺寸和相互作用长度缩短；相关的电子器件的工作电压也较低。
(4)功率密度高。沿波导传输的光被限制在狭小的局部空间，导致较高的功率密度，容易达到必要的器件工作阈
值和利用非线性效应工作。
(5)体积小，重量轻。集成光学器件一般集成在厘米尺度的衬底上，其体积小，重量轻。
2）集成光路与集成电路的比较
把激光器、调制器、探测器等有源器件集成在同一衬底上，并用光波导、隔离器、耦合器和滤波器等无源器件连接起来构成的光学系统称为集成光路，以实现光学系统的薄膜化、微型化和集成化。
用集成光路代替集成电路的优点包括带宽增加，波分复用，多路开关。耦合损耗小，尺寸小，重量轻，功耗小，成批制备经济性好，可靠性高等。由于光和物质的多种相互作用，还可以在集成光路的构成中，利用诸如光电效应、电光效应、声光效应、磁光效应、热光效应等多种物理效应，实现新型的器件功能。
第二章
1. 光波导的分类
(a)平板波导(slab waveguide)
(b)条形波导(strip waveguide)
(c)圆柱波导(cylindrical waveguide)
2. 会利用射线光学方法分析平板波导的覆盖层辐射波、衬底层辐射波和传导波的形成条件。
3. TE、TM模的本征模方程（色散方程）是什么？TE、TM模的截止波长（截止频率）、波导截止厚度的表达式？为什么对称波导的基模不存在截止频率？
4. 会求给定平板波导所能传输的模式？
5. 各种光束耦合器的工作原理和特点？
棱镜耦合器：
棱镜耦合法的优点：
1. 在最佳条件下可以得到很高的效率（输入时约为80%，输出时约为100％）。
2. 可以从自由导波模中任选一种进行激励。
3. 不仅适用于平板波导，在条形波导的情况下也可以高效率地使用。
4. 棱镜位置可即可离，能够在实验过程中调整，以实现最大耦合强度。
缺点：
(1) 棱镜与波导间隙以及入射光束的位置需要进行精心调整，缺乏稳定性。
(2) 棱镜耦合器所用的材料除应满足n p>n1外，还要求对所用的光波长透明，无显著吸收与散射。
光栅耦合器
功能与棱镜耦合器类似，用于实现自由空间和平面介质光波导之间的耦合，不同的是棱镜和间隙介质被光栅薄膜代替。
光栅耦合器的优点：
1) 不受光波导折射率大小的限制。
2) 可以选择所有导模中的任意一种进行激励。
3) 可以与波导集成。震动或外界环境的变化，不会改变耦合效率，稳定性好，体积小，价格便宜。
4) 调整光束的入射位置时不需要特别严格的精度。
5) 也可以在横向进行同样的耦合，因此可以激励宽度非常大的波导光。
光栅耦合器的缺点：
1)由于光栅耦合与入射光角度的高度相干性，光栅耦合器不能有效地用于发散光束的耦合；
2) 光栅耦合器设计过程需要进行复杂的理论计算，而且制作比较困难；
3) 器件的参数在制作后无法进一步调整；
4) 对于条形波导，光束截面的匹配比较困难。
尖劈形薄膜耦合器
优点：制作简单，可以实现有效的输出耦合。
缺点：用于输入耦合时，很难获得高的效率。
第三章
1. 光波导的调制
内调制（直接调制）和外调制（间接调制）：
内调制是利用调制信号直接控制激光器的振荡参数，使输出光的特性随信号而改变。
外调制是用调制信号作用于激光腔外面的调制器，产生某种物理效应（如电光、磁光、声光、热光等效应），使通过调制器的激光束的某一个参量随信号而变。 2. 光波调制
相位调制，强度调制，偏振调制
3. 会求电光效应引起的折射率的变化
222
222312123231312222222222123456
1231111112221x x x x x x x x x x x x n n n n n n n n n ????????????+++?+?+?+?+?+?= ? ? ? ? ? ?????????????
4. 声光效应的布拉格条件和Q判据？拉曼－奈斯衍射和布拉格衍射有何不同？
根据声波和光波的波长以及相互作用区域的长度L的相对大小，存在两种声光衍射现象，即拉曼－奈斯(Raman-Nath)衍射和布拉格衍射
(1). 拉曼－奈斯(Raman-Nath)衍射
此时声波频率较低，声波束宽度L较小，由于声速比光束小的多，在光束通过介质的时间内，折射率的变化可以忽略不计，可以把声光介质看作相对静止的“面相位光栅”或“薄光栅”，此时声波的作用可视为与普通平面光栅相同的折射率光栅。由于光栅较薄，使得入射光在L距离内只受到一次衍射就偏离原方向从器件中输出，从而形成多级衍射光束。
θ=时，各级衍射处所相应的方向
当入射光沿z方向(0)
i
计算表明，拉曼－奈斯衍射的效率较低，其中一级衍射效率最大不超过35%，但这种衍射不受入射角的限制，因此调节方便，在许多领域仍得到广泛应用。 (2) Raman-Nath 衍射条件： 当声波束宽度满足
2
4a n L λλ<< 时，即产生Raman-Nath 衍射，可以忽略介质中各衍射光的相互影响 。
5. 自然旋光 旋光定义：
当线偏振光沿某些晶体（如石英）的光轴方向传播，或通过某些溶液（如蔗糖）时，其振动面将以光的传播方向为轴发生旋转，这称为旋光现象。 自然旋光现象的特征
（1）自然旋光具有可逆性。若迎着光传播方向看去，振动面表现为右旋，则当光线逆反时，振动面仍表现为右旋，
5. 什么是磁光效应，利用磁光效应可以构成哪些光学器件？
法拉第磁致旋转效应：在外加磁场B作用下，某些原本各向同性的介质变成旋光性物质，偏振光通过该物质时其偏振面发生旋转。
法拉第旋转的特殊规律
（1）磁致旋光不可逆性。当光传播方向平行于磁场时，若法拉第效应表现为右旋，则当光线逆反时，法拉第效应表现为左旋。
（2）光束一正一反两次通过磁光介质时，振动面转过角度2 。
法拉第旋转的应用：
磁光隔离器（Isolators ）：放置于激光器及光放大器前面，防止系统中的反射光对器件性能的影响甚至损伤，即只允许光单向传输。
磁光环行器（Circulators ）：一种三端口（或四端口）的非互易磁性器件，在光网络中用于信号的上、下载。
第四章
1.电子跃迁的种类
受激辐射
受激吸收
自发辐射
2. 半导体激光器的分类
F-P腔激光器，分布反馈(DFB)激光器和分布Bragg反射器(DBR)激光器，量子限制激光器，垂直腔表面发射激光器（VCSEL），解理耦合腔半导体激光器(C3,cleaved coupled cavity)
3. 半导体激光器效率的各种定义和表达式，会求半导体激光器的发射波长
4. DFB 和DBR 激光器在结构和工作上有何不同？如何求它们的发射波长？ (1)DFB 激光器的模式:
不正好是布拉格波长，而是对称的位于
B λ的两侧。
假设m λ是允许DFB 发射的模式，此时2(1)2B
m B m nL
λλλ=±+
式中m 是模数，L 是衍射光栅有效长度。
完全对称的器件应具有两个与λB 等距离的模式；实际上，由于制造过程，或者有意使其不对称，只能产生一个模式；又因为L >> λB ，上式的第二项非常小，所以发射光的波长非常靠近λB
(2) DBR 激光器除有源区外，还在紧靠其右侧增加了一段分布式布拉格反射器，它起着衍射光栅的作用。 DBR 激光器的输出是反射光相长干涉的结果，只有当布拉格波长满足
()2B eff m n λ=Λ
(2)
