2021年天津大學碩士研究生入學考試考研大綱

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工程光學與光電子學基礎
一、考試模塊劃分方式：
考試內容分為 A、B 兩個模塊，考生可任選其中一個模塊。A 模塊為工程光學，B 模塊
為光電子學基礎。
二、各模塊初試大綱：
（一）考試的總體要求
A 模塊：工程光學
本門課程的考試旨在考核學生有關應用光學和物理光學方面的基本概念、基本理論和實
際解決光學問題的能力。
考生應獨立完成考試內容，在回答試卷問題時，要求概念準確，邏輯清楚，必要的解題
步驟不能省略，光路圖應清晰正確。
（二）考試的內容及比例
考試內容包括應用光學和物理光學兩部分。
“應用光學”應掌握的重點知識包括：幾何光學的基本理論和成像概念、理想光學系統理
論、光學系統中的光束限制、平面和平面系統對成像的影響、像差的基本概念和典型光學系
統的性質、成像關系及光束限制等。具體知識點如下：
1、掌握幾何光學基本定律與成像基本概念，包括：四大基本定律及全反射的內容與現
象解釋；完善成像條件的概念和相關表述；幾何光學符號規則以及單個折射球面、反射球面
的成像公式、放大率公式等。
2、掌握理想光學系統的基本理論和典型應用，包括：基點、基面的主要類型及其特點；
圖解法求像的方法；解析法求像方法（牛頓公式、高斯公式）；理想光學系統三個放大率的
定義、計算公式及物理意義；理想光學系統兩焦距之間的關系；正切計算法以及幾種典型組
合光組的結構特點、成像關系等。
3、掌握平面系統的主要種類及應用，包括：平面鏡的成像特點及光學杠桿原理和應用；
反射棱鏡的種類、基本用途及成像方向判別；光楔的偏向角公式及其應用等。
4、掌握典型光學系統的光束限制分析，包括：孔徑光闌、入瞳、出瞳、孔徑角的定義
及它們的關系；視場光闌、入窗、出窗、視場角的定義及它們的關系；漸暈、漸暈光闌、漸
暈系數的定義；物方遠心光路的工作原理；光瞳銜接原則及其作用；場鏡的定義、作用和成
像關系等。
5、了解像差基本概念，包括：像差的定義、種類和消像差的基本原則；7 種幾何像差
的定義、影響因素、性質和消像差方法等。
6、掌握幾種典型光學系統的基本原理和特點，包括：正常眼、近視眼和遠視眼的定義
和特征，校正非正常眼的方法；視覺放大率的概念、表達式及其意義；顯微鏡系統的結構特
點、成像特點、光束限制特點及主要參數的計算公式；臨界照明和坷拉照明系統的組成、優
缺點；望遠系統的結構特點、成像特點、光束限制特點及主要參數的計算公式；攝影系統的
結構特點、成像特點、光束限制特點及主要參數的計算公式；投影系統的概念、計算公式以
及其照明系統的銜接條件等。
“物理光學”應掌握的重點知識包括：光的電磁理論基礎、光的干涉和干涉系統、光的衍
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射、光的偏振和晶體光學基礎等。具體知識點如下：
1、掌握電磁波的平面波解，包括：平面波、簡諧波解的形式和意義，物理量的關系，
電磁波的性質等；掌握波的疊加原理、計算方法和 4 種情況下兩列波的疊加結果、性質分析。
2、掌握干涉現象的定義和形成干涉的條件；掌握楊氏雙縫干涉性質、裝置、公式、條
紋特點及其現象的應用；了解條紋可見度的定義、影響因素及其相關概念（包括臨界寬度和
允許寬度、空間相干性和時間相干性、相干長度和相干時間等）；掌握平行平板的雙光束干
涉定域面、干涉裝置、干涉條紋的性質和計算公式；掌握楔形平板的雙光束干涉定域面、干
涉裝置、干涉條紋的性質和計算公式；掌握典型雙光束干涉系統（斐索、邁克爾遜）及其應
用；掌握平行平板的多光束干涉條件、裝置、干涉條紋性質與計算。
3、掌握衍射現象定義、衍射系統和分類；掌握矩孔夫瑯和費衍射的光強分布公式和衍
射條紋性質分析；掌握單縫夫瑯和費衍射的光強分布公式和衍射條紋性質分析；了解圓孔夫
瑯和費衍射的光強分布公式和衍射條紋性質分析，成像系統的分辨本領；掌握多縫夫瑯和費
