考研面试光学专业知识

1、1. 强光光学（非线性光学）：研究强激光与物质相互作用过程中出现的各种新现象和新效应的学科。2. 光与介质相互作用可分为以下三种情况：若介质是均匀的，且不考虑其热起伏，光通过介质后不发生任何变化：沿原光波传播方向行进，与介质无任何作用；若介质不很均匀（存在热起伏），光波与其作用后被散射到其他方向，只要该起伏与时间无关，散射光的频率就不会发生变化，只是波矢方向发生偏射，这就是弹性散射；若介质的不均匀性随时间而变化，光波与这些起伏交换能量，使散射光的能量即频率发生了变化，这就是非弹性散射。3. 二阶非线性光学效应：线性电光效应（普克尔效应）、光整流效应、三波混频、二次谐波、参量转换、参量放大、参量

2、振荡。4. 三阶非线性光学效应：三次谐波、四波混频、双光子吸收、srs、sbs。5. 参量上转换：对应于和频产生过程来说，由频率较低的信号辐射转换为频率较高的辐射；参量下转换：对应于差频产生过程来说，由频率较高的信号辐射转换为频率较低的辐射。6. 双光子吸收：当具有频率为1和2的两束光通过非线性介质时，如果1+2接近介质的某一跃迁频率，介质就会同时吸收两个光子，引起两束光的衰减。7. 拉曼散射：当有一束频率为p的光波通过介质时，其散射光谱中存在着相对入射光有一定频移的成分s，频移量p-s=v相应于介质内部某些确定的能级跃迁的频率。ps：斯托克斯散射，ps：反斯托克斯散射，其强度比斯托克斯散射小

3、几个数量级。对于普通的拉曼散射光来说，它们都是非相干辐射。当用强激光照射某介质时，在一定条件下，散射光具有受激的性质，是相干辐射，这就是所谓的受激拉曼散射。受激拉曼散射的机理：在受激拉曼散射中，相干的入射光子主要不是被热振动声子所散射，而是被受激声子散射。所谓受激声子，是指最初一个入射光子与一个热振动声子相碰，结果产生一个斯托克斯光子，并添加一个受激声子，当入射光子再与这个增添的受激声子相碰时，在再产生一个斯托克斯光子的同时，又增添一个受激声子，如此继续下去，便形成一个产生受激声子的雪崩过程。产生受激声子过程的关键是在于要有足够多的入射光子。由于受激声子所形成的声波是相干的，入射激光是相干的，

4、所以所产生的斯托克斯光也是相干的。8. 布里渊散射：入射到介质的光波与介质内的弹性声波发生相互作用而产生的光散射现象。由于光学介质内大量质点的统计热运动会产生弹性声波，它会引起介质密度随时间和空间的周期性变化，从而使介质折射率也随时间和空间周期性地发生变化，因此声振动介质可以可以被看作是一个运动着的衍射光栅，这样，一束频率为的光波通过光学介质时，会受到光栅的衍射作用，产生频率为（-s）的散射，这里的s是弹性声波的频率。由此可见，布里渊散射中声波的作用类似于拉曼散射中分子振动的作用。人们发现，频率为的强激光通过某种介质时，会在介质内产生频率为s的相干声波，同时产生频率为（-s）的散射波。声波和散

5、射光波沿着特定的方向传播，并且只有入射光强超过一定值时才能发生上述现象，这种具有受激发射特性的布里渊散射，称为受激布里渊散射。9. 光子与发出散射光的物质相互作用过程中发生了能量和动量的改变，伴有元激发的产生和湮没的是非弹性光散射，产生和湮没的元激发仅涉及低能量的磁振子和声学声子的是布里渊散射，否则就是拉曼散射。10. 瞬态相干光学作用是指完全相干的强光场与忽略随机自发弛豫行为的共振吸收介质间的快速相干作用。11. 光学章动效应：当脉冲前沿很陡的光波入射到共振吸收介质中时，介质对光并不是简单的吸收或放大，而是经过一段有限的弛豫振荡后过渡到稳定状态。12. 光子回波：在光学领域，若有两个强短激光

6、脉冲相继入射到共振吸收介质中，经过一段时间会观察到第三个定向的光脉冲出射，这个光脉冲称为光子回波。13. 对非线性光学材料的要求：有较高的非线性极化系数；可使用的频宽、透明性好；能承受强激光照射而不易导致光学损伤；能实现相位匹配；光学质量好。14. 参量作用过程：介质对参与作用的光场频率而言均不存在准确的共振吸收；在作用过程的始末，组成介质的分子或原子体系的内部能量与动量均不发生改变。15. 光学倍频（二次谐波）：一定频率为的单色光入射到的二阶非线性介质后，产生新的频率为2的辐射光的现象。其实质：在非线性介质内2个基频入射光子的湮灭和1个倍频光子的产生。16. 光学和频与差频效应（三波混频）：

