中科院長春光機所博士研究生入學考試

《高等光學》考試大綱

一、  考 試 性 質

本高等光學考試是為中國科學院長春光學精密機械與物理研究所招收光學專業和光學工程專業博士研究生而設置的選拔考試。它的主要目的是測試考生對光學理論知識和工程問題的綜合素質，包括對高等光學各項內容的掌握程度和應用相關的理論知識解決實際工程問題的能力?？荚噷ο鬄閰⒓又袊茖W院長春光學精密機械與物理研究所光學專業和光學工程專業考試的考生。

本大綱為考生提供復習指導、劃定考試范圍、指定主要參考書目，其內容為對考生的基本要求。

二、  考試的基本要求

要求考生系統地理解高等光學的基本概念、基礎知識和基本理論，熟悉典型的光學系統，掌握處理光學問題的基本方法，對高等光學在實際中的應用有一定的了解。要求考生具有數學運算能力、空間想象能力、邏輯推理能力，以及綜合運用所學的光學知識構建數學模型，分析和解決光學相關工程問題的能力。

三、  考試方法和考試時間

考試采用閉卷筆試形式，試卷滿分為100分，考試時間為180分鐘。

四、考試內容和考試要求

（一）光的基本電磁理論

考試內容

電磁場的基本方程組（麥克斯韋方程組、物質方程），光的標量波表示，矢量波、各種偏振態的矩陣表示，瓊斯矩陣，光波在介質分界面上的反射和折射，光學薄膜。

考試要求

1. 理解電磁場各物理量的基本概念、相互聯系與物理本質；

2. 理解光波的波動特性，掌握標量場的表示形式、矢量波的表示形式；

3. 掌握平面波、球面波、高斯光的表示，角譜及角譜傳播；

4. 理解全反射、倏逝波的物理圖景；

5. 掌握使用瓊斯矩陣表示各種不同的偏振態；

6. 掌握薄膜的研究方法，尤其是周期性多層膜的設計和功能；

7. 掌握光波、物質的表示方法，并會根據物理模型建立所需解決問題的數學表達式。

（二）光波的疊加與相干性、干涉儀

考試內容

光波的疊加原理，光的相干條件，時間相干性與空間相干性，干涉條紋的定域，部分相干光理論。

考試要求

1. 理解疊加原理、波干涉的物理本質，以及光干涉需要滿足的條件；

2. 理解時間相干性的本質，掌握不同光譜線型對條紋可見度函數的影響；

3. 理解空間相干性的來源，掌握光源尺度及光強分布對條紋可見度函數的影響；

4. 理解各種干涉裝置的結構、原理、表征方法、干涉性能評測的物理參量，根據實際需求，會選擇合適的干涉裝置；

5. 理解干涉條紋的定域特性以及光源的特性對干涉條紋定域的影響；

6. 掌握非單色光的解析表達，理解光場相干性的描述、光場的功率譜和互譜。

（三）標量衍射理論

考試內容

線性系統與線性不變系統，惠更斯－菲涅耳原理，標量衍射理論（菲涅耳衍射、夫瑯和費衍射），典型光學結構的衍射理論處理，光柵衍射（黑白光柵、正弦光柵、閃耀光柵）。

考試要求

1. 掌握線性系統與線性不變系統的表示形式，理解線性不變系統在空域與頻域的物理本質；

2. 熟悉惠更斯-菲涅爾原理，并能理解各項表征的物理意義；

3. 掌握標量場衍射理論，能夠從格林定理出發，給出菲涅爾衍射公式的兩種表示形式，以及夫瑯和費衍射公式，并結合中間條件，理解標量場衍射理論的適用范圍；

4. 熟悉典型光學結構（圓孔、矩形、周期結構等）振幅透過率的數學表示，能夠計算給出典型結構的夫瑯和費衍射；

5. 熟悉菲涅耳衍射的近似計算方法，掌握泰伯效應、巴比涅原理；

6. 掌握周期結構（光柵）的夫瑯和費衍射特點，以及利用這些特點設計相關的光學儀器。

（四）傅里葉變換光學

考試內容

透鏡的位相變換性質，光波場的空間頻譜分析，阿貝成像理論，相干空間濾波，單透鏡成像，相干傳遞函數，光學傳遞函數，全息照相

考試要求

1. 掌握透鏡的位相變換性及其傅里葉變換性質，理解典型光路(2-f,4f光路) 在光學信息處理中的應用；

2. 理解光波的空間頻率分析、阿貝成像理論、相干空間濾波理論，并會利用這些性質進行光學信息處理；

3. 理解衍射受限、單透鏡成像，并會利用相干傳遞函數、光學傳遞函數分析、評價相干光學成像和非相干光學成像系統的性能；

4. 理解波前記錄與波前讀取的基本原理。

（五）晶體光學基礎及晶體光學效應

考試內容

各向異性介質中的極化和介電張量，光學晶體，折射率橢球，單軸晶體中的o光和e光，偏振棱鏡和波片，晶體的電光效應、聲光效應、旋光效應和磁光效應

考試要求

1. 理解各向異性介質的極化和介電張量的物理意義，以及光波各物理參量在各向異性介質中的特點；

2. 掌握光學晶體的對稱性與光學性質的聯系；

3. 理解并掌握折射率橢球，會分析計算單軸晶體中光波的傳播行為；

4. 掌握單軸晶體中o光和e光的本質，并會利用其特點分析、設計波片、偏振器等光學元件；

5. 掌握電光效應（Pockels效應和Kerr效應），并會利用此效應對光信號進行調制；

6. 理解彈光、聲光、旋光和磁光效應，并會分析設計基于這些效應的光學器件（及系統）。

五、主要參考書目

季家镕，《高等光學教程－光學的基本電磁理論》，科學出版社，2007年第一版，以及其后的任何一個版本均可。

編制單位：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所

編制日期：2020年9月