高等光学
《高等光学》课程教学大纲
《高等光学》课程教学大纲《高等光学》课程教学大纲一、中文课程简介（含课程名、课程编号、学分、总学时、课程内容概要等内容））课程名称：高等光学课程代码：学分：3 总学时：48 课程内容概要：本课程主要为需要深入学习经典和近现代光学知识的研究生开设，属于专业基础课。
本课程以光的电磁理论为主轴，系统地介绍了光学的基本概念和知识，内容涉及广泛，理论分析深刻，大体涵盖了现代光学各个分支的基本内容。
二、英文课程简介（含课程名、课程编号、学分、总学时、课程内容概要等内容））Course Name: Advanced Optics Course Code:Credits: 3 Total class hours: 48 Course content summary: This course is mainly for graduate students who need to deeply study classic and modern optical knowledge, which belongs to professional basic course. Based on the electromagnetic theory of light, this course systematically introduces the basic concepts and knowledge of optics, covering a wide range of contents and profound theoretical analysis, covering the basic contents of various branches of modern optics. 三、教学目标《高等光学》课程属于基础光学的后续课程，含有更多的物理概念及更深入的数学推导，理解物理概念和掌握数学推导，对于培养学生的而逻辑思维能力和分析、解决问题的能力大有益处，通过本课程学习，有助于培养学生对高等光学知识的理解和提高前沿光学文献知识的阅读和理解能力，激发学生的科研兴趣。
高等光学教学大纲
高等光学教学大纲高等光学教学大纲光学作为物理学的一个分支，研究光的传播、干涉、衍射、偏振、吸收等现象及其与物质的相互作用。
在现代科学技术的发展中，光学扮演着重要的角色。
高等光学教学大纲旨在为学生提供系统的光学知识，培养学生的光学思维和实验技能，为他们在科学研究、工程技术和教学等领域做好充分准备。
一、光的本质和传播在这一部分，学生将学习到光的本质和传播的基本原理。
首先，介绍光的波动性和粒子性，并通过实验观察光的衍射和干涉现象来验证这些理论。
其次，学生将学习到光的传播速度、光的折射和反射等基本规律，并掌握用光的传播规律解决实际问题的方法。
二、光的干涉和衍射在这一部分，学生将深入学习光的干涉和衍射现象。
首先，介绍光的干涉现象及其应用，如杨氏双缝干涉、牛顿环干涉等。
通过实验，学生将亲自观察和分析干涉条纹的形成和变化规律。
其次，学生将学习到光的衍射现象及其应用，如单缝衍射、多缝衍射等。
通过实验，学生将探究衍射的规律和特点，并掌握利用衍射解决实际问题的方法。
三、光的偏振和吸收在这一部分，学生将学习光的偏振和吸收现象。
首先，介绍光的偏振现象及其应用，如偏振片的原理和使用等。
通过实验，学生将探究偏振光的性质和偏振片的工作原理。
其次，学生将学习光的吸收现象及其应用，如吸收光谱和吸收系数等。
通过实验，学生将分析物质对光的吸收规律，并掌握利用吸收光谱解决实际问题的方法。
四、光的相干和激光在这一部分，学生将学习光的相干和激光现象。
首先，介绍光的相干性及其应用，如干涉仪的原理和使用等。
通过实验，学生将观察和分析相干光的干涉现象，并掌握利用相干光解决实际问题的方法。
其次，学生将学习激光的基本原理和特点，并了解激光在科学研究、医学、通信等领域的应用。
五、光的散射和色散在这一部分，学生将学习光的散射和色散现象。
首先，介绍光的散射现象及其应用，如雷利散射和拉曼散射等。
通过实验，学生将观察和分析散射光的特点和规律，并掌握利用散射光解决实际问题的方法。
关于高等光学心得体会推荐