DBR 结构和DFB 类似，区别在于DBR 根据波导功能进行分区设计，光栅的周期性沟槽放在有源波导两外侧的无源波导上，从而避免了光栅制作过程中可能造成的晶格损伤。有源波导的增益性能和无源周期波导的Bragg 反射作用相结合，只有位于Bragg 频率附近的光波才能得到激射。 (3)
DFB 激光器的特点： 1）动态单纵模窄线宽振荡
DFB 激光器只有满足Bragg 反射条件的特定波长的光才能受到强烈反射而形成振荡。多个微型谐振腔同步振荡、共同选模，实现单纵模振荡。 2）波长稳定性好
温度漂移约为0.08nm/℃。 3）动态谱线好
DFB 激光器在高速调制时仍然保持单模特性。 4）线性度好
现已研制出线性度非常好的DFB 激光器，广泛用于模拟调制的有线电视光纤传输系统中。 5）波长选择性
改变光栅周期能够在一定范围内有控制地选择激光器的发射波长。 (4) DBR 激光器的特点：
DFB 激光器的增益区同光栅区重叠，当驱动电流改变时，输出功率和发射波长同时改变；而DBR 激光器的反射器和增益区分离，所以可以分别控制DBR 激光器的输出功率（通过改变流过激射区的电流）和发射波长（通过改变流过光栅段的电流）。所以DBR 激光器比DFB 激光器更易于控制和调整。 5. 参数 (1) 峰值波长
在规定输出光功率时，激光光谱内强度最大的光谱波长被定义为峰值波长。 (2)中心波长
在光源的发射光谱中，连接50％最大幅度值线段的中点所对应的波长称为中心波长 (3)谱宽与线宽
(4) 边模抑制比（SSR ）
边模抑制比是指在发射光谱中，在规定的输出功率和规定的调制（或CW ）时最高光谱峰值强度与次高光谱峰值强度之比。该参数仅用于单模LD ，如DFB-LD 。 6. 光检测器
光检测器是光信号的接收器件，是完成光信号转变为电信号的一种有源器件，又称光子计数器。它们检测光信号的工作原理，可以分为三个步骤： (1)光信号产生光生载流子；
(2)光生载流子的迁移和可能的倍增（放大）； (3)光电流与外电路的相互作用与联系。
7. PIN 光电检测器的基本参数及定义,求PIN 的响应度和量子效率 （1） 波长响应（光谱特性） (a) 上截止波长: 1.24
()c g g
hc m E E λμ=
≈ (b)下截止波长：当入射光波长太短时，光子的吸收系数很强，使光电转换效率大大下降。 （2）光电转换效率
(a)量子效率：量子效率定义为入射在检测器上的一个光子所产生的对光电流有贡献的光生载流子数目。即
(b) 响应度：()p in
I e
R A W P h ημμν
==
（3）响应速度
响应速度常用响应时间(上升时间和下降时间)来表示。输入阶跃光功率时，光生电流脉冲由前沿最大幅度的10％上升到的90％，后沿的90％下降到10％的时间定义为脉冲上升时间和下降时间。 8. APD 的工作原理 碰撞电离，雪崩倍增
光生的电子 空穴对经过高电场区时被加速。从而获得足够的能量，它们在高速运动中与 P 区晶格上的原子碰撞，使晶格中的原子电离，从而产生新的电子-空穴对。这种通过碰撞电离产生的电子 空穴对，称为二次电子-空穴对。 新产生的二次电子和空穴在高电场区里运动时又被加速，又可能碰撞别的原子，这样多次碰撞电离的结果，使载流子迅速增加，反向电流迅速加大，形成雪崩倍增效应。
1. 光无源器件分类
按功能分类：光耦合器、光开关、分波与合波器、透镜、光偏转器、衍射光栅、反射器、偏振模转换器、光滤波器、光衰减器、光隔离器、光环行器等。
按所利用的物理效应分类：电光集成器件、声光集成器件、热光集成器件、磁光集成器件等。 2. 电光调制器的分类和工作原理（重点是单波导型和定向耦合器型）
(1)电光调制器的分类：单波导电光调制器，定向耦合器型电光开关与调制器，马赫－曾德尔干涉仪型电光开关与调制器，全内反射型电光开关和调制器
(2)单波导型工作原理:
这种调制器一般是在低折射率的衬底上制作高折射率的波导层并做上电极而构成的。这类
调制器中波导与衬底之间的总的折射率差t n ?主要是由三种不同的原因造成的,
12t chem CCR EO n n n n n n ?=-=?+?+?,只要设法改变器件的结构参数，从而改变上式等号右边的三项的差值，就可
以设计出不同状态的调制器或开关。
(3)定向耦合器型工作原理：定向耦合式调制器是由平行且距离很小的两个光波导组成，其中一个波导的光能耦合到另一个波导内，电极电场的作用是改变波导的传播特性和促进两波导间的横向光耦合。在光的一个耦合周期内，当电极上无电压时，一个波导内传输的光将完全祸合到另一个波导输出；当电极上有电压时，进入一个波导内的光，耦合后将完全再返回到原波导中传播和输出.因此光信号就受到了控制电压的调制。 3. TE-TM 模式分离器和转换器的工作原理
分离器：(1) 在波导层的表面直接制作金属薄膜，根据金属薄膜对TE 模和TM 模的传输损耗的差异来实现某个模式的消除。(2) 使用各向异性的晶体,
在离子交换玻璃波导上，加载与LiNbO 3同属于三方晶系的负单轴晶体方解石（CaCO 3）而构成偏振器。方解石对应于正常光线和异常光线的折射率，在波长为0.633μm 时，分别为n o =1.656，n e ＝1.458，当波导的折射率为n g ，存在着n o >n g >n e 的关系。假设方解石的光轴与TE 模的偏振光方向一致，那么TE 模就可以在玻璃波导中传输；TM 模则由于n g 转换器：TE －TM 模式转换器的基本思想是采用沿导波传播方向周期性地变化外加电场的方法来弥补TE 模和TM 模之间的相位失配，从而实现TE －TM 之间的模式转换。相位匹配关系为 共线集成声光器件的基本结构单元是声光TE －TM 模式转换器和偏振分束器，通过二者的组合，可以实现波长分波器、滤波器、波长选择开关和分插复用器等。这类声光器件的TE －TM 光波模式转换作用是由声表面波引起的，而声表面波是利用在压电材料上制作的叉指换能器通过电－声转换获得的。声表面波的频率决定了能发生偏振模转换的光波长，从而可以实现光波长选择。 1. 光集成的方式有哪些？光集成的类型有哪两种？ 光集成方式：期间功能的集成，器件个数的集成 光集成的类型：全光集成（photonic integrated circuit, PIC），光电集成（opto-electronic integrated circuit, OEIC） 2. 单片集成与混合集成各有什么优点？ (1)单片集成包括全光集成和混合电子集成。 优点：生产工艺决定一切，一旦技术确定下来后，可以大幅度降低成本；与混合集成相比，性能更稳定，提高可靠性。 (2) 混合集成最大特征和优点：将有源器件、光波导光路采用不同的工艺设备，分别选择各自最合适的材料、最合适的器件形式；大多光电混合集成器件在研究初期就可以得到满足实用化条件的性能。 第七章 1. 根据能带结构，制作集成光学器件的半导体材料主要可以分为哪两类，举例说明？ 分为间接带隙半导体材料（Si，Ge） 直接带隙半导体材料（GaAs,InP,GaN,） 2. 光波导用的聚合物材料具有哪些优点，存在哪些不足？ 优点：价格低，制作简单； 材料可以淀积在半导体衬底上，便于实现混合光电集成； 聚合物光波导具有较低的传输损耗，与光纤的耦合损耗低； 可以有效利用折射率变化获得强度和相位调制； 可以根据需要，通过调节有机材料的组分以实现电光、热光等特性。 