Вопросы для подготовки к экзамену. 1. Оптический диапазон длин волн

по курсу «ОПТИКА»

1. Оптический диапазон длин волн. Уравнение плоской монохроматической волны в разных формах записи. Основные характеристики волны (амплитуда, частота, фаза, начальная фаза, длина волны, волновой вектор, волновое число). Понятие волнового фронта. Понятие фазовой скорости. Основные соотношения между векторами E, H и k в электромагнитной волне. Уравнение сферической волны. Плотность потока энергии, интенсивность света. Зачем нужно усреднение? Как от уравнения волны перейти к уравнению колебаний?

Что такое групповая скорость света? Что она характеризует? При каких условиях вводится эта характеристика? Получить формулу Рэлея – связывающую групповую и фазовую скорости.

2. Понятие поляризации света. Виды поляризации. Представление света с той или иной поляризацией в виде суперпозиции 2-х линейно поляризованных волн (без вывода). При какой разности фаз и каком соотношении между амплитудами линейно поляризованных волн можно смоделировать свет с круговой поляризацией, эллиптически поляризованный свет, естественный свет.

3. Принцип действия призмы Николя. Принцип действия поляроидных плёнок. Что такое главное направление поляризатора? Условное обозначение поляризатора. Как из естественного света получить свет с круговой поляризацией? Устройство и принцип действия пластинки в четверть волны. Что, как и почему она делает со светом? Устройство и принцип действия компенсатора. Как отличить свет с круговой поляризацией от естественного? Как отличить эллиптически поляризованный свет от частично поляризованного?

4. Отражение и преломление волн на границе раздела 2-х диэлектриков. Как учесть поляризацию света и зачем это нужно делать? Зачем вводят понятия параллельной и перпендикулярной компонент? Что это такое?

Записать граничные условия для параллельной и перпендикулярной компонент. Получить формулы Френеля для нормального падения света на границу. Вывод формул Френеля для параллельной и перпендикулярной компонент при . Как перейти от Формул Френеля к расчёту интенсивностей отраженной и преломленной волны.

5. Получить соотношение между интенсивностями падающей, отраженной и преломлённой волны. Энергетические коэффициенты отражения и пропускания света, их физический смысл. Зависимости . Угол Брюстера. Частично поляризованный свет. Степень полязации. Когда происходит скачок фазы отражённой волны (при ) и какова его величина?

Естественный свет падает на границу раздела 2-х диэлектриков – как будет изменяться степень поляризации отражённой волны при изменении угла падения света и откуда это следует? Свет с круговой поляризацией падает на границу раздела двух диэлектриков. Угол падения . Как и почему будет поляризована отраженная волна?

6. Полное внутреннее отражение света. Графики для случая . Комплексный характер формул Френеля при углах падения . Записать общий вид формул Френеля при углах падения . Что это означает, к чему и когда может приводить?

7. Отражение света металлами.

8. Что такое интерференция. Квазимонохроматический свет. Уравнение плоской квазимонохроматической волны. Признак интерференции. Получить условия наблюдения интерференции.

Интерференционные схемы (ход лучей в схемах: опыта Юнга, опыта с бипризмой Френеля, опыта Ллойда, полос равной толщины, полос равного наклона, интерферометра Майкельсона. На примере этих схем пояснить основные характеристики интерференционных схем – поле интерференции, апертуру интерференции).

Задача с двумя когерентными источниками. Видимость интерференции. Ширина интерференционных полос. Оптическая разность хода.

9. Спектральный состав излучения источников света. Понятие спектрального распределения (спектра). Понятие светового импульса (цуга). Простейшая модель излучения разреженных сред. Получить спектральное распределение для световых импульсов с постоянной длительностью . Полуширина спектральной линии и ее связь с .

Объяснить, почему и как немонохроматичность излучения приводит к ограничению максимальной разности хода и порядка интерференции. Понятие времени когерентности.