关于高等光学心得体会推荐对《高等光学》——光的经典相干性的肤浅理解及学习感受我对高等光学这门课程的理解比较片面，下面沿用吴老师课堂上讲述的内容来谈谈对这门课程的理解，以及对学习这门课程的一些感悟。
“高等光学”这门课程正如吴老师所说，它是一个大篮子，具有很强的学科性，其理论基础与创造性思维紧密相关；作为一门专业基础课，具有理论深度和科学哲理。
因其理论性比较强，与实际结合起来可以更好地理解这门课程。
吴老师主要讲述的是光的相干性，那我首先谈一点我对光的相干性的理解。
关于光的相干性问题是物理光学中一个十分重要的基本问题, 它是正确掌握光的干涉和衍射现象的切匙。
谈光的相干性问题，不得不谈一下光的干涉现象。
所谓光的干涉现象,是指两列或几列光波在空间相遇时相互叠加, 在某些区域始终加强,在另一些区域则始终削弱, 形成稳定的强弱分布, 显示出一定的图案，干涉条纹等的现象,也即对于空间某处来说, 干涉叠加后的总光强不一定等于分光束光强的叠加, 而可能大于、等于或小于分光束的光强。
能满足振动方向相同、频率相同以及初相位‘或相位差’恒定这三个条件的波，就能产生干涉现象, 称为相干波。
水波或声波这类机械波，比较容易满足上述三个条件，因而也就容易实现波的干涉。
对光的研究，往往是在光场下研究的。
光在光场中具有时间相干性和空间相干性，时间相干性主要表征在同一空间点不同时刻光场的相干程度；而空间相干性主要表征在同一时刻不同空间点光场的相干程度。
这些是我对光的相干性的肤浅的理解，有许多不足，希望得到老师的批评指正。
其次，简单的谈谈对高等光学这么课程的学习如果没有吴老师讲的“概率论基础”、“随机过程”等数学基础知识，直接就将高等光学的内容，恐怕我根本就听不懂后面讲的是什么内容。
吴老师把理论和实际相结合，不但使我们学习了理论知识，还引领我们，朝着科研这条路走。
补充的“光波场的角谱表述”、“大气湍流与光束传播”，让我从一头雾水中醒悟过来，猛然觉得高等光学变得简单了些。
高等光学
中科院长春光机所博士研究生入学考试《高等光学》考试大纲一．考试大纲的性质本《高等光学》考试大纲适用于中国科学院长春光机所博士研究生入学考试。
考试大纲为考生提供复习指导、划定考试范围、指定参考书目，其内容为对考生的基本要求。
二．考试内容高等光学的考试范围包括光学专业硕士阶段光学课程的基本内容，主要有以下几个方面：1、光的基本电磁理论电磁场的基本方程组，标量波，矢量波，光的各种偏振态及其矩阵表示，光波在介质分界面上的反射和折射，光学薄膜。
2、光波的叠加与相干性，干涉仪光的相干条件，时间相干性与空间相干性，干涉条纹的定域，部分相干光理论，各种干涉仪器。
3、标量衍射理论惠更斯－菲涅耳原理，基尔霍夫衍射理论，标量衍射理论公式的近似（菲涅耳衍射、弗朗禾费衍射），光栅衍射（黑白光栅、正弦光栅、闪耀光栅）。
4、傅里叶变换光学光波场的空间频谱分析，相干光学系统中透镜的相位变换和成像，阿贝成像理论，光学传递函数，全息照相。
5、晶体光学基础及晶体光学效应各向异性介质中的极化和介电张量，折射率椭球，单色平面波在晶体中的法线面和光线面，晶体光学的几何作图法，单轴晶体中的o光和e光，偏振棱镜和波晶片，晶体的电光效应（泡克尔斯效应、克尔效应）和磁光效应（法拉第效应），电光效应和磁光效应的应用。
三．考试要求要求考生具有光学专业硕士的基础知识，熟悉高等光学的基本理论和研究方法，并对高等光学在实际中的应用有一定的了解。
具体要求参见“考试内容”部分。
四．参考书目季家镕，高等光学教程－光学的基本电磁理论，2007年第一版，科学出版社编制单位：中国科学院长春光机所编制日期：2010年8月5日。
高等光学1章
高等光学ADV ANCED OPTICS高等光学是综合性大学、工科院校和高等师范院校近代光学、信息光学、激光、光电子等专业研究生和大学高年级的必修课，它是从事光学和光电子领域科学研究和产品开发人员必须的理论基础。
其主要内容一般包括傅立叶光学、部分相干光理论、光学全息及光信息处理、晶体光学、金属光学、导波光学、统计光学，以及电光、磁光和声光效应等。
限于本课程的课时限制，我们准备主要讲授傅立叶光学、部分相干光理论的内容，如果时间允许也可能讲授晶体光学的主要内容。
