物理光学复习题(end)

一、基本概念（填空） 3、（当光强与饱和光强相比拟时，增益系数随光强增大而出现下降的现象）是增益饱和现象，（当光强足够强时，光强越强，粒子数反转密度减少得越多的现象是）粒子数反转密度饱和。

5、渥拉斯顿棱镜的工作原理：（])tan -[(arcsin 2e o θn n Φ≈，角随入射光波长分离的不同稍有变化）；格兰-汤普森棱镜的工作原理：（格兰-汤普森棱镜利用全反射原理工作的，存在着入射光束锥角限制）。

9、晶体光学的两个基本方程：（⊥⊥==D n cE E n D r 2020εε），物理意义：（决定了在晶体中传播的单色平面光波电磁波的结构，给出了沿某个k （s ）方向传播的光波D （E ）与晶体特性n （n r ）的关系）。

11、散射光的方向相对于入射光改变而波长也改变的散射有（喇曼散射、布里渊散射）。

13、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）。

14、对于立方晶体，其主折射率为（0321n n n n ===），对于单轴晶体，其主折射率为（e o n n n n n ===321，）对于双轴晶体，其主折射率为（321n n n ≠≠）。

15、（折射率随着波长增加而减小的色散）是正常色散？（折射率随波长的增大而增大的色散）是反常色散，孔脱系统研究了反常色散现象，认为反常色散与介质对光的（吸收）有密切联系。

（孔脱定理）[孔脱定理：反常色散总是与光的吸收有密切联系，任何物质在光谱某一区域内如有反常色散，则在这个区域的光被强烈地吸收，在靠近吸收区处，折射率的变化非常快，而且在波长较长的一边的折射率比在波长较短的一边的折射率大很多,在吸收区内折射率随波长增大而增大。

]16、用调Q 技术压缩的激光光脉冲称为（短脉冲），电光调Q 激光装置原理图：用锁模技术产生的激光光脉冲称为（超短脉冲）。

17、当光与物质相互作用时，存在着三种现象分别是（吸收、色散和散射）。

（PP g )(),(0ννν=）是谱线加宽的线型函数，线型函数的性质有（a. 线型函数是相对大小，与发射功率的绝对大小无关，b.⎰=+∞∞-1),(0νννd g ，),(0ννg 满足归一化条件，c. 线型函数总有一个最大值的频率，此频率为中心频率），自然加宽、碰撞加宽和多普勒加宽的线型的线型函数表达式分别为（20220)(4)2(),(ννπγνν-+=N g ，2020)()2(2/),(νννπννν-+∆∆=L L L g ，2020)()2(2/),(νννπννν-+∆∆=H H H g ）。

18、（如果某种频率的光波以低损耗通过光纤，那么这种频率所对应的波段）是光纤的窗口，光纤的三个“窗口”：（短波窗口0.8~0.9μm ，长波长窗口1.31μm 和1.55μm ）。

19、任何一个共焦腔与无数多个稳定球面腔等价，这里的等价是（具有相同的行波场）的意思。

20、（在晶体中完全包住一个单色点光源的波面）是射线曲面，射线曲面的简单表达式（111111232232222221221=-+-+-ννννννr r r s s s ），（当k 取空间所有方向，n 1k 和n 2k 的末端便在空间画出两个曲面:双壳层曲面，此曲面）是折射率曲面，折射率曲面的简单表达式（111111232232222221221=-+-+-n n k n n k n n k ）。

21、（光源在某一方向立体角内的光通量大小）是光的强度，波片只能改变入射光的（偏振态），而不能改变（其光强）。

22、当辐射场与物质相互作用时，存在着三种相互作用过程分别是（吸收、色散和散射）。

23、由于外加电场使介质光学性质发生变化的效应，称为（电光）效应。

25、(光轴与晶面法线所决定的平面)是主截面，(从单轴晶体上按一定方式切割的、有一定厚度的平行平面薄片)是波片，波片的切割方式（对于单轴晶体,晶片表面与光轴平行，对于双轴晶体,晶片表面可与任一主轴平面平行）和使用的注意事项（a.光波波长，b.波片的主轴方向）。

26、（腔内没有激光介质的谐振腔）是无源谐振腔，t 时刻无源谐振腔内光强的表达式是（Rtez t I τ-=0)(，其中cL R δτ'=），（腔内有激光介质的谐振腔）是有源谐振腔，（满足驻波条件的光波）是纵模，纵模的频率间隔（nL L Lcq ='=∆,2πν），纵模的谱线加宽是'221L cRc πδπτν==∆，其中δ为谐振腔的单程损耗因子，'L 为两个反射镜之间的光程，c 为光在真空中的光速。

29、（当光源接近接收器时它的频率变高，而当光源远离接收器时它的频率变低）是光学多普勒效应。

二、基本概念（简答）1、在双轴晶体中，为什么不能采用o 光与e 光的称呼来区分两个正交线偏正光？当波矢k 沿着除两个光轴和三个主轴方向传播时，过折射率椭球中心且垂直于k 的平面与折射率椭球的截线均为椭圆，这些椭圆不具有对称性，相应的两个线偏振光的折射率都与k 的方向有关，这两个光均为非常光。