10. Влияние размеров источника на интерференцию. Дать 2 качественных объяснения, почему с ростом размеров источника света видимость интерференции ухудшается. Условие хорошей видимости для протяженного источника. Понятие пространственной когерентности. Оценка размера области пространственной когерентности.

11. Дифракция света. Дифракция Френеля и дифракция Фраунгофера. Принцип Гюйгенса-Френеля. Уравнение сферической волны. Интеграл Кирхгофа. Коэффициент . Критерии типа дифракции.

12. Дифракция Фраунгофера на щели. Получить распределение интенсивности в дифракционной картине. Как при выводе используется принцип Гюйгенса-Френеля? Как учитывается пространственная когерентность падающего на щель излучения? Анализ распределения . График.

13. Дифракция Фраунгофера на круглом отверстии. Разрешающая способность оптических приборов. Критерий Рэлея.

14. Дифракция Фраунгофера на амплитудной решётке. Вывод распределения интенсивности. Условие главных максимумов. Интенсивность в максимуме. Условия минимумов. Многолучевая интерференция – чем интерференционная картина отличается от двухлучевой и где это используется? Условия главных максимумов при наклонном падении света на дифракционную решётку.

15. Дифракционная решётка как спектральный прибор. Угловая дисперсия дифракционной решётки. Разрешающая способность дифракционной решётки.

16. Рассеяние света. Физические причины рассеяния. Опыты Тиндаля. Объяснение Рэлея. Молекулярное рассеяние.

17. Физические основы голографии. Голограмма плоской волны. Технические требования при записи голограмм.

18. Анизотропные среды. Двойное лучепреломление. Основные закономерности двойного лучепреломления. Как поляризованы обыкновенная и необыкновенная волны? Одноосные и двуосные положительные и отрицательные кристаллы. Почему скорость распространения световой волны в анизотропной среде зависит от направления колебаний вектора E? Тензор диэлектрической проницаемости. Формула (без вывода) для расчёта фазовых скоростей в одноосных кристаллах. Вывод закона Малюса.

19. Понятия лучевой скорости и лучевой поверхности. Лучевые поверхности в одноосных кристаллах. Зачем нужны лучевые поверхности? Построения Гюйгенса для одноосных кристаллов (самостоятельно, по учебнику: С.Э. Фриш и А.В.Тиморева. Курс общей физики.).

20. Искусственная анизотропия. Анизотропия при механических деформациях. Эффект Керра (схема опыта, что происходит и почему, пояснить формулу для разности фаз. Что такое ячейка Керра? Быстродействие ячейки?).

21. Что такое дисперсия света, Что такое нормальная и что такое аномальная дисперсия? Когда такая наблюдается? Физический смысл комплексного показателя преломления. Общий вид дисперсионной зависимости.

22. Атомные переходы. Спонтанное излучение, среднее время жизни в возбужденном состоянии. Вынужденное излучение. Принцип действия лазеров. Взаимодействие излучения с веществом (элементарные процессы). Условие когерентного усиления. Инверсная заселенность уровней. Создание активной среды – накачка. Трехуровневые системы. Осуществление положительной обратной связи в оптическом резонаторе. Условие усиления вынужденного излучения в оптическом резонаторе и почему необходимо выполнение этого условия?

23. Равновесное тепловое излучение. Излучательная и поглощательная способность. Понятие абсолютно черного тела. Спектр теплового излучения. Как он меняется с изменением температуры тела? Законы теплового излучения.

24. Нелинейные явления в оптике. Когда наблюдается и что там нелинейного? Привести примеры нелинейных явлений.

НОМЕРА ЗАДАЧ №№: 19, 20, 23, 26, 33, 34, 36, 41, 42, 46, 47, 50, 51, 52, 56, 57, 58, 63, 64, 68(б), 71, 72, 75, 76, 77, 80, 84, 86, 89, 90

Дата добавления: 2015-06-04