物理光学(简答填空).pdf

1 在双轴晶体中 为什么不能采用 o 光与 e 光的称呼来区分两个正交线偏振光 答 在双轴晶体中 除两个光轴方向外 延其余方向传播的平面光波 在折射率椭球中 心所做的垂直于 k 的平面与折射率椭球的截线都是椭圆 而且 由于折射率椭球没有没 有旋转对称性 相应的两个正交线偏振光的折射率都与 k 的方向有关 因此这两个光都 是非常光 故在双轴晶体中 不能不能采用 o光与 e 光的称呼来区分两个正交线偏振光 3 什么是增益饱和现象 什么是粒子数反转密度饱和现象 答 增益系数随光强增大而下降的现象称为增益饱和现象 粒子数反转密度饱和现象 当入射的光强可以和比拟时 受激辐射造成的上能级集局数衰减率才可以和其它驰豫过 程相比拟 4 什么是均匀加宽 机理是什么 什么是非均匀加宽 机理是什么 非均匀加宽工作物 质和均匀加宽工作物质的饱和性质的主要区别 答 均匀加宽 如果引起加宽的物理因素对每个原子都是等同的 则这种加宽称作 机理 对此种加宽每个发光原子都以整个线型发射 不能把线型函数上的某一特定频率 和某些特定原子联系起来 或者说每一发光原子对光谱线内任一频率都有贡献 非均匀加宽 气体工作物质中的多普勒加宽和固体工作物质中的晶格缺陷加宽均属于非 均匀加宽类型 机理 原子体系中 每一个原子只对谱线内与它的表现中心频率相应的 部分有贡献 因而可以区分谱线上的某一频率范围是由那一部分原子发射的 主要区别 非均匀加宽工作物质的饱和效应比较弱 非均匀加宽情形中 饱和效应 的强弱与线型中频率位置无关 而均匀加宽情形下 饱和效应强弱与线型中频率位置有 关 偏离线型函数中心频率越远 饱和效应越弱 非均匀加宽跃迁中具有烧孔效应 5 简述渥拉斯顿棱镜的工作原理 简述格兰 汤普森棱镜的工作原理 答 a 渥拉斯顿棱镜是加大了两种线偏振光的离散角 且同时出射两束线偏振光的双像棱镜 b 当一束自然光垂直入射棱镜时 o 光和 e 光均无偏折的射在胶合面 在 BC 面上 入射角 i等于棱镜底角 制作棱镜时 选择胶合剂的折射率 n介于 n0和 ne之间并且尽量和 ne接近 6 简述折射率椭球的两个重要性质 折射率椭球的方程是 答 主要性质 a 与波法线方向 k 相应的两个特许线偏振光的折射率 和 分别等于这 个椭圆的两个主轴的半轴长 即 n b 与波法线方向 k相应的两个特许线偏振光 D 的振动方向 和 分别平行于 ra和 rb 即 d 折射率椭球的方程是 x1 2 1 2 2 2 3 2 3 1 8 什么是 片堆 简述利用 片堆 产生线偏振光的工作过程 答 片堆 由有这一组平行平面玻璃片 或其它透明薄片 如石英片等 叠在一起构 成的 片堆 产生平行线偏振光的过程 将这些玻璃片放在圆筒内 使其表面法线与圆 筒构成布儒斯特角 当自然光沿圆筒轴 以布儒斯特角 入射并通过片堆时 因透过片 堆的折射光连续不断地以相同的状态入射和折射 每通过一次界面 都从折射光中反射 掉一部分垂直纸面振动的分量 最后使通过片堆的透射光接近为一个平行于入射面的线 偏振光 9 描述晶体光学的两个基本方程及其物理意义是什么 答 公式一 E 1 0 2 s s D 公式二 1 2 2 12 2 2 2 22 3 2 2 32 0 公式一物理意义 他们决定了在晶体中传播的单色平面光波电磁波的结构 公式二物理 意义 该公式描述了在晶体中传播的光波法线方向 k 与相应的折射率 n 和晶体光学参量 主介电张量 之间的关系 11 散射光的方向相对于入射光改变而波长也改变的散射有哪些 答 喇曼散射 布里渊散射 10 什么是尖峰振荡效应 有什么特点 如何获得短脉冲 答 固体脉冲激光器输出的光脉冲是一群宽度只有 s量级的短脉冲序列的现象 称为 特点 脉冲 s量级 尖峰能增大 尖峰数增加 但峰值不增高 尖峰形状 衰减型 同期性 无规则 如何获得 调 Q 技术是压缩激光脉冲 提高峰值功率的一种有效方法 其脉宽下限 决定于光子平均驻腔寿命 约纳秒量级称为短脉冲 锁模技术可以获得比调 Q 技术更窄 的脉冲 称为超短脉冲 12 什么是基模高斯光束 什么是消失波 消失波具有哪些特点 答 a 由激光器产生的激光束既不是上面讨论的均匀平面波 也不是均匀球面光波 而 是一种振幅和等相位面都在变化的高斯球面光波 称为高斯光束 