至于其它内容，有关的专业课将会专门讲授。
本课程的主要内容讲授拟分八章。
第一章：数学预备知识；第二章：二维傅立叶分析；第三章：衍射理论基础；第四章：菲涅耳衍射、夫琅和费衍射；第五章：透镜的傅立叶变换特性与成象性质；第六章：成象光学系统的传递函数；第七章：部分相干光理论；第八章：晶体光学。
主要参考书①黄婉云，傅立叶光学教程，北师大出版社，1984②羊国光，宋菲君，高等物理光学，中国科大出版社，1991③J. W. Goodman, 詹达三译，傅立叶光学导论，科学出版社，1976④朱自强等，现代光学教程，四川大学出版社，1990⑤卞松玲等，傅立叶光学，兵器工业出版社，⑥蒋秀明等，高等光学，上海交大出版社⑦M. 波恩，E. 沃耳夫，光学原理，科学出版社，1978⑧吕乃光等，傅立叶光学基本概念和习题⑨谢建平等，近代光学基础，中国科技大学出版社，1990⑩赵建林，高等光学，国防工业出版社，2002第一章：数学预备知识为了方便后面的学习，我们复习一下有关的数学知识。
§1-1 几个常用函数一、 矩形函数（rectangle function ）1、一维矩形函数表达式为：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧>-≤-=-21||021||1)(rect 000a x x a x x a x x其函数图形为：当x 0=0，a =1时，矩形函数为：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧>≤=21||021||1)(rect x x x [此时rect(x )=rect(-x )]其图形为2、二维矩形函数表达式为：000000111||,||22rect()rect()110||,||22x x y y x x y y a b x x y y a b a b --⎧≤≤⎪--⎪⋅=⎨--⎪>>⎪⎩其函数图形为：二维矩形函数可以用来描述屏上矩形孔的透过系数。
高等光学教程-第5章-参考答案
第五章 部分相干光理论5.1 证明解析信号的实部u 和虚部u 之间互为希尔伯特变换，即它们之间有下面的关系()t u t r ()()t i ()()⎰∞∞--=ξξξπd )(P.V.1)()()(t u t u r i ， ⎰∞∞---=ξξξπd )(.P.V 1)()()(tu t u i r证明：（1）由(5-10)式，解析函数的实部()()0()2Re ()exp(2)d r r u t j t νπνν∞⎡=-⎢⎣⎦⎰U ⎤⎥t （5.1-11）而，比较以上两式，可见有关系式)](Re[)()(t t u r u = （5.1-13）⎰∞-=0)(d )2exp()(2)(νπννt j t r U u 上式可表示为 （5.1-18）⎰∞∞--+=νπνννd )2exp()()sgn 1()()(t j t r U u 又因为 ()()exp(2)d t j νπνν∞-∞=-⎰u U所以有 ()()(1sgn )()r νν=+U νU )r （5.1-19）对上式两边取傅里叶逆变换11()1()()11((){()}{()}{(sgn )()}(){sgn )}{()}r r r t u t ννννν-----==+=+*u U U U U F F F F F ν上式中 1{sgn }jtνπ-=-F 再利用卷积定义⎰⎰∞∞---=*=*ηξηξηξd d ),(),(y x f g f g g f 令 t j f π-= ， )()(t j t f -=-ξπξ ， ， )()(t u g r =)()()(ξξr u g =所以 ⎰∞∞--+=ξξξπd )(..)