Вопросы для экзамена по оптике

Вопросы для экзамена по оптике

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ПРИРОДА СВЕТА. Волны. Модель плоской волны. Общий вид волнового уравнения и его решение. Сферические волны. Монохроматические волны. Амплитуда, фаза, длина волны, волновое число, волновой вектор. Фазовая скорость волны. Представление плоских гармонических волн в комплексной форме.

Электромагнитные световые волны. Свойство поперечности и ортогональность плоских волн в однородных изотропных средах. Энергия и интенсивность световых волн. Суперпозиция волн. Дисперсия света. Стоячие волны; опыт Винера. Поляризация световых волн (эллиптическая, линейная, круговая). Модель естественного света. Степень поляризации.

ПРОХОЖДЕНИЕ СВЕТА ЧЕРЕЗ ПЛОСКУЮ ГРАНИЦУ ПРОЗРАЧНЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ. Граничные условия Максвелла. Соотношение частот падающей, отраженной и преломленной волн. Законы отражения и преломления света. Теорема о разложении плоской гармонической волны на две поляризованные. Соотношение амплитуд: формулы Френеля. Явление Брюстера. Фазовые соотношения.

ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА. Явление интерференции. Понятие о когерентности колебаний. Двухлучевая интерференция. Условия максимума и минимума интенсивности. Принципиальная схема двухлучевой интерференции. Геометрическая и оптическая разности хода. Ширина интерференционной полосы. Параметр видности интерференционной картины. Интерференция немонохроматического света. Метод Фурье-анализа. Временная и пространственная когерентность. Квазимонохроматический свет.

Проблема получения когерентных волн в оптике. Метод деления волнового фронта. Схема Юнга, бизеркало Френеля, бипризма Френеля, билинза Бийе, зеркало Ллойда.

Метод деления амплитуды. Кольца равного наклона и полосы равной толщины. Кольца Ньютона. Двухлучевые интерферометры: Майкельсона, Жамена, Рождественского. Интерферометрические измерения.

Многолучевая интерференция. Вычисление результирующей интенсивности в проходящем свете. Формулы Эйри и графики функции Эйри. Интерферометр Фабри - Перо и его практическое применение. Ширина линии, параметр резкости, разрешающая способность и дисперсия интерферометра Фабри - Перо.

ДИФРАКЦИЯ СВЕТА. Дифракция как проявление волновой природы света. Принцип Гюйгенса - Френеля. Зоны Френеля. Размеры зон Френеля. Задача о прямолинейном распространении света. Метод графического вычисления амплитуды. Спираль Френеля. Дифракция на круглом отверстии и круглом диске. Дифракционная длина светового пучка. Ближняя и дальняя зона дифракции.

Дифракционный интеграл Френеля. Дифракция в ближней зоне (приближение Френеля). Дифракция в дальней зоне (приближение Фраунгофера). Вычисление результирующей амплитуды при дифракции от щели. Влияние ширины щели на дифракционную картину. Дифракционная решетка. Распределение интенсивности, максимумы и минимумы интенсивности при дифракции на плоской амплитудной решетке. Классификация дифракционных решеток. Спектральные приборы. Разрешающая способность и дисперсия. Критерий Рэлея.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СВЕТА С ВЕЩЕСТВОМ. Модель сплошной среды. Материальные уравнения. Классическая осцилляторная модель среды. Комплексная диэлектрическая проницаемость, линейная оптическая восприимчивость и комплексный показатель преломления среды. Закон Бугера.

Дисперсия в разреженных средах. Нормальная и аномальная дисперсия. Дисперсия в плотных средах. Формула Лорентц – Лоренца. Факты, подтверждающие теорию дисперсии Лоренца. Методы изучения дисперсии и поглощения света.

Оптика анизотропных сред. Основные эффекты кристаллооптики: прохождение света через турмалин и двойное лучепреломление. Структура световой волны в анизотропном кристалле. Тензор диэлектрической проницаемости. Классификация кристаллов. Собственные состояния поляризации световой волны. Одноосный кристалл. Обыкновенная и необыкновенная волны. Получение и анализ поляризованного света. Призменные поляроиды. Компенсаторы. Пластинка в четверть волны и полуволновая пластинка. Искусственная анизотропия. Эффект Керра.

Нелинейная оптика. Нарушение принципа суперпозиции для сильных световых волн в среде. Основные эффекты нелинейной оптики: генерация второй оптической гармоники, самофокусировка света.

Преподаватель - доцент Г. П. Мартынова