缺点：机械强度和稳定性差，易被污染而且不易清洗。 3. 集成光学器件对材料有哪些要求？ （1）材料要易于形成质量良好的光波导，且形成的光波导能满足器件功能的要求。 （2）集成性能好 （3）经济性 第一章几何光学基本原理 光和人类的生产活动和生活有着十分密切的关系，光学是人类最古老的科学之一。 对光的每一种描述都只是光的真实情况的一种近似。 研究光的科学被称为“光学”（optics），可以分为三个分支： 几何光学物理光学量子光学 第一节光学发展历史 1，公元前300年，欧几里得论述了光的直线传播和反射定律。 2，公元前130年，托勒密列出了几种介质的入射角和反射角。 3，1100年，阿拉伯人发明了玻璃透镜。 4，13世纪，眼镜开始流行。 5，1595年，荷兰著名磨镜师姜森发明了第一个简陋的显微镜。 6，1608年，荷兰人李普赛发明了望远镜；第2年意大利天文学家伽利略做了放大倍数为30×的望远镜。7，1621年，荷兰科学家斯涅耳发现了折射定律；1637年法国科学家笛卡尔给出了折射定律的现代的表述。8，17世纪下半叶开始，英国物理学家牛顿和荷兰物理学家惠更斯等人开始研究光的本质。 9，19世纪初，由英国医生兼物理学家杨氏和法国土木工程师兼物理学家菲涅耳所发展的波动光学体系逐 渐被普遍接受。 10，1865年，英国物理学家麦克斯韦建立了光的电磁理论。 11，1900年，德国柏林大学教授普朗克建立了量子光学。 12， 1905年，德国物理学家爱因斯坦提出光量子（光子）理论。 13，1925年，德国理论物理学家玻恩提出了波粒二象性的几率解释，建立了波动性与微粒性之间的联系。14，1960年，美国物理学家梅曼研制成第一台红宝石激光器，给光学带来了一次革命，大大推动了光学以 及其他科学的发展。 15，激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明。激光一问世，就获得了 异乎寻常的飞快发展，激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且导致整个一门新兴 产业的出现。 ●光学作为一门学科包含的内容非常多，作为在工程上应用的一个分支——工程光学， 内容主要包括几何光学、典型光学系统、光度学等等。 ●随着机械产品的发展，出现越来越多的机、电、光结合的产品。 ●光学手段越来越多用于机电装备的检测、传感、测量。 ●掌握好光学知识，为今后进一步学习机电光结合技术打好基础，也将会有更广阔的 适应面。 第二节光线和光波 1，光的本质 ●光和人类的生产、生活密不可分； ●人类对光的研究分为两个方面：光的本性，以此来研究各种光学现象，称为物理光学；光的传播规律 和传播现象称为几何光学。 ●1666年牛顿提出的“微粒说” ●1678年惠更斯的“波动说” ●1871年麦克斯韦的电磁场提出后，光的电磁波 ●1905年爱因斯坦提出了“光子”说 ●现代物理学认为光具有波、粒二象性：既有波动性，又有粒子性。 ●一般除研究光与物质相互作用，须考虑光的粒子性外，其它情况均可以将光看成是电磁波。 ●可见光的波长范围：380-760nm 简答题、填空题： 1、光线的含义是什么？波面的含义是什么？二者的关系是什么？ 光线：发光点发出光抽象为许许多多携带能量并带有方向的几何线。 波面：发光点发出的光波向四周传播时，某一时刻起振动位相相同的点所构成的等相位面。 二者关系：波面法线即为光线。 2、什么是实像？什么是虚像？如何获得虚像？ 实像：实际光线相交所会聚成的点的所组成的像。 虚像：光线的延长线相交所形成的点所组成的像。 如何获得虚像：光线延长线所形成的同心光束。 3、理想光学系统几对基点？分别是什么？ 2对。像方焦点（F’），像方主点（H’），物方焦点（F），物方主点（H）。 4、什么是孔径光阑？什么是入瞳？什么是出瞳？孔径光阑与入瞳、出瞳之间有什么系？ 孔径光阑：限制进入光学系统的成像光束口径的光阑称为孔径光阑。 入瞳：孔径光阑在透镜后，经前面光学系统所成的像，称为入瞳。 出瞳：孔径光阑在透镜前，经后面光学系统所成的像，称为出瞳。 关系：入瞳、出瞳和孔径光阑对整个系统是共轭的，经过入瞳的光线必经过孔径光阑、也经过出瞳。 5、光学系统的景深是什么含义？ 能够在像面上获得清晰像的物空间深度，就是系统的景深。 6、发生干涉的条件是什么？发生干涉的最佳光源是什么类型的光源？ 两列光波的频率相同，相位差恒定，振动方向一致的相干光源。 7、近场衍射和远场衍射的区别是什么？ 近场衍射：光源和衍射场或二者之一到衍射屏的距离比较小时的衍射。 远场衍射：光源和衍射场都在衍射屏无限远处的衍射。 8、什么是光学系统的分辨率？人眼的极限分辨率是多少？ 极限分辨角为60``(=1`) 9、完善像和理想光学系统的含义分别是什么？ 完善像：每一个物点对应唯一的一个像点。或者，物点发出的同心光束经过光学系统后仍为同心光束。或者，入射波面为球面波时，出射波面也为球面波。 理想光学系统：任何一个物点发出的光线在系统的作用下所有的出射光线仍然相交于一点的系统。 10、近轴光线的条件是什么？近轴光线所成像是什么像？ 条件：当孔径角U很小时，I、I’和U’很小。 成像：高斯像。 11、光学系统中主点有什么特点？节点有什么特点？ 12、一束光入射到平面镜上，有反射光从平面镜射出，当平面镜旋转了5°，试问反射光旋转过多少度？ 13、视场光阑的作用是什么？入窗、出窗和视场光阑的关系是什么？ 作用：限制物平面上或物空间中成像范围。 关系：入窗、出窗和视场光阑三者互为共轭。 实验一光学实验主要仪器、光路调整与技巧 1.引言 不论光学系统如何复杂，精密，它们都是由一些通用性很强的光学元器件组成的，因此，掌握一些常用的光学元器件的结构，光学性能、特点和使用方法，对于安排实验光路系统时，正确的选择和使用光学元器件具有重要的作用。 2.实验目的 1)掌握光学专业基本元件的功能； 2)掌握基本光路调试技术，主要包括共轴调节和调平行光。 3.实验原理 3.1光学实验仪器概述: 光学实验仪器主要包括：光源，光学元件，接收器等。 3.1.1常用光源 光源是光学实验中不可缺少的组成部分，对于不同的观测目的，常需选用合适的光源，如在干涉测量技术中一般应使用单色光源，而在白光干涉时又需用能谱连续的光源（白炽灯）；在一些实验中，对光源尺寸大小还有点、线、面等方面的要求。光学实验中常用的光源可分为以下几类： 1）热辐射光源 热辐射光源是利用电能将钨丝加热，使它在真空或惰性气体中达到发光的光源。白炽灯属于热辐射光源，它的发光光谱是连续的，分布在红外光、可见光到紫外光范围内，其中红外成分居多，紫外成分很少，光谱成分和光强与钨丝温度有关。热辐射光源包括以下几种：普通灯泡，汽车灯泡，卤钨灯。 2）热电极弧光放电型光源 这类光源的电路基本上与普通荧光灯相同，必须通过镇流器接入220V点源，它是使电流通过气体而发光的光源。实验中最常用的单色光源主要包括以下两种：纳光灯（主要谱线：589.3nm、589.6nm），汞灯（主要谱线：623.4nm、579.0nm、577.0nm、546.1nm、491.6nm、435.8nm、407.9nm、404.7nm） 3）激光光源 激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，缩写：LASER)，是指通过辐射的受激辐射而实现光放大，即受激辐射的光放大。