()()()(t u V P jt ut r r u （5.1-22）可见 ⎰∞∞--=ξξξπd )(..1)()()(t u V P t ur i（2）参考教材中（5.1-10）式的推导过程，对于解析函数的虚部有下式成立（P5.1-1）⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-=⎰∞)()(d )2exp()(Re 2)(νπννt j t ui i U)](Re[)()(t j t u i u -= （P5.1-2）比较（P5.1-1）和（P5.1-2）式，得到⎰∞-=-0)(d )2exp()(2)(νπννt j t j i U u所以⎰∞-=0)(d )2exp()(2)(νπννt j j t i U u )()sgn 1()()(νννi j U U +=对上式两边取傅里叶逆变换得)}(){sgn )}({)}({)()(1)(11ννννi i j j t U U U u ---+==F F F)()}({}{sgn )()(11t ju j i i +*=--ννU F F )(d )(..1)()(t ju tu V P i i +--=⎰∞∞-ξξξπ所以 ⎰∞∞---=ξξξπd )(..1)()()(t u V P t ui r5.2 考察用宽带光作杨氏干涉实验(1) 证明观察屏上的入射光场可表示为⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎪⎭⎫ ⎝⎛-=c r t P t c r t P t t Q 222111,d d ,d d ),(u K u K u 其中 iii i i i i i cr A s cr πθπθ2)(d 2)(k k K ≅=⎰⎰个针孔第 2,1=i 而为第个针孔的面积。
高等光学课件 第二讲
由拉格朗日表述的基本方程式可以导出光线轨迹（ 由拉格朗日表述的基本方程式可以导出光线轨迹（对应 力学中位置）及方向（对应力学中的动量）关系式。 力学中位置）及方向（对应力学中的动量）关系式。 如果将方程式(1.3-4)中的 Ｌ代入方程式 中的 代入方程式(1.3-5)，则得到 如果将方程式 ，
& d nx [ ] = (1 + x 2 + y 2 )1 2 ∂n & & 2 2 12 & & dz (1 + x + y ) ∂x
(1.3-7)
简化为： 简化为：
d dx ∂n (n ) = ds ds ∂x
同样， 的分量为： 同样，可以得到 y 和 z 的分量为：
∂n d dy (n ) = ds ds ∂y
d dr ( n ) = ∇n ds ds
d dz ∂n (n ) = ds ds ∂z
(1.3-8)
方程式(1.3-7)和(1.3-8)可以合成为如下的矢量方程式 ： 和 方程式 可以合成为如下的矢量方程式 (1.3-9) 这就是通常所说的光线方程式 这就是通常所说的光线方程式，式中的 r表示光线上任意点 光线方程 表示光线上任意点 位置矢量 矢量， 微商是该点的方向 的位置矢量，对ds微商是该点的方向。 微商是该点的方向。 在大多数情况下，解方程式 是困难的。 在大多数情况下，解方程式(1.3-9)是困难的。然而，如果 是困难的 然而， 轴形成较小夹角的范围内， 将光线限制在与 z轴形成较小夹角的范围内，则有 ≅dz ， 轴形成较小夹角的范围内 则有ds≅ 大多数应用情况是满足的， （大多数应用情况是满足的，即 dx, dy→ 0 ）， 光线方程式将简化， 光线方程式将简化，变成
2237 《高等光学(信息光学)》
2010年博士《高等光学(信息光学)》考试复习大纲
第一部分考试说明
一、考试性质
高等光学是我校光学专业博士生入学考试可以选择的专业基础课之一，目前的主要内容是傅立叶光学。
它的评价标准是高等学校优秀硕士毕业生所能达到的水平，以保证被录取者有良好的光学理论基础。
二、考试形式与试卷结构
1．答卷方式：闭卷、笔试
2．答题时间：180分钟
3．题型：证明和计算
4. 参考书目：
吕乃光，傅立叶光学，机械工业出版社
第二部分考查要点
一、线性系统
1. 线性不变系统
2. 抽样定理
二、标量衍射理论
1. 基尔霍夫衍射理论
2. 角谱理论
3. 菲涅耳衍射
4. 夫琅和费衍射
5. 衍射光栅
三、透镜的傅立叶变换
1. 透镜的位相调制作用
2. 透镜的傅立叶变换性质
3. 频谱分析系统
四、光学成像系统性质
1. 透镜的成像性质
2. 相干成像系统的频率响应
3. 非相干成像系统的频率响应
4. 像差对传递函数的影响
