光电子重点

1. 光学发展的几个阶段 光的本性,波粒二像性, 光子的特性

答: 几何光学,波动光学,光子学, 光子具有极高的信息容量和效率,光子具有极快的响应能力,光子系统具有极强的互连能力与并行能力,光子具有极大的存储能力。

2. 了解平面波的表示形式及性质，了解球面波、发散波的特点

答： 描述了一个在无穷大均匀介质中沿z 方向传播的单色的平面行波。

性质：Ｅ与Ｈ相互正交，且垂直波矢k 。传输无发散，同一个波阵面上电场的幅度、相位、振动方向相同，波阵面为无限延展的平面，具有无限的能量（理想模型）。

球面波特点：由点源发出，振幅随传输距离的增加而减小，波阵面为球面，等相面随传输距离的增加而增大，任意一点的波矢垂直于的波阵面，且是发散的。发散波特点：有限大的波源，有限的能量，波阵面有一定的弯曲，但波矢始终与波阵面垂直。

3. 理解群速度的定义及物理意义和光波波前的传播方向的矢量表示、能量的传

播方向的矢量表示

答：群速度：波包的传输速度，能量或信息的传输速度。物理意义： ， 光波波前的传播方向矢量表示：

能量的传播方向的矢量表示：

4. 理解描述反射和折射的菲涅尔公式的物理意义，掌握垂直入射情况下的反射

率和透射率的计算公式和布儒斯特角

答：反射： 透射： 垂直入射：2121//n n n n r r +-==⊥，布儒斯特角：121tan n n p -=θ 反射率（垂直入射）：反射光强与入射光强之比： 透射率（垂直入射）：透射光强与入射光强之比： 5. 理解全反射情况下导引波和倏逝波的形成和特点，了解古斯-汉森位移。

答：导引波：均匀平面波在界面上全反射时，在第一种介质空间的由入射光和反射光叠加而成。

特点：等相面（z=常数）垂直于界面，而等幅面（y ＝常数）平行于界面，二者相互垂直。所以，合成波是非均匀平面波；由于合成光场沿y 方向是不随时间变化的稳定驻波场，所以沿y 方向无能量传播；合成光波场沿z 方向是行波，传播的相速度是 倏逝波：沿z 方向透射光场是行波场，相速度与第一介质中的一样。光场集中在y 的很小范围内，好象贴着界面传播，故称为表面波，也称倏逝波，沿y 方向，)cos(00φω+-=kz t E E k v g δδω=⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎪⎬⎫+---=+-=≡-+--=+-=≡⊥⊥⊥i i i i i t i t to ro i i i i t i t i io ro n n n n n n n n n n n n E E r n n n n n n n n E E r θθθθθθθθθθθθθθθθcos )(]sin )[(cos )(]sin )[(cos cos cos cos ]sin )[(cos ]sin )[(cos cos cos cos cos 2122/122122122/122122121//,//,//2/122122/122122121,,⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫-+=≡-+=≡⊥⊥⊥2/1221221212//0//0//2/1221200]sin )[(cos cos 2]sin )[(cos cos 2i i i i t i i i i t n n n n n n E E t n n E E t θθθθθθ）（，，，，⊥⊥=+=+t r t n n r 11//12//i p n c v θβωsin 1==22121//)(n n n n R R R +-===⊥2

2112//)(4n n n n T T T +===⊥

透射光场的振幅随穿透到第二种介质中的距离y 呈指数衰减。而等幅面（y ＝常数）平行于界面，等相面（z=常数）垂直于界面，二者相互垂直。所以，它是非均匀平面波。反射光与入射光在实际界面上的相对位移称为古斯-汉森位移，移动的距离为 6. 掌握光波相干条件。理解薄膜干涉的物理机制和增透膜、增反膜的形成条件。 答：相干光（波）的条件：频率相同、振动方向相同、相位差保持恒定。

物理机制：一束单色光入射到薄膜上，一部分在界面1上反射，另一部分透过界面1在界面2上反射，然后再透过1面而射出。E1、E2平行（因1与2平行），由透镜会聚观察。增透膜：薄膜的光学厚度nd 是四分之一波长的奇数倍。增反膜：单层膜适当选择其厚度可以提高反射率，但R 不能很高。如果用折射率交替变化的多层介质膜构成介质堆则可以制成反射率极高的高反膜。

7. FP 腔的特点和模式谱宽同反射镜反射率之间的关系。 答：特点：2λm L =腔长是半波长的整数倍 m

L m 2=λ腔的谐振波长 f m L c m c νλν==2＝腔的谐振频率 L

c f 2=ν为基模频率 L

c f m m 21==∆νννν－＝＋两相邻模式的频率间隔，自由光谱区 每个模式的光谱与镜面反射率有关，反射率高时，曲线尖锐，谱宽小；反射率低时，部分能量溢出腔外，使曲线比较平滑，谱宽增大。

8. 了解衍射现象产生条件，理解波动光学处理光的衍射的基本方法。了解单缝、

矩形空、圆孔的衍射图案特征和弗朗和费多缝光栅、衍射光栅、闪耀光栅的特点。

答：波前上任何一个未被阻挡的点均被视为次级球面子波(wavelet) 的波源，空间某点光场的振幅是所有子波产生的光场的叠加（下一时刻的波前实际上是由上一时刻次波的包络面所构成）。可以利用该原理解释光的衍射现象。 矩形空：22021)sin ()sin (),(ββαα

θθI I = 1sin 21θαx kd = 2sin 21θβy kd = dx ，dy 为

矩形空的长，宽。

圆孔：如果是圆孔衍射，屏上形成圆形衍射图案，称为爱里环(Airy rings)，中间的亮点叫做爱里斑(Airy disk)，其半径是第一级暗条纹的半径。爱里斑的角半径D λ

θ22.1sin =，d 为直径。

单缝衍射：中央主最大条纹的角宽度是其余衍射条纹角宽度的两倍。夫琅和费衍射条纹的角宽度只与缝宽a 以及波长λ有关。缝越小，衍射角宽度越大，衍射现象也越明显；波长越长，衍射角宽度越大，衍射现象也越明显；如果白光入射，则将得到彩色条纹。

夫琅和费多缝光栅：多缝衍射实际上包含有N 个狭缝之间的干涉效应，因此，多缝衍射的光能量实际上是集中在单缝衍射主瓣范围内的几条对应的干涉主最大上。干涉主最大的方向与波长呈线性关系。可以利用此现象分光。会出现缺级现象。当某一级干涉主最大方向正好与单缝衍射极小的方向重合，则会产生缺级现象。

i i o i n n z θθπλθδtan )sin (tan 22/122221--==∆