衍射的光強分布公式和衍射條紋性質分析；掌握衍射光柵（平面光柵）方程、特性；了解閃
耀光柵、階梯光柵的方程、特性。
4、掌握自然光、偏振光和部分偏振光的定義、特點，偏振度的定義，能夠產生偏振光
的方法；掌握布儒斯特定律和馬呂斯定律；掌握晶體光學的基本概念（光軸、主平面、主截
面、單軸正負晶體），會用惠更斯原理分析晶體的雙折射現象；掌握各種起偏器、分束器和
波片（l/4 波片、l/2 波片和全波片）的結構、作用和工作原理；了解偏振光的矩陣表示，會
用矩陣方法表示偏振光和配置器件，并求出射光的矩陣；掌握偏振光的變換和測定方法（辨
別偏振光、產生要求的偏振光）；掌握偏振光的干涉原理、裝置、公式、光強分布特性。
考試內容中基本理論、基本知識和基本技能性題目占 80%左右，綜合和實際應用題目
（有一定難度的題目）不超過 20%。
（三）試卷題型及比例
試題類型包括：填空題、是非判斷題、多重選擇題、簡答題、作圖題、計算題等，每年
的試題類型從中選幾類，其中計算題所占比例一般為 40-50%，其他各類題型一般占
60-50% 。試題反映本課程的主要內容和要求，適當均勻分布在上述內容中。
（四）考試形式及時間
考試形式為筆試，考試時間為 3 小時。
（五）參考文獻
[1]《工程光學》第 3 版，郁道銀，機械工業出版社，2011
[2]《工程光學基礎教程》，郁道銀，機械工業出版社，2007
[3]《工程光學復習指導與習題解答（第 2 版）》，蔡懷宇，機械工業出版社，2016
B 模塊：光電子學基礎
（一）考試的總體要求
旨在考查考生是否具備光電子學專業的物理學基礎和主要的專業課知識。其中物理學基
礎的考試內容為《物理光學》課程；專業課為《激光原理》課程。主要考查考生對基本概念
的理解是否正確，是否具備應用物理學原理去靈活解決具體問題的能力，能否簡潔、準確表
達解決問題的過程和結果。
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（二）考試的內容及比例
與物理學基礎相關的考試內容涉及《物理光學》課程；與光電子技術相關的考試內容涉
及《激光原理》課程?？荚噧热菀源箢}為單元，共 10 道大題，任選 5 道大題做答，多選總
分得零。每道大題 30 分。其中《物理光學》5 道大題，《激光原理》5 道大題。每門課程的
詳細考試大綱見附錄。每道大題可以是若干小題的集合，或若干關聯的小問題。主要考查考
生對基本概念的理解是否正確，是否具有應用原理靈活解決具體問題的能力，能否簡潔、準
確表達解題過程和結果。
（三）考試的題型及比例
共 10 道大題，任選 5 道大題做答，多選總分得零。每道大題可以是若干小題的集合，
或若干關聯的小問題。題型包括基本概念考查題，分析論證推導題，計算題等。原則上概念
題比例較大，約占 70~80％。
（四）考試形式及時間
考試形式為筆試，考試時間為 3 小時（或以研究生院公布的為準）。
附錄：
《激光原理》部分
1．激光的基本原理（《激光原理》，（第 6 版），周炳琨編著，國防工業出版社，第
一章）
光的受激輻射基本概念；激光的特性。
2．光學諧振腔與高斯光束（《激光原理》，（第 6 版），周炳琨編著，國防工業出版
社，第二章）
(1)光腔理論的一般問題：光學諧振腔與模(縱模與橫模)的基本概念；共軸球面腔的穩定
性條件；光腔的損耗。
(2)穩定球面腔：對稱共焦腔的自再現模及其行波場及計算。
(3)高斯光束：高斯光束的基本性質；高斯光束 q 參數的變換規律(ABCD 法則)；高斯光
束的聚焦與準直；高斯光束的自再現變換與穩定球面腔；高斯光束模式的匹配。
3．電磁場和物質的共振相互作用（《激光原理》，（第 6 版），周炳琨編著, 國防工
業出版社，第四章）
(1)電磁場和物質相互作用：光譜線加寬和線型函數；自然加寬和碰撞加寬(均勻加寬)；
多普勒加寬(非均勻加寬)；激光器的速率方程。
(2) 連續激光器的增益與工作特性：增益系數與小信號增益；均勻加寬、非均勻加寬及
綜合加寬工作物質的增益飽和特性；連續激光器的工作特性；單模激光器的線寬極限；激光