激光器作为一种新型光源，与普通光源有显著的差别。它是利用受激辐射的原理和激光腔的滤波效应，使所发光束具有一系列新的特点。①激光器发出的光束有极强的方向性，即光束的发散角很小；②激光的单色性好，或者说相干性好，其相干长度可以达十米甚至数百米；③激光器的输出功率密度大，即能量高度集中。所以激光光源是一种单色性和方向性都好的强光源，已应用于许多科技及生产领域 工程光学Ι复习要点 基本概念汇总 一、四大定律；光路可逆；全反射； 二、光轴；符号规则；如射角；孔径角；视场角；物距；像距；物高；像高； 近轴光线；近轴区域；共轭关系；垂轴放大率；轴向方法率；角放大率；拉赫不变量； 三、基点基面（焦点、主点、节点、焦面、主面）；焦距；光焦度；牛顿公 式；高斯公式；焦物距；焦像距；等效光组（组合光组）； 四、平面镜；双面镜；反射棱镜；折射棱镜；光楔；主截面；屋脊棱镜；等 效空气层；偏向角；色散； 五、孔径光阑；入瞳；出瞳；视场光阑；入窗；出窗；孔径角；孔径高度； 视场角；视场高度（物高、像高）；渐晕；渐晕系数（线渐晕）；渐晕光阑； 场镜；景深；焦深；理想像；清晰像； 六、像差；球差；彗差；像散场曲；畸变；位置色差；倍率色差；二级光谱； 色球差；像差曲线；子午面；弧矢面； 七、近视；远视；近点；远点；屈光度；分辨力；视放大率；有效放大率； 数值孔径；相对孔径；光圈数（F数）；出瞳距； 系统工作原理汇总 远摄系统；反远距系统；望远系统；焦距测量系统；物方远心光路；像方远心光路；景深产生的原理；焦深产生的原理；人眼成像系统（正常、近视、远视）；近视眼校正系统；远视眼校正系统；放大镜工作原理；显微镜工作原理；望远镜工作原理；目镜视度调节原理；临界照明；克拉照明；照相系统的调焦原理 方法汇总 全反射；单球面成像；共轴球面成像；反射球面成像（反射镜成像）；理想光组成像；薄透镜成像；组合光组、厚透镜成像及焦距主面计算；透镜组成像；平行平板成像；光楔的偏向角计算；孔径光阑的判断；入瞳、出瞳的计算；入窗、出窗的计算；视场大小的判断和计算；渐晕光阑的计算；棱镜大小的计算；景深、焦深的计算；视放大率的计算（放大镜、显微镜、望远镜）；有效放大率的计算；出瞳距的计算；通光口径的计算（物镜、目镜、分划板、棱镜、场镜） 作图汇总 作图求像；棱镜展开；棱镜坐标的判断；各种系统工作原理的光路图； 1．在单缝衍射中，设缝宽为a ，光源波长为λ，透镜焦距为f ′，则其衍射暗条纹间距e 暗=f a λ ' ，条纹间 距同时可称为线宽度。 3．光线通过平行平板折射后出射光线方向__不变_ ___ ,但会产生轴向位移量，当平面板厚度为d ，折射率为n ，则在近轴入射时，轴向位移量为1 (1)d n - 。 4．在光的衍射装置中，一般有光源、衍射屏、观察屏，则衍射按照它们距离不同可分为两类，一类为 菲涅耳衍射，另一类为 夫琅禾费衍射 。 5．光轴是晶体中存在的特殊方向,当光在晶体中沿此方向传播时不产生双折射。n e 1 、波面：点光源发出的光波向四周传播时，某一时刻其振动位相相同的点所构成的等相位面称为波阵面，简称波面。 2 、几何光学的四大基本定律 1 ）光的直线传播定律：在各向同性的均匀介质中，光是沿着直线传播的。 2 ）光的独立传播定律：不同光源发出的光在空间某点相遇时，彼此互不影响，各光束独立传播。 3 ）反射定律和折射定律（全反射）： 全反射：当光线从光密介质向光疏介质入射，入射角大于临界角时，入射到介质上的光会被全部反射回原来的介质中，而没有折射光产生。sinI m =n ’/n ，其中I m 为临界角。 3 、费马原理 光从一点传播到另一点，其间无论经历多少次折射和反射，其光程为极值。 4 、马吕斯定律 光线束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面正交，并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。 5 、完善成像条件（3种表述) 1）、入射波面为球面波时，出射波面也为球面波； 2）、入射光束为同心光束时，出射光束也为同心光束； 3）、物点A 1及其像点A k ’之间任意二条光路的光程相等。 6 、单个折射面的成像公式（定义、公式、意义） r n n l n l n -= -''' r l l 21'1=+ ( 反射球面，n n -=' ) 7 、垂轴放大率成像特性： β>0,成正像，虚实相反；β<0,成倒像，虚实相同。|β|>1,放大；|β|<1，缩小。 注：前一个系统形成的实像，若实际光线不可到达，则为下一系统的虚物。 若实际光线可到达，则为下一系统的实物。 8 、理想光学系统两焦距之间的关系 n n f f ''-= 9 、解析法求像方法为何？（牛顿公式、高斯公式） 1）牛顿公式： 2）高斯公式： ' 11'1f l l =- 工程光学复习题 1 填空题 (1) 在光传播中，某一时刻振动相位相同的点构成的等相位面称为 。 (2) 光传播的方程为()[]kz t E E +-=ωi exp 0描述的是沿z 轴 (A. 正 B.负) 方向传播的光。 (3) 光传播的方程为()[]kz t E E --=ωi exp 0描述的是沿z 轴 (A. 正 B.负) 方向传播的光。 (4) 光学系统完善成像的条件可简述为 。 (5) 一般地，称光组的光焦度 为 。 (6) 夫琅和费衍射形成的爱里（Airy ）斑直径与衍射屏圆孔半径成 比，与波长成 比。 (7) 当两相干光束振幅比为 时，形成的干涉条纹的可见度最好。 (8) 一般地讲，眼睛在没有调节的松弛状态下，能分辨的物点间最小视角为 。 (9) 提高显微镜分辩率的途径 有 。 (10) 对于玻璃球与玻璃盘形成的牛顿环等厚干涉，当球和盘间的距离进一步减小时，可以看到条纹的移动方向为： 。 (11) 电磁场连续的条件是：在没有传导电流和自由电荷的介质中， 的法向分量在界面上连续。 (12) 当光正入射到光学透明介质的界面，半波损失是指 。 (13) 在光传播中，发生全反射的条件为 。 (14) 光组中，节点的定义为 。 (15) 物方主平面与像方主平面之间互为 关系，横向放大率为 (16) 对于折射棱镜，偏向角取最小的条件 为 。 (17) 当光线垂自入射或接近垂直入射时，光楔所产生的偏向角仅由光 楔的 和 决定。 (18) 杨氏双缝干涉实验中，条纹的间距与波长成 比，与会聚集角 成 比。 (19) 形成驻波的两束叠加光波满足的条件 。 (20) 一般地讲，光学玻璃根据折射率或阿贝常数的不同可分 为 。 (21) BK7玻璃 nd = 1.51680 νd = 64.17 牌号: 。 (22) 对于显微镜，增大数值孔镜的途径 有 。 天津大学2018年《807工程光学》考研大纲 一、考试的总体要求 本门课程的考试旨在考核学生有关应用光学和物理光学方面的基本概念、基本理论和实际解决光学问题的能力。 考生应独立完成考试内容，在回答试卷问题时，要求概念准确，逻辑清楚，必要的解题步骤不能省略，光路图应清晰正确。 二、考试的内容及比例： 考试内容包括应用光学和物理光学两部分。 “应用光学”应掌握的重点知识包括：几何光学的基本理论和成像概念、理想光学系统理论、光学系统中的光束限制、平面和平面系统对成像的影响、像差的基本概念和典型光学系统的性质、成像关系及光束限制等。具体知识点如下： 1、掌握几何光学基本定律与成像基本概念，包括：四大基本定律及全反射的内容与现象解释；完善成像条件的概念和相关表述；几何光学符号规则以及单个折射球面、反射球面的成像公式、放大率公式等。 2、掌握理想光学系统的基本理论和典型应用，包括：基点、基面的主要类型及其特点；图解法求像的方法；解析法求像方法（牛顿公式、高斯公式）；理想光学系统三个放大率的定义、计算公式及物理意义；理想光学系统两焦距之间的关系；正切计算法以及几种典型组合光组的结构特点、成像关系等。 3、掌握平面系统的主要种类及应用，包括：平面镜的成像特点及光学杠杆原理和应用；反射棱镜的种类、基本用途及成像方向判别；光楔的偏向角公式及其应用等。 4、掌握典型光学系统的光束限制分析，包括：孔径光阑、入瞳、出瞳、孔径角的定义及它们的关系；视场光阑、入窗、出窗、视场角的定义及它们的关系；渐晕、渐晕光阑、渐晕系数的定义；物方远心光路的工作原理；光瞳衔接原则及其作用；场镜的定义、作用和成像关系等。 5、了解像差基本概念，包括：像差的定义、种类和消像差的基本原则；7种几何像差的定义、影响因素、性质和消像差方法等。 6、掌握几种典型光学系统的基本原理和特点，包括：正常眼、近视眼和远视眼的定义和特征，校正非正常眼的方法；视觉放大率的概念、表达式及其意义；显微镜系统的结构特点、成像特点、光束限制特点及主要参数的计算公式；临界照明和坷拉照明系统的组成、优缺点；望远系统的结构特点、成像特点、光束限制特点及主要参数的计算公式；摄影系统的结构特点、成像特点、光束限制特点及主要参数的计算公式；投影系统的概念、计算公式以及其照明系统的衔接条件等。 “物理光学”应掌握的重点知识包括：光的电磁理论基础、光的干涉和干涉系统、光的衍射、光的偏振和晶体光学基础等。其中傅立叶光学一章可作为部分专业（如：光科等）的选作内容。具体知识点如下： 1、掌握电磁波的平面波解，包括：平面波、简谐波解的形式和意义，物理量的关系，电磁波的性质等；掌握波的叠加原理、计算方法和4种情况下两列波的叠加结果、性质分析。 2、掌握干涉现象的定义和形成干涉的条件；掌握杨氏双缝干涉性质、装置、公式、条纹特 点及其现象的应用；了解条纹可见度的定义、影响因素及其相关概念（包括临界宽度和允许宽度、空 第十二章 光的衍射 1． 波长为500nm 的平行光垂直照射在宽度为0.025mm 的单缝上，以焦距为50cm 的会 聚透镜将衍射光聚焦于焦面上进行观察，求（1）衍射图样中央亮纹的半宽度；（2）第一亮纹和第二亮纹到中央亮纹的距离；（3）第一亮纹和第二亮纹的强度。 解：（1）零强度点有sin (1,2, 3....................)a n n θλ==±±± ∴中央亮纹的角半宽度为0a λ θ?= ∴亮纹半宽度29 0035010500100.010.02510 r f f m a λ θ---???=??===? （2）第一亮纹，有1sin 4.493a π αθλ = ?= 9 13 4.493 4.493500100.02863.140.02510rad a λθπ--??∴= ==?? 2 1150100.02860.014314.3r f m mm θ-∴=?=??== 同理224.6r mm = （3）衍射光强2 0sin I I αα?? = ??? ，其中sin a παθλ= 当sin a n θλ=时为暗纹，tg αα=为亮纹 ∴对应 级数 α 0 I I 0 0 1 1 4.493 0.04718 2 7.725 0.01694 . . . . . . . . . 2． 平行光斜入射到单缝上，证明：（1）单缝夫琅和费衍射强度公式为 2 0sin[(sin sin )](sin sin )a i I I a i πθλπθλ?? -??=????-?? 式中，0I 是中央亮纹中心强度；a 是缝宽；θ是衍射角，i 是入射角（见图12-50） （2）中央亮纹的角半宽度为cos a i λ θ?= 第一章小结（几何光学基本定律与成像概念） 1、光线、波面、光束概念。 光线：在几何光学中，我们通常将发光点发出的光抽象为许许多多携带能量并带有方向的几何线。 波面：发光点发出的光波向四周传播时，某一时刻其振动位相相同的点所构成的等相位面称为波阵面，简称波面。 光束：与波面对应所有光线的集合称为光束。 2、几何光学的基本定律（内容、表达式、现象解释） 1）光的直线传播定律：在各向同性的均匀介质中，光是沿着直线传播的。 2）光的独立传播定律：不同光源发出的光在空间某点相遇时，彼此互不影响，各光束独立传播。 3）反射定律和折射定律（全反射及其应用）： 反射定律：1、位于由入射光线和法线所决定的平面内；2、反射光线和入射光线位于法线的两侧，且反射角和入射角绝对值相等，符号相反，即1'-1。 全反射：当满足1、光线从光密介质向光疏介质入射，2、入射角大于临界角时，入射到介质上的光会被全部反射回原来的介质中，而没有折射光产生。sinl m=n7n，其中Im为临界角。 应用：1、用全反射棱镜代替平面反射镜以减少光能损失。（镀膜平面反射镜只能反射90%左右的入射光能）2、光纤 折射定律：1、折射光线位于由入射光线和法线所决定的平面内；2、折射角的正弦和入射角的正弦之比与入射角大小无关，仅由两种介质的性质决定。n'inI 'nsinl 应用：光纤 4）光路的可逆性 光从A点以AB方向沿一路径S传递，最后在D点以CD方向出射，若光从D点以CD 方向入射，必原路径S传递，在A点以AB方向出射，即光线传播是可逆的。 5）费马原理 光从一点传播到另一点，其间无论经历多少次折射和反射，其光程为极值。（光是沿着光程为极值（极大、极小或常量）的路径传播的），也叫“光程极端定律”。 6）马吕斯定律 光线束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面的正交性，并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。 折/反射定律、费马原理和马吕斯定律三者中的任意一个均可以视为几何光学的一个基本定律，而把另外两个作为该基本定律的推论。 3、完善成像条件（3种表述） 1）、入射波面为球面波时，出射波面也为球面波； 2）、入射光束为同心光束时，出射光束也为同心光束； 3）、物点A1及其像点Ak '之间任意二条光路的光程相等。 4、应用光学中的符号规则（6条） 1）沿轴线段（L、L'、门：规定光线的传播方向自左至右为正方向，以折射面顶点0为原点。 2）垂轴线段（h）:以光轴为基准，在光轴以上为正，以下为负。 3）光线与光轴的夹角（U、U、:光轴以锐角方向转向光线，顺时针为正，逆时针为负。 4）光线与法线的夹角（I、丨、:光线以锐角方向转向法线，顺时针为正，逆时针为负。 物理光学课程总结 这学期首次接触了几何光学和物理光学两门课，从一开始的课程展望到现在的课程总结，感觉物理光学这门课的时间好短，一下子就过去了。这门课程的总结，我问了一下，大多数同学都是在做课程内容的总结和梳理，我的想法比较多，就当和老师谈谈心，闲聊一下吧。 