5. 光学链
五、部分相干理论
1.光场相干性的一般概念
2.互相干函数和复相干度
3.相干度的测量
4.傅立叶变换光谱仪
5.准单色光的干涉
6.准单色光的传播和衍射
7.范西特－泽尼克定理
8.部分相干场中透镜的傅立叶变换性质
9.部分相干光成像
六、光学全息
1. 基元全息图分析
2. 傅立叶变换全息图
3. 全息图的衍射效率
4. 全息图的应用
七、空间滤波和光学信息处理
1. 相干滤波原理
2. 振幅和位相滤波
3. 滤波的应用。
(2039)《高等光学》考试大纲-西北工业大学
（2039）《高等光学》考试大纲
考试内容：
1.光的电磁理论基础（光波在均匀各向同性介质中的传播、反射、折射、全反射、色散）；
2.波导光学理论基础（光波在有界空间的传播规律）；
3.晶体光学理论基础（光波在各向异性介质中的传播规律）；
4.光的干涉与相干性理论；
5.光波衍射与成象分析，传递函数；
6.光线光学基础；
7.统计光学基础。
参考书目：
1.赵建林编著，《高等光学》国防工业出版社 2002
2.陈军编著，《现代光学及技术· 电磁篇》浙江大学出版社 1996
3.羊国光，宋菲君编著，《高等物理光学》中国科学技术大学出版社 1989
4.M. Born & E. Wolf，《Principles of Optics》
5.A.K.伽塔克，K.谢伽拉扬著，袁一方等译，《近代光学》高等教育出版社 1987。
高等光学考试试题
高等光学考试试题一、选择题（每题 3 分，共 30 分）1、以下哪种现象不属于光的干涉？（）A 肥皂泡上的彩色条纹B 雨后路面上的油膜呈现彩色C 小孔成像D 增透膜2、一束自然光通过两个偏振片，若两偏振片的偏振化方向之间的夹角由 0°逐渐增大到 90°，则透过两偏振片的光强将（）A 逐渐减小到零B 逐渐增大C 先增大后减小D 先减小后增大3、在双缝干涉实验中，用波长为λ的单色光照射，双缝间距为d，屏到双缝的距离为 D，则相邻明条纹的间距为（）A λD/dB dλ/DC λd/DD Dλ/d4、光在真空中的速度为 c，在折射率为 n 的介质中，光的速度为（）A cnB c/nC n/cD c n5、对于单缝衍射，当缝宽变窄时，衍射条纹（）A 变窄B 变宽C 不变D 消失6、下列哪种光学仪器是利用光的折射原理制成的？（）A 平面镜B 凸透镜C 凹面镜D 凸面镜7、光从空气射入水中，入射角为 45°，折射角可能为（）A 30°B 45°C 60°D 90°8、一束平行光垂直照射在一个光栅上，如果光栅常数为 d，衍射角为θ，那么第 n 级主极大的条件是（）A dsinθ ＝nλB dcosθ ＝nλC dtanθ ＝nλD d/λ ＝nsinθ9、以下哪种光不是偏振光？（）A 自然光经过偏振片后的光B 反射光C 激光D 月光10、在迈克尔逊干涉仪中，如果移动可动反射镜，使干涉条纹移动了 1000 条，若所用光波波长为 600nm，则可动反射镜移动的距离为（）A 03mmB 06mmC 3mmD 6mm二、填空题（每题 3 分，共 30 分）1、光的三原色是_____、＿____、＿____。
2、光程差等于_____之差。
3、发生全反射的条件是光从_____介质射向_____介质，且入射角_____临界角。
4、一束光强为 I0 的自然光垂直通过一个偏振片后，光强变为_____。
高等光学教程参考答案
高等光学教程参考答案高等光学教程参考答案光学是一门研究光的传播和性质的学科，涉及到光的产生、传播、干涉、衍射、偏振等多个方面。
在高等光学教程中，学生需要掌握各种光学理论和实验技巧。
下面将为大家提供一些参考答案，希望能够帮助大家更好地理解和掌握光学知识。
1. 什么是光的干涉？光的干涉是指两束或多束光波相互叠加而产生的干涉现象。
干涉可以分为两种类型：构造干涉和干涉条纹。
构造干涉是指两束光波在空间中相遇并叠加形成明暗交替的干涉图案。
干涉条纹是指两束光波在光屏上产生的明暗条纹，用以描述光波的相位差。
2. 什么是光的衍射？光的衍射是指光波通过一个有限孔径或障碍物时，光波的传播方向发生偏离并呈现出一定的分布规律。
衍射现象是光的波动性质的重要体现。