在由激光器产生的各种模 式的激光中 最基本 应用最多的是基模高斯光束 b 消失波 在发生全反射时 光波场将透入到第二个介质很薄的一层内 约为光波波长 并沿着界面传播一段距离 再返回第一个介质 这个透入到第二个介质中表面层内的波叫衰 逝波 消失波 特点 a 消失波是一个沿 x 方向传播的行波 相速度减小 又称漫波 b 消失波振幅沿着界面的法线方向按指数方式衰减 c 等相面和等幅面 等相面上沿 z 方向各点的振幅不等 因此是一种非均匀平面波 d 消失波电矢量在传播方向的分量 2x不为 0 说明消失波不是一种横波 13 偏振棱镜主要特性参量有 通光面积 孔径角 消光比 抗损伤能力 14 对于立方晶体 其主折射率为 对于单轴晶体 其主折射率为 对于双轴晶体 其主折 射率为 答 1 主介电系数 1 2 3 主折射率 1 2 3 0 2 主介电系数 1 2 3 主折射率 1 2 0 3 e 0 3 主介电系数 1 2 3 主折射率 1 2 3 15 什么是正常色散 什么是于反常色散 孔脱系统研究了反常色散现象 认为反常色散与 介质对光的什么有密切联系 孔脱定律 答 孔脱定律 反常色散与介质对光对光的吸收有密切联系 任何物质在光谱某一区域 内如有反常色散则在这个区域内的光被强烈的吸收 在靠近吸收区外 折射率的变化非常快 而且波长较长的一边折射率比波长短的一边折射率大很多 正常色散 折射率随着波长增加而减少的色散 反常色散 波长越短 折射率越小的色散 16 用调 Q 技术压缩的激光脉冲称为短脉冲 电光调 Q 激光装置原理图 用锁模技术产生的 激光光脉冲称为超短脉冲 17 当光与物质相互作用时 存在着三种现象分别是吸收 色散 散射 什么是谱线加宽的 线性函数 线性函数具有哪些性质 自然加宽 碰撞加宽和多普勒加宽的线性函数表示式 答 光的吸收 光通过介质后 光强因吸收而减弱的现象 光的色散 介质中光的速度随光波波长变化的现象 光的散射 光束通过不均匀介质所产生的偏离原来传播方向 向四周色散的现象 谱线加宽线性函数 0 1 线性函数性质 相对大小与发射功率的绝对大小 无关 0 2 0 0 0 2 其中 称为谱线宽度 自然加宽 0 2 0 2 2 2 碰撞加宽 0 2 0 2 2 2 1 多普勒加宽 0 0 2 1 2 2 2 0 2 0 2 18 什么是光纤的窗口 光纤有哪三个 窗口 答 如果某种频率的光波以低损耗通过光纤 那么这种频率所对应的波段为光纤的窗口 短波长窗口 0 8 0 9 m 长波长窗口 1 13 m 1 55 m 19 任何一个共焦腔与无数个稳定球面腔等价 这里的等价是什么意思 答 等价是指它们具有相同的横模 20 什么是射线曲面 射线曲面的简单表达式 什么是折射率曲面 折射率曲面的简单表 达式 答 射线曲面 是和折射率曲面相对应的几何图形 它描述了与晶体中法线方向s 相应 的两个光线速度的分布 射线曲面上的矢径方向平行于给定的s 方向 矢径的长度等于相应 的两个光线速度比 因此可简化为 s Vr 曲面 表达式 1 2 1 2 1 1 2 2 2 1 2 1 2 2 3 2 1 2 1 3 2 0 折射曲面 直接地表示出每个波法线方向k 相应的两个折射率 折射率曲面上的矢径 r 2 nk 其方向平行于给定的波法线方向k 长度则等于该k 相应的两个波的折射率 折射率曲 面必定是一个双壳层的曲面 记作 k 曲面 表达式 1 2 1 2 1 1 2 2 2 1 2 1 2 2 3 2 1 2 1 3 2 0 21 什么是光的强度 波片只能改变入射光的什么 而不能改变其什么 答 光强度指的是光源在某一方向立体角内之光通量大小 波片只能改变入射光的偏振 状态 而不能改变光强 22 当辐射场与物质相互作用时存在着三种相互作用过程分别是什么 答 自发辐射 受激辐射 受激吸收 23 由于外加电场使介质光学性质发生变化的效应 称为电光效应 24 几种线偏振光的标准归一化琼斯矢量是什么 右旋椭圆偏振光和左旋椭圆偏振光及其 琼斯矢量的表示式 答 x 方向振动的线偏振光 1 0 y 方向振动的线偏振光 0 1 45 方向振动的线偏振光 2 2 1 1 振动方向与 x 轴成 角的线偏振光 cos sin 左旋圆偏振光 2 2 1 右旋圆偏振光 2 2 1 右旋椭圆偏振光 0 2m 2m 1