这学期学习完物理光学之后，我有以下两点深刻的感触： 1.科学理论的庞大体系总是建立在物理的根基上。对基础知识的学习能带来 很多契机。 物理光学这门课从一开始就介绍了麦克斯韦方程组，然后后面的菲涅耳公式，平面电磁波波动方程……好多体系都是建立在了这个根基之上，让我非常惊叹。从的四个公式就能推导出这么多结论，真是非常的经典，这也难怪麦克斯韦这位物理学家能够有如此高的地位。接下来的电磁场连续性条件的引入深刻地解释了反射定律和折射定律这些初中学过的知识，并通过定量的计算更加完善了我对这些内容的理解，让我大有醍醐灌顶之感。以前对偏振现象浅尝辄止的学习让我对这些知识学得并不扎实，但通过这门课的学习，我算是对偏振现象有了更深入的认识。 另外，我还注意到，物理光学这门课里运用了很多高等数学的知识，如双重积分，矢量运算，椭球性质等等，我同时觉得数学的基础对后续课程的学习的确是非常重要。 2.对工科生来说，边学边思边用才是最理想的学习状态。 学习了双光束干涉，就可以基于这个原理来制作各种干涉仪器：如非索干涉仪，用来检查光学零件的表面质量；迈克尔逊干涉仪，用来准确确定光程差，进行长度的精确测量；马赫-曾德干涉仪，用于测量相位物体引起的相位变化……仅仅是一个双光束干涉的性质，就可以衍生出这么多有用的产品，更不用说还学了衍射，偏振，空间滤波的内容了，这正印证了老师的“知识改变命运”这句话。 其实双光束干涉这个内容并不是在物理光学这门课里面第一次接触，但是在以前学习了这些内容之后并没去深入地想：我学了这些知识能够做什么？我能不能利用这些性质做点东西出来？每次在看到有诸如srtp，国创之类的参赛项目，自己都是踌躇满志，想要去参加，积累经验，但是都苦于找不到课题，其实，如果在平日的学习过程中就能多去思考多去动手的话，既掌握了课程知识，又学以致用，那样的提高才是最大的了吧。 我记得在复习的过程中室友曾惊呼：“我靠，这个设计思想太巧妙了！”他说的就是书上的某一道课后习题，然后他又说了一句：“如果刚开始就认真听了的话肯定能利用这些性质做点东西出来，可惜时间紧迫啊，只有准备考试了。”听了这些话，我感触特别深。的确，不得不感叹，现在的大学生自学能力其实挺强的，尤其是在考试前夕，能在一两天里把一学期的内容学完，虽然效果肯定不如那些踏实的同学，但也算是比较好的了。换个角度来看，如果这些同学能在上这门课之前就花两天的时间根据教学大纲来把一学期要学的知识浏览一遍，再加上上课认真听讲的话，肯定效果更好了。对于老师来说，如何引导学生有这样的主动性和积极性，我觉得这算是一个值得思考的地方吧。 回到这个主题上来，这学期里我觉得最有收获的章节的学习估计就是傅里叶光学部分了吧。说实话，在上课的过程中，我学起来感觉最晦涩的就是夫琅禾费衍射的推导和傅里叶光学那部分的内容了，尤其是那一堆双重积分的公式，我到现在都不太会推导，但学了下来也确实感觉有种思路被打开了的感觉。尤其是空间频率的这些概念，它把许多通信理论中的经典方法移植到了光学系统的分析当中，让我感觉太神奇了。我们在信号与系统，数字信号处理等通信类课程中学到的东西居然运用到了光学系统中，还能用对信号处理的方式去处理光波，这对我 理想光学系统 第三章 理想光学系统 第一节 理想光学系统的共线理论 ● 理想光学系统：在任意大的空间内、以任意宽的光束都能成完善像的光学系统 ● 理想光学系统理论又称“高斯光学”，理想光学系统所成的完善像又称“高斯像” ● 描述理想光学系统必须满足的物像关系的理论称为“共线理论” 共线理论 （1）物空间的每一点对应像空间的相应一点，且只对应一点（点对应点） （2）物空间的每一条直线对应像空间的相应直线，且只对应一条直线（直线对应直线） （3）物空间的每一平面对应像空间的相应平面，且只对应一个平面（平面对应平面） ● 这种对应关系称为“共轭”，相应的点构成一对共轭点，直线构成一对共轭直线，平面构成一对共轭平面 ● 推论：物空间某点位于一条直线上，则像空间中该点的共轭点必定也位于这条直线的共轭直线上（点在线上对应点在线上） ● 共轴球面系统用结构参数（r 、d 、n ）描述系统 ● 理想光学系统用“基点”和“基面”来描述系统 ● 基点基面就是理想光学系统的特征参数 第二节 无限远轴上物点与其对应像点F ’---像方焦点 ● 设有一理想光学系统 ● 有一条平行于光轴的光线A1E1入射到这个系统 ● 在像空间必有一条直线与之共轭，即PkF’，交光轴于F’点 ● 在物空间中平行于光轴入射的光线都将汇聚在F’点上，F’点称为“像方焦点” 共轴球面系统 焦点、焦平面、主平面示意图 焦点、焦平面、主平面示意图 ● 过F’点作垂直于光轴的平面，称为“像方焦平面” ● 像方焦平面与物方无限远处垂直于光轴的物平面共轭 ● 物方的任何平行光线若不与光轴平行，表示无限远处的轴外点，将汇聚在像方焦平面上的一点 2，无限远的轴上像点和它所对应的物方共轭点F ——物方焦点 ● 像方平行于光轴的光线，表示像方光轴上的无限远点 ● 在物方光轴上必定有一点F 与之共轭，F 点称为物方焦点，过F 点的垂轴平面称为物方焦平面 ● 物方焦点F 与像方焦点F’不是一对共轭点 3，垂轴放大率β=+1的一对共轭面——主平面 ● 在光学系统中存在着垂轴放大率β=+1的一对共轭平面，这一对共轭面称为“主平面”即物方主平面和像方主平面 ● 共轭垂轴平面QH 和Q’H’满足β=+1（因为高度h 相等） ● QH 为物方主平面，Q’ H’为像方主平面 ● H 为物方主点，H’为像方主点 ● 物方主平面QH 与像方主平面Q’H’共轭 ● 物方主点H 与像方主点H’共轭 ● 对于理想光学系统，不论其实际结构如何，只要知道了主点和焦点的位置，其特性就完全被决定了 4，光学系统焦距 ● 像方焦距：像方主点H ’到像方焦点F ’的距离f ’ ● 物方焦距：物方主点H 到物方焦点F 的距离f ● 焦距均以各自的主点为原点，与光线传播方向一致为正，相反为负 光学系统的焦距 计算式 tan tan h f U h f U '= '= 焦距包含了光学系统主点和焦点的相对位置，是描述光学系统性质的重要参数 像方焦距f ’>0的光组称为正光组，f ’<0的光组称为负光组 无限远轴外物点的共轭像点 焦点、焦平面、主平面示意图 实验十：光栅衍射 一、实验目的 1．观察光线通过光栅后的衍射光谱。 2．学会用光栅衍射测定光波波长的方法。 3．学会用光栅衍射原理测定光栅常数。 4．进一步熟悉分光计的调整和使用方法。 二、实验仪器 分光计 光栅 钠光灯 平面反射镜 三、实验原理 光栅是有大量的等间隔、等宽度的狭缝平行放置组成的一种光学元件。设狭缝宽度（透光部分）为a ，不透光部分为b ，则a b +为光栅常数。 设单色光垂直照射到光栅上，光透过各个狭缝后，向各个方向发生衍射，衍射光经过透镜后会聚后相互干涉，在焦平面上形成一系列的被相当宽的暗区分开的明亮条纹。 衍射光线与光栅平面的夹角称为衍射角。设衍射角为θ的一束衍射光经透镜会聚到观察屏的点。在P 点出现明条纹还是暗条纹决定于这束衍射光的光程差。 由于光栅是等宽、等间距，任意两个相邻缝的衍射光的光程差是相等的，两个相邻狭缝的衍射光的光程差为()sin a b θ+，如果光程差为波长的整数倍，在P 点就出现明条纹，即 ()sin a b k θλ+=± (0,1,2,)k = 这就是光栅方程。 