光的衍射可以通过菲涅尔衍射和菲拉格衍射来进行描述和分析。
3. 什么是光的偏振？光的偏振是指光波中的电场矢量沿特定方向振动的现象。
偏振光是指只沿一个方向振动的光。
光的偏振可以通过偏振片来实现，偏振片可以选择性地通过或阻挡某个方向的光振动。
4. 什么是光的折射？光的折射是指光波从一种介质传播到另一种介质时，光波传播方向的改变现象。
光的折射遵循斯涅尔定律，即入射光线和折射光线的折射角和入射角之间的正弦比等于两种介质的折射率之比。
5. 什么是光的反射？光的反射是指光波从一个介质传播到同一介质中另一个方向上的现象。
光的反射遵循反射定律，即入射角等于反射角。
6. 什么是光的散射？光的散射是指光波与物质微粒或表面不规则结构相互作用而改变传播方向的现象。
散射可以分为弹性散射和非弹性散射。
弹性散射是指光波与物质微粒发生碰撞后，光波的能量和频率不发生改变。
非弹性散射是指光波与物质微粒发生碰撞后，光波的能量和频率发生改变。
7. 什么是光的吸收？光的吸收是指光波被物质吸收而转化为其他形式的能量，如热能。
光的吸收取决于物质的性质和光波的频率。
8. 什么是光的色散？光的色散是指光波在不同介质中传播时，不同频率的光波传播速度不同的现象。
高等光学
A0 r2 kr 2 E r, z exp exp i kz z W 2 z W z 2 R z
2 z0 R z z 1 2 z
单个电偶极子振荡形成的电场分布
2.2 球面波、柱面பைடு நூலகம்和高斯波
2、柱面波
将拉普拉斯算子改写为柱坐标下的形式，并且假定我们所求的波函 数形式里面只具有柱坐标下半径r的分量，与方位角以及z向无关， 则亥姆霍兹方程变为： 2 E r 1 E r 2 k E r 0 2 r r r
2.2 球面波、柱面波和高斯波
1、球面波
球面波的产生：球面波是由大量的电偶极子在一个小的空间范 围内宏观上随机取向振荡而产生的，由于不同的原子构成的电 偶极子在振动频率、相位、振 动方向上均不相同，所以尽管 单个偶极子振荡辐射单色线偏 光，但宏观上球面波是自然光， 并且具有较大的频率范围，及 没有固定的相位特性，是非偏 振光
得到k与E垂直 由麦克斯韦方程组第一项， 1 B 单色光 i E B E k E t 得到E与B垂直
1 k B k k E 0
得到k与B垂直
E、B、k相互正交，构成 右手螺旋关系
上式可以整理成为一个贝塞尔函数，使用贝塞尔函数在自变量趋向于无 穷大时的渐进表达式：
J v r r
2 r
1/ 2
v cos r 2 4
E0 r E0 r
可以得到对应于柱面波的解：
E E r E r
高等光学教程-第1章参考答案
(A1-1)
U1 U2 U U1 U2 U1 U2 v v t t t t t
2U t2
v2
2U 1 2
v2
2U 2 2
(A1-2)
将(A1-1)、(A1-2)式代入波动方程的左边，显见
1.4 在光学中场量 E (r , t ) 和 H (r , t ) 的表示方法有许多种， 分别推导采用以下三种表示方法时 平均光强的计算公式。 (1) 设场量表示为 E (r , t ) E 0 (r )e j t ， H (r , t ) H 0 (r )e j t (2) 设场量表示为 E (r , t )
高等光学教程第1章参考答案高等光学教程课后答案高等光学教程答案高等光学教程季家镕高等光学教程高等光学赵建林答案高等光学高等光学仿真高等光学仿真pdf高等光学赵建林
第一章 光的基本电磁理论
1.1 在非均匀介质中，介电系数 ( r ) 是空间位置的函数，波动方程有下面的形式
2 E (r )
设 令 则有
f1 f2 ( r U ) ( r f1 ) ( r f 2 ) f1 r f2 r r r r r r f1 f 2 U1 U1 U 2 U 2 r r
2 (rU ) r2
f1 f 2 U 1 1 U 1 2U 1 U 2 1 U 2 2U 2 2 2 r r r r 2 r r 2
对照第一章表 1-3，它是一个快轴沿 x 轴或 y 轴的 1 2 波片。
（2）
1
Etx 1 1 0 1 1 1 E 出射光为一左旋圆偏振光 2 j 2 0 j 1 ty