器的頻率牽引。
4．激光振蕩特性（《激光原理》，（第 6 版），周炳琨編著, 國防工業出版社，第五
章）
(1) 激光器的振蕩閾值和輸出功率和能量。
(2) 弛豫振蕩、線寬極限、頻率牽引。
5．激光器特性的控制與改善（《激光原理》，（第 6 版），周炳琨編著, 國防工業出
版社，第七章）
(1) 選模和穩頻。
(2) 調 Q 與鎖模。
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《物理光學》部分
《物理光學》，（第三版），梁銓廷，電子工業出版社
第一章光的電磁理論
1.1 光的電磁波性質
1.2 平面電磁波
1.3 球面波
1.5 電磁場的邊值關系
1.6 光在兩介質分界面上的反射和折射
1.7 全反射
要求：掌握麥克斯韋方程組與物質方程；平面波、球面波的表達式；玻應廷矢量；光強；
折反射定律；菲涅爾公式在幾種特殊角度下的表達式；布儒斯特角。
第二章光波的疊加和分析
2.1 兩個頻率相同、振動方向相同的單色光波的疊加
2.2 駐波
2.3 兩個頻率相同、振動方向互相垂直的光波的疊加
2.4 不同頻率的兩個單色光波的疊加
要求：
掌握光的疊加原理，掌握同頻率、同振動方向的兩列光波的疊加；
理解頻率相同、振動方向互相垂直、有固定位相差關系的兩光波的疊加，掌握光的五種
偏振態的特性；
領會群速度、相速度的概念，了解光程差、位相差的概念和轉換關系。
第三章光的干涉和干涉儀
3.1 實際光波的干涉及實現方法
3.2 楊氏干涉實驗
3.3 分波前干涉的其他實驗裝置
3.4 條紋的對比度
3.5 相干性理論
3.6 平行平板產生的干涉
3.7 楔形平板產生的干涉
3.8 用牛頓環測量透鏡的曲率半徑
3.10 邁克耳孫干涉儀
要求：
理解獲得相干光的方法，掌握條紋可見度的定義，以及空間相干性、時間相干性和光源
振幅比對條紋可見度的影響；
掌握楊氏干涉的基本原理，干涉條件，熟悉光強分布的計算；
掌握等傾干涉和等厚干涉的條紋特征、光強分布計算；掌握邁克爾遜干涉儀、牛頓環的
基本光路、工作原理及干涉條紋的特性和計算。
第四章多光束干涉與光學薄膜
4.1 平行平板的多光束干涉
4.2 法布里－珀羅干涉儀
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4.3 多光束干涉原理在薄膜理論中的應用
要求：
掌握平行平板多光束干涉的光強分布、干涉規律及應用；
掌握邁克爾遜干涉儀、F-P 干涉儀的基本光路、工作原理及其應用。
第五章光的衍射
5.1 惠更斯-菲涅爾原理
5.3 菲涅爾衍射和夫朗和費衍射
5.4 矩孔和單縫的夫朗和費衍射
5.5 圓孔的夫朗和費衍射
5.6 光學成像系統的衍射和分辨本領
5.8 多縫的夫朗和費衍射
5.9 衍射光柵
要求：
了解標量衍射基本理論，掌握菲涅爾衍射和夫朗和費衍射的近似條件；
掌握矩孔、單縫和多縫夫朗和費衍射的光強分布規律; 掌握光柵的基本原理及相關計算
公式；
掌握圓孔夫朗和費衍射的光強分布規律，理解光學儀器的分辨本領及有關計算。
第七章光的偏振與晶體光學基礎
7.1 偏振光和自然光
7.2 晶體的雙折射
7.3 雙折射的電磁理論
7.4 晶體光學性質的圖形表示
7.5 光波在晶體表面上的反射和折射
7.6 晶體光學器件
7.7 偏振光和偏振器件的矩陣表示
7.8 偏振光的干涉
要求：
掌握偏振光和自然光的差別，熟悉獲得偏振光和檢驗偏振光的方法；
熟悉雙折射的電磁理論、單軸晶體和雙軸晶體的光學性質及其圖形表示，光波在晶體中
傳播的幾何法描述；
平面光波在各向異性媒質界面上的反射和折射；
偏振器和補償器的原理和應用；
偏振光的瓊斯矢量和偏振器件的瓊斯矩陣表示法；
偏振光的干涉原理及會聚光的偏光干涉花樣特點。
（五）參考書：
[1]《物理光學》，（第三版），梁銓廷，電子工業出版社
[2]《物理光學學習指導與題解》，劉翠紅編著，電子工業出版社
[3]《物理光學與應用光學》，（第二版），石順祥編著，電子科技大學出版社