从上式可知，只要测出某一级的衍射角，就可计算出波长。 四、实验步骤 1、调整分光计。 使望远镜、平行光管和载物台都处于水平状态， 平行光管发出平行光。 2、安置光栅 将光栅放在载物台上，让钠光垂直照射到光栅 上。 可以看到一条明亮而且很细的零级光谱，左右转动望远镜观察第一、二级衍射条纹。 S （） 3．测定光栅衍射的第一、二级衍射条纹的衍射角θ，并记录。 五、数据记录 '111[()θθθ=-（右边读数）+'11()θθ-（右边读数）]/4 '222[()θθθ=-（右边读数）+'22()θθ-（右边读数）]/4 六、数据处理 将上表中的1θ、2θ分别代入光栅方程()sin a b k θλ+=计算出6个波长，（1 300 a b mm += ） 1λ= 2λ= 3λ= 4λ= 5λ= 6λ= 计算平均波长：λ= 绝对误差：λ?= （取平均波长与6个波长的差中的最大者） 工程光学期末考试复习指导 1. 可见光波长范围。什么叫波面，以及平面波，球面波。 2. 全反射现象的条件，全反射临界角的计算。光纤数值孔径的计算。 3. 费马原理的文字表述和数学表述。 4. 完善像的文字表述和数学表述。 5. 怎样为实像，怎样为虚像。 6. 近轴光学系统的基本概念和符号规则。 7. 三种放大率的定义和计算。 8. 理想光学系统的基点和基面如何通过作图来确定。轴上点经两个光组成像的作图。 9. 牛顿公式和高斯公式应用到基本计算中。 10. 正切法计算多光具组合（基于光线投射高度和角度）并四道例题。 11. 厚透镜焦点位置以及主面位置的计算。（公式给出，仅要求双凸透镜） 12. 平面镜的旋转特性与测量微小位移方面的应用。 13. 平行平板的等效空气平板的厚度d计算以及轴向位移Δl’的计算。 14. 能用作图方式表示出“常见棱镜展开相当于一个平行平板”的原理，会计算简单的光轴长度。见表格3-1. 15. 折射棱镜最小偏向角的表达式以及计算。 16. 光楔在测量小角度和微小位移中的应用，要求可以文字表述原因，并作图说明。 17. 常用的光学材料有哪些。 18. 孔径光阑的定义和作用，能够判断是否为孔径光阑。入瞳和出瞳的定义，并且可以作图得出入瞳和出瞳。孔径光阑与入瞳出瞳的关系。 19. 视场光阑的定义和作用，能够判断是否为视场光阑。 20. 渐晕现象的形成原因。 21. 孔径光阑在显微镜中的应用：物方远心光路的原理和作用。 22. 景深定义的由来。景深的定量计算并两道例题。 23. 光度学基本量的概念和单位。 24. 入瞳距的计算，最大视场理想像高的计算，球差的计算，畸变的计算。 25. 球差，正弦差，像散，场曲和色差产生的原因。球差的校正方法。 26. 眼睛的调节与校正（近视与老花）。 27. 显微镜的相关计算。 28. 什么是瑞利判断，利用分辨率作为成像质量评估的方法。 29. 麦克斯韦方程与物质方程名称与数学表达。平面波的复数表达。 30. 布儒斯特角的由来。 第八章典型光学系统 ●通常把光学系统分为10个大类： （1）望远镜系统 （2）显微镜系统 （3）摄影系统 （4）投影系统 （5）计量光学系统 （6）测绘光学系统 （7）物理光学系统 （8）光谱系统 （9）激光光学系统 （10）特殊光学系统（光电系统、光纤系统等） 第一节眼睛的光学成像特性 1.眼睛的结构 生理学上把眼睛看作一个器官 眼睛包括角膜、水晶体、视网膜等部分 人眼的光学构造： ●角膜：由角质构成的透明的球面薄膜，厚度为0.55mm，折射率为1.3771； ●前室：角膜后的空间，充满折射率为1.3774的水状液体； ●虹彩：位于前室后，中间有一圆孔，称为瞳孔，它限制了进入人眼的光束口径，可随景物的亮暗随时 进行大小调节； ●水晶体：由多层薄膜组成的双凸透镜，中间硬外层软，各层折射率不同，中心为1.42，最外层为1.373， 自然状态下其前表面半径为10.2mm，后表面半径为6mm，水晶体周围肌肉的紧张和松驰可改变前表面 的曲率半径，从而改变水晶体焦距； 2.眼睛的视觉特性 ●应用光学把眼睛看作一个光学系统 ●人眼对不同波长的光的敏感度不同，就形成了 视觉函数 ●人眼灵敏峰值波长在555nm（黄绿光） 3.眼睛的调节和适应 1．调节 ●眼睛成像系统对任意距离的物体自动调焦的过程称为眼睛的调节 ●眼睛所能看清的最远的点称为“远点”，远点距用lr表示，正常眼lr = ∞ ●眼睛所能看清的最近的点称为“近点”，近点距用lp表示，正常眼的近点距随年龄而变 化 ●眼睛的调节能力用“视度”来表示，远点视度用R表示，近点视度用P表示： ● 11 r p R P l l = = （8-2） ●视度的单位是“屈光度”，屈光度（D）等于以米为单位的距离的倒数，即1D=1m-1 ●如某人的近点为-0.5m，则用视度表示为P=1/(-0.5)=-2D 工程光学复习资料 注意事项：该资料考试当天杜绝出现在考场，否则你挂定了，切忌！ 1.关于开普勒望远镜和伽利略望远镜的说法正确的是D A 伽利略望远镜镜筒的全长等于物镜焦距 B.开普勒望远镜目镜的物方焦平面在镜筒以外 C.它 们的焦点在有限远处 D.开普勒望远镜形成的是倒立的像 2.像面的光照度正比于 A A. 光源亮度与2sin U B.2sin U 与2β C.光源亮度与2 β D.光源亮度、2sin U 与2β 3.在以下的哪个平面，轴外物点的像是垂直于子午面的短线 A A.子午像面 B.弧矢 像面 C.高斯像面 D.以上都不是 4.拍摄人像艺术照，为突出主要人物，应选用 C A.对准距离小、焦距与 F 数大 B.对准距离与 F 数大，焦距小 C.对准距离与焦距大，F 数小 D. 焦距大，F 数与对准距离小 5.在球差、彗差、像散、像面弯曲、畸变、位置色差、倍率色差中，对轴上点成像产生圆形弥散斑 的有 B A. 1种 B. 2种 C. 3种 D.以上都不对 6.一个照相物镜能分辨的最靠近的两直线在感光底片上的距离为2m μ，则该照相物镜的分辨率 为： B A.2m μ B.0.5线/m μ C.50线/mm D.500线/mm 7.以下关于光学系统成像的像差，正确的描述是 B A.轴上物点成像可能存在的像差有球差和正弦差; B.目视光学系统一般对F 光（486.1nm ）和C 光(656.3nm)消色差 C.畸变不仅使像的形状失真，而且影响成像的清晰 D.对单正透镜通过改变其设计参数可以完全校正球差 8.棱镜产生最小偏向角的条件：光线的光路对称于折射棱镜时，折射棱镜的偏向角取得最小值。 9.费马原理：光从空间一点传输到另外一点，总是沿光程为极值的路径传播。 10.欲构成物方远心光学系统，应使孔阑位于 像方焦面上 。 11.在通常所说的七种像差中，沿轴方向度量的有 球差 、 像散 、 场曲 和位置色差 。 12.渐晕 : 视场边缘的成像光束的小于轴上成像光束的现像，称为渐晕 13.已知双平面镜的夹角为10°，一平行细光束以30°角入射，经两个平面镜反射后，出射光线与 入射光线的夹角为 10° 。 14光学系统的景深？什么应用场合需要大景深？答：<1>在景象平面上所获得的成清晰像的物空间 深度称为成像空间的景深，简称景深。<2>要画面中从近到远的景物都是清晰的，就要用大景深.??? 