故在双轴晶体中，不能采用o 光与e 光的称呼来区分两个正交线偏正光。

4、什么是均匀加宽?机理是什么？什么是非均匀加宽？机理是什么？非均匀加宽工作物质和均匀加宽工作物质的饱和性质的主要区别？均匀加宽是指每个单独原子的谱线以及整个体系的谱线作同样的展宽。

机理：对此种加宽每个发光原子都以整个线型发射，不能把线型函数上的某一特定频率和某些特定原子联系起来，或者说每一发光原子对光谱线内任一频率都有贡献。

非均匀加宽：原子体系中不同原子对谱线的不同频率有贡献。

机理：原子体系中，每一个原子只对谱内与它的中心频率相应的部分有贡献，因而可以区分谱线上的某一频率范围是由那一部分原子发射的。

主要区别：非均匀加宽工作物质的饱和效应比较弱。

非均匀加宽情形中，饱和效应的强弱与线型中频率位置无关，而均匀加宽情形下，饱和效应强弱与线型中频率位置有关，偏离线型函数中心频率越远，饱和效应越弱。

非均匀加宽中具有烧孔效应。

[自然加宽、碰撞加宽和晶格振动加宽均是均匀加宽。

自然加宽：在不受外界影响的情况下，受激原子会自发地向低能态跃迁，因而受激原子在激发态上具有有限寿命，从而造成原子跃迁谱线的自然加宽。

碰撞加宽：大量原子之间的无规则“碰撞”，从而造成原子谱线的碰撞加宽。

晶格振动加宽：由于晶格振动使激活离子处于随时间周期变化的晶格场中，激活离子的能级所对应的能量在某一范围内变化，而引起谱线加宽。

多普勒加宽和晶格缺陷加宽是非均匀加宽。

多普勒加宽：由于做热运动的发光原子（分子）所发出的辐射的多普勒频移引起的。

晶格缺陷加宽：处于缺陷部位的激活离子的能级发生位移，导致处于晶体不同部位的激活离子的发光中心频率不同，产生非均匀加宽。

]6、简述折射率椭球的两个重要性质？折射率椭球方程是？折射率椭球的两个重要性质：①与波法线k 相应的两个特许折射率n '和n '',分别等于这个椭圆的两个主轴的半轴长。

②与波法线k 相应的两个特许偏振光D 的振动方向d '和d ''，分别平行于r a 和r b 。

折射率椭球方程：1232322222121=++n x n x n x8、什么是“片堆”？简述利用“片堆”产生线偏振光的工作过程？片堆是由一组平行平面玻璃片叠加在一起构成的，将一些玻璃放在圆筒内，使其表面法线与圆筒轴构成布儒斯特角。

工作过程：当自然光沿圆筒轴以布儒斯特角入射并通过片堆时，因透过片堆的折射光连续不断地以相同的状态入射和折射，每通过一次界面，都从折射光中反射部分垂直纸面分量，最后使通过片堆的透射光接近为一个平行入射面振动的线偏振光。

10、什么是尖峰振荡效应？有什么特点，如何获得短脉冲或者超短短脉冲？尖峰振荡效应：固体脉冲激光器输出的不是一个平滑的光脉冲，而是一群宽度只有s μ量级的短脉冲序列。

特点：脉宽s μ量级；尖峰能增大，尖峰数增加，但峰值不增高；尖峰形状：衰减型，周期性无规则。

[一个尖峰脉冲的形成和消失，可以由激光系统反转粒子数密度的增减变化来解释； 调Q 技术—短脉冲，锁模技术—超短脉冲]12、什么是基模高斯光束？什么是消失波？消失波具有哪些特点？基模高斯光束是波动方程在激光器谐振腔边界下的一种特解；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 θνn ②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。

24、几种线偏振光的标准的归一琼斯矢量是什么？右旋椭圆偏振光和左旋椭圆偏振光及其琼斯矢量的表示式？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：⎥⎦⎤⎢⎣⎡θθsin cos 。

左旋圆偏振光：πϕπϕ)12(2,+<<=-m m e E E E E i oxoy x y ，琼斯矢量的表示式为⎥⎦⎤⎢⎣⎡i 122； 右旋圆偏振光：πϕπϕm m e E E E E i oxoy xy 2)12(,<<-=-，琼斯矢量的表示式为⎥⎦⎤⎢⎣⎡-i 122。

27、什么是喇曼散射和瑞利散射？喇曼散射的谱线与瑞利散射谱线的特点和不同点是什么？喇曼散射：光通过介质时由于入射光与分子运动相互作用而引起的频率发生变化的散射，又称喇曼效应。

特点：①.在每一条原始的入射光谱线旁边都伴有散射线②.这些频率差的数值与入射光波长无关，只与散射介质有关。

③.每种散射介质有它自己的一套频率差瑞利散射：亭达尔等最早对微粒线度不大于(1/5~1/10)λ的浑浊介质进行了大量的实验研究，研究规律叫亭达尔效应。

这些规律后来被瑞利在理论上说明，所以又叫瑞利散射。

特点：①.散射光强度与入射光波长的四次方成反比，即41)(λθ∝I②.散射光强度随观察方向变化)cos 1()(20θθ+=I I③.散射光具有偏振性，并与观察角度有关。

不同点：瑞利散射散射光频率与入射光相同，而喇曼散射除有与入射光频率o ν相同的频率外，其两侧还伴有频率为210ννν，···，210ννν'''，···的散射线存在。