高等光学
其中包括激光原理，强光源器件理论（半经典理论），传播部分 为波动，发射与吸收部分为光量子理论 。 ❖ 色度学：光谱亮度分布应用理论，颜色理论。
E E1 E2
E dl
B d
t
（2）
（2）式意义：电场强度沿任意闭合曲线的线积分为回路中磁通量随时间变化率的负值。
传导电流所激发的磁场（ 涡旋场）： 变化的电场产生磁场（ 涡旋场）：
B1 d
0
B2 d 0
B d 0 （3）
(3)式意义：任何磁场中通过任意闭合曲面的磁通量为零。
前言
❖ 光学是物理学的基本内容，物理学的发展每一个阶段与光学 密切相关。在传统物理学中，光的传播理论和波动理论与经 典力学、电磁学构成物理学的主体。现代物理学中，光的粒 子性在量子理论和相对论对人们研究微观物质和宏观世界发 挥着重要作用。
❖ 光学技术在各个重大科技发展阶段均发挥重要的推动作用。 （目前最活跃的学科与技术是电子、材料、生命和光学）
无论从理论上或应用技术角度出发，从事物理学或光学技 术的人员都应对光学基本理论有较深的了解。
一、光学的基本理论
光的两种属性：波动性和粒子性
相应的光学两种基本理论
① 波动理论（电磁波） 经典光学理论（麦克斯韦电磁场理论为基础）→研究传统光学→解决光 传输、成像问题 →主要应用于宏观体系；由于光波是一种频率非常高的 电磁波，人眼及光学仪器测量的信息是光强，光学的研究内容与普通电 磁波有区别；同时考虑到应用上的要求与特点，在一定近似情况下，有 相应部分应用技术内容（几何光学）。
高等光学习题
高等光学思考题和习题一、光的电磁理论、傅里叶分析（一）思考题1.1.指出周期函数和非周期函数的频谱有何区别，实函数和偶函数的频谱有何特点，原函数的有效宽度和频带宽度之间的关系。
1.2. 光场按线性系统的本征函数展开的物理意义及其好处？分别写出坐标算子x 和梯度算子-i ∇的本征解和正交性（分连续和分立两种情形）。
1.3. 光场用复数表示的好处及其适用条件？1.4. 解释空间频率、角谱以及光场用平面波角谱展开的物理意义。
如何理解衰逝波(非均匀平面波)和全反射的古斯-汉欣位移?1.5. 平面波的波矢k 是复数时表示何物理意义? 在什么情况下k 是复数?1.6.如何理解点源含有最丰富的信息，平面波不带任何信息？(二)习题:1.1.证明平面波的平均能流密度为<>=* S E r H r 1200Re(()()]式中E 0(r)和H 0(r)分别是电矢量和磁矢量的振幅。
1.2.求准单色波列的频谱.1.3.求准单色光振动f t A t t j t ()exp[()]exp[()]=--+022002τπνϕ的频谱分布。
1.4.证明近轴近似下的球面波的空间频谱F T j k z x y j z j z f f x y .{exp[()]}exp[()]22222+=-+λπλ1.5.证明两个高斯函数的卷积仍然是高斯函数。
1.6.证明两个洛伦兹函数的卷积仍然是洛伦兹函数。
二.标量衍射理论. 成像系统的频谱分析（一）思考题:2.0.什么叫标量衍射理论? 条件, 适用范围? 并简要说明理由。
2.1.说明卷积的展宽性质和谱函数的性质及其光学意义。
2.2.说明按平面波展开的衍射积分公式的物理意义并将公式写成入射波和某个函数的卷积形式, 该函数的的物理意义是什么？在自由空间中，点扩展函数，传递函数，本征函数和本征值之间是怎样的关系？2.3.说明衍射光栅的三要素和光栅光谱仪的三个指标的意义, 光栅光谱仪与F-P光谱仪的异同。
高等光学教程-第3章-参考答案
高等光学教程--第三章参考答案第三章光学薄膜的基本知识3.1 证明在TM 波入射的情况下单层膜的特征矩阵为=22sin cos sin cos j q jq ββββ⎛⎫- ⎪⎪⎪-⎝⎭M式中=2q 220cos /θμεn，其它参数及图示参考§3.1节中图3-2。
图p3-1解答: 模仿教材§3-1中推导TE 波入射情况下求特征矩阵所用的方法。