工程光学重点整理 第一章 第一节 ● 几何光学基本定律（直线传播定律，独立传播定律，反射折射定律，全反射，光的可逆原理） 1.反射折射定律：入射光线、反射光线和分界面上入射点的法线三者在同一平面内。入射角和反射角的绝对值相等而符号相反，即入射光线和反射光线位于法线的两侧，即 I I -='' n n I I ' ='sin sin 2.全反射及其应用 注意：光密介质、光疏介质、临界角 光密介质：分界面两边折射率较高的介质。 光疏介质：分界面两边折射率较低的介质。 临界角：折射角等于90°时的入射角。 全反射条件： ①光线从光密介质进入光疏介质； ②入射角大于临界角。 ● 费马原理：光是沿着光程为极植（极大、极小或常数）的路径传播的。也可已表述为：光从一点传播到另一点，期间无论多少次折射或反射，其光程为极值。利用费马原理可以证明：光的直线 传播、折射及反射定律。 马吕斯定律：光线束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面的正交性，并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。折、反射，费马原理及马吕斯定律可互推。 第二节 a)光学系统与成像概念 1、光学系统的作用： 对物体成像，扩展人眼的功能。 2、完善像点与完善像： 若一个物点对应的一束同心光束，经光学系统后仍为同心光束，该光束的中心即为该物点的完善像点。完善像是完善像 点的集合。 3、物空间、像空间： 物所在的空间、像所在的空间。 4、共轴光学系统： b) 图1-13 共轴球面光学系统 1 A 1 O 2 O 3 O 3 A '3 n '()32 n n '()21n n '1 n 1 B () 21A A '()32 A A '()32 B B '3 B '() 21B B '1l -1 r 2 l '1C () 2 1 y y -'-1l ' 3 r -2 l -2 C 3 C 1 y ()32 y y '3 y '-2 r 3 l -3 l '1 d 2 d 若光学系统中各个光学元件表面的曲率中心在一条直线上，则该光学系统是共轴光学系统。 5、各光学元件表面的曲率中心的连线，称光轴。 c) 完善成像条件：入射光出射光均为同心光束。 C A O n O O n O O n OO n O A n A E n E E n E E n EE n E A n k k k k k k k k ='''+''++++=''+''++++ 21211112121111 d) 物像的虚实判断：实像真实存在且可以记录，虚像则不可以。 第三节 a) 一、基本概念 1、光轴：通过球心C 的直线 2、顶点：光轴与球面的交点 3、子午面：通过物点和光轴的截面 4、物方截距：顶点O 到光线与光轴交点A 的距离 5、物方孔径角：入射光线与光轴的夹角 6、像方截距： 大学物理波动光学知识点总结 1．惠更斯-菲涅耳原理：波面上各点都看作是子波波源，它们发出的子波在空间相遇时，其强度分布是子波相干叠加的结果。 2． 光波的叠加 两相干光在空间一点P 相遇，P 点的光强为： 相干叠加 12I I I ?=++? 非相干叠加 12I I I =+ 3．光的干涉 （1）光程：i i i l n r =∑ （i r 指光在真空中传播的距离，i n 指介质的折射率）. （2）光干涉的一般条件： （3）杨氏双缝干涉: 光程差 明暗条纹距屏幕中心的位置分布为： 相邻的两条明纹（或暗纹）间距 （4）薄膜干涉：等倾干涉 a. 光程差 b.干涉条件 等厚干涉 a. 劈尖干涉： 光程差（垂直入射） 亮纹厚度 暗纹厚度 b. 牛顿环 明环 暗环 01 2... k r k ==，，， （5）迈克尔逊干涉仪 4．光的衍射 1k k D x x x d λ+?=-= 2,1,2,4e k k n λ ==??? 22 ne λ δ=+ 2 2λ δ+ ≈ne (21),0,1,2,4e k k n λ =+=???D x d d d r r n ? =≈≈-=θθδtg sin )(12122 d d d N λ ?=-=? 2, 1,2,2 ()(21),0,1,2,2 k k i k k λδλ?=?????=??+=????? 明纹暗纹 ? ,0,1,2....() 21, 0,1,2....2k D k k d x D k k d λλ?±=??=? ?±+= ?? 明纹（）(暗纹) 1 2 3,... k r k =，，221122 0,1,2,212k n r n r k k λδλ?±??=-==??? ??±+?? （干涉加强）（） （干涉削弱） 光的干涉 波动的独立性、叠加性和相干性 折射率的定义相对折射率 相干与不相干叠加的强度公式（能量和振幅的区别） 想干叠加的条件（干涉相长、干涉相消） 光程概念 由光程差带来的相位差 由单色波叠加所形成的双缝干涉图样 间距公式双缝干涉的装置 装置变化引起的条纹变化 干涉条纹的可见度（定义和公式） 可见度定义及公式 等厚干涉 产生额外光程差的条件 光程差公式 产生亮条纹条件 装置参数变化对条纹的影响 增透膜、增反膜 改变光路中介质的折射率对条纹影响 迈克尔逊干涉仪原理、条纹特征等等 光的衍射 惠更斯-菲涅耳原理 惠更斯原理（作图） 惠更斯—菲涅耳原理 衍射分类 菲涅耳半波带 思路 场点强度公式（不是半波带半径公式） 原屏衍射 夫琅禾费衍射 衍射装置 衍射的强度公式（最好记住）衍射图样 衍射光强最小值位置 平面衍射光栅 强度分布公式（最好记住） 装置 光栅方程（得来、公式）主极大亮条纹条件衍射图样特征（单缝衍射因子、缝间干涉因子）缺级条件 谱线半角宽度 几何光学的基本原理 实验定律 费马原理表述 实物、实像、虚物、虚像定义 全反射 光在球面上的反射和折射 符号法则 成像公式及推导（最好记住） 薄透镜 成像公式、焦距公式、焦距和折射率关系 成像公式推导（最好记住） 横向放大率公式 逐次成像法（大题） 利用焦点、焦平面作图成像（物在光轴上） 或者从光轴引出来一个近轴物 光的偏振 五种偏振态 线偏振光与部分偏振光 二向色性晶体反射光和投射光的偏振态 布鲁斯特角 马吕斯定律 光通过半轴晶体时的双折射现象 主平面、主截面、入射面 O光与e光的传播方向 偏振器件 波片厚度确定（厚度不等、厚度最小） 偏振光的实验检验 线偏振光的检验 圆偏振光和椭圆偏振光的检验助视器的放大本领 放大本领 放大镜的放大本领 显微镜的放大本领 基本题型及分值分布： 一、选择题。（10×3=30） 二、作图题。（10×2=20） 三、简答题。（10×1=10） 四、计算题。（10×4=40）工程光学第一章知识点
工程光学期末复习题
工程光学(1)_实验讲义
工程光学Ι复习要点--基本概念汇总
工程光学下习题库整理汇总
(完整word版)郁道银主编_工程光学(知识点)
工程光学复习题
天津大学2018年《807工程光学》考研大纲
工程光学习题解答 第十二章 光的衍射
郁道银主编-工程光学(知识点)要点汇编
物理光学课程总结(室友版)
工程光学第三章知识点
大学物理光学实验报告
工程光学期末考试复习指导
工程光学第八章知识点
工程光学复习资料
工程光学重点整理
大学物理波动光学知识点总结
大学物理光学复习提纲