在界面I 处： 2II 2I 1I 1I I cos cos cos cos θθθθrt r i E E E E E '-=-= (p3.1-1) II I I I I rt r i H H H H H '+=+= (p3.1-2) 由非磁性介质中E 和的关系式H E s H ⨯=n 0με (p3.1-2)式化为 )()(II I 20I I 100I rt r i E E n E E n H '+=-=μεμε (p3.1-3) 在界面II 处： 3II 2II 2II II cos cos cos θθθt r i E E E E =-= (p3.1-4)II II II II t r i H H H H =+= (p3.1-5)由(p3.1-3)式，(p3.1-5)式化为II 30II II 200II )(t r i E n E E n H μεμε=+=(p3.1-6) 两个界面上的电矢量有关系式II tI II II j i j r r E E eE E eββ-⎧=⎪⎨'=⎪⎩ (p3.1-7)(p3.1-8)由(p3.1-7)和(p3.1-8)两式，(p3.1-4)、(p3.1-6)两式化为II tI 2I 2II2tI I cos cos (p3.1-9)(p3.1-10)()j j r j j r E E e E e H E e E e ββββθθ--'⎧=-⎪⎨'=+⎪⎩由(p3.1-9)和(p3.1-10)两式解出tI 2II 2II cos E E θ⎫=⎪⎪⎭H + (p3.1-11) 和 βθμεμεθj re n E n H E --='220II 20II 2II cos 2cos (p3.1-12)将(p3.1-11)、(p3.1-12)式代入(p3.1-1)式，并令有 II 2II 1sin cos H q j E E ββ-=(p3.1-13) 22q =用同样的方法得到II II 2I cos sin H E jq H ββ+-= (p3.1-14)由(p3.1-13)和(p3.1-14)式⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡II II 22I I cos sin sin cos H E jq q jH E ββββ ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡--=ββββcos sin sin cos 22I jq q j M∴式中 2202cos θμεn q =3.2 如图p3-2所示，有一单层介质膜，入射光由折射率为的介质经过界面I 、单层膜及界面II 后进入折射率为 的衬底，入射光在界面I 和界面II 一次反射的振幅反射率分别为和，一次透射的振幅透射率分别为和。
高等光学课件cxr__第9讲
该波片的Jones矩阵（在原主轴系中表示）
cosl / 2 j sin l / 2 Jl j sin / 2 cos / 2 l l
半波电压——
Vl
0 c ( 8.7kV , 0 633nm) 3 3 no 63 2no 63
对称群
，负单轴晶体，电光张量为
无外场时，对KDP有：
(0) (
1 1 1 T , , , 0 , 0 , 0 ) 2 2 no no ne2
存在外电场时
0 0 0 0 0 0 0 0 E x 0 0 0 0 ( Ew ) KDP Ew Ey 0 41 E x 41 0 E 0 41 0 z 41 E y 0 63 0 63 E z
T 设外加电场的方向沿着z轴，即： Ew (0,0,E)
2
ˆ k // E 纵向电光效应 —— 0 w
(In2O3+SnO2)——氧化铟锡
该“波片”给光波两个D引入的附加相位差为：
l (n' y n' x )
c
dz
c
3 no 63 E z d z
c
3 no 63V l
由于Γl V , 可见该波片是一个 可控的波片。
I ' 1 I 0 (1 sin l ) 2
设外加电压为一正弦信号，两个偏振分量的相为差为：
则有：
例2：KDP横向效应+线偏器
两个分量之间的相位差为：
d 表示晶体在外加电场V 方向上的厚度。上式表明 而在纵向振幅调制情形中φ 与 L无关。 横向振幅调制中光入射表面与电极所在表面是分开的，不象纵向 调制中电极的存在对入射光的输入有影响。由此看来在进行振幅 调制时采用横向调制比纵向调制更为合理。