7、两种不同的单色相干光波入射，在二阶非线性介质内产生第三种频率（和频或差频）单色相干辐射的过程。和频实质：2个低频光子的湮灭和1个高频光子的同时产生；差频实质：1个高频光子的湮灭和2个低频光子的同时产生。17. 光学参量放大（opa）：当一种频率较低的弱信号光束与另一种频率较高的强泵浦光束同时入射到非线性介质内时，在通过介质后，弱信号将得到放大，强泵浦将有所减弱，与此同时，非线性介质还将辐射出频率等于上述两种入射光频率之差的第三种相干光,称为闲频光，该过程成为光学参量放大效应。18. 光学参量振荡（opo）：在光学参量放大器的基础上，如果进一步采用光学反馈装置光学谐振腔，则在参量放大作用大于腔内

8、各种损耗的条件下，可同时在泵浦频率和信号频率处产生相干光振荡。19. 光学相位共轭效应：利用特殊的四波混频、三波混频或受激散射过程，相对于参与多波相互作用的其中某一指定的入射波场而言，产生出一种传播方向与其相反而复振幅又与其共轭的新的波场，所产生的这种特殊的新波场称为某一指定入射波的相位共轭波。20. 光孤子：通过相互碰撞后，不见消失而且波形和波速都不会改变或者只有微弱改变的孤波称为孤子。在单模光纤中传输的光脉冲波包，在色散效应和非线性效应的共同作用下所表现出的孤子特性，称为光孤子。21. 光纤孤子通信：对基本孤子而言，在反常色散区域内，光纤的非线性折射率将平衡色散引起的脉冲宽度增加的趋势，使

9、脉冲保持不变，因此可用基本孤子作为光纤通信的信息携带者。22. 自聚焦（感应透镜效应）：高斯光束在介质内传播时，在光通过的地方折射23. 第类相位匹配：基波取单一的线偏振光形式入射，而谐波为另 一状态的线偏振光。（e、eo；o、oe）第类相位匹配：基波同时取两种线偏振光形式入射，而谐波为单一状态的线偏振光。（e、oo；e、oe）24. 角度匹配：只有当n()=n(2)时，才有可能获得高的谐波产生效率，而一般来说正常色散效应所决定的折射率满足n() 损耗）；改善输出激光的质量（方向性、单色性、模式、输出功率等）。37. 厘米条半导体激光器阵列：将若干激光元做在一条长1cm的晶片上来提高输出功率的

10、装置。38. 面阵半导体激光器：将若干厘米条集成为一个面阵半导体激光器。39. 双包层光纤激光器（包层泵浦技术）主要特点：结构简单、体积小巧、使用灵活方便；易于实现高效率和高功率；散热性能非常好；输出光束质量好。40. 现代光电子系统中最基本的技术单元：发射、调制、接收、解调。41. 光纤通信优点：（电端机、光发送机、光纤、光中继机、光接收机、电端机）不受电磁干扰、保密性好；无需有色金属作为导体，节约大量有色金属；重量轻、柔软可弯、便于运输和铺设；频带宽、通信容量大。42. 激光加工优点：无接触加工，可实现多种加工；可加工金属、非金属，特别是可以加工高硬度、高脆性及高熔点的材料；加工速度快、热

11、影响区域小、工件热形变小；可通过透明介质对密闭容器内的工件进行加工；极易与数控系统配合；生产效率高、加工质量稳定可靠，经济和社会效益好。43. 光谱学：当物质受到光的照射时，会发生光的吸收、散射、反射或透射等现象，此外有些物质本身也会发光（荧光），光的这些现象与物质的成分、结构、理化特性等有着密切的关系，分析这些关系的学科称为光谱学。44. 光谱：复合光经过色散系统分光后，按波长的大小依次排列的图案称为光谱。45. 吸收光谱：物质对辐射的选择性吸收而得到的光谱。46. 发射光谱：物质由较高能态返回较低能态时，以光辐射的形式释放能量所产生的光谱。47. 原子的线状光谱是元素的特征，不同元素有不同

12、的特征光谱。48. 发射光谱分析过程：使试样在外界能量的作用下转变为气态原子，并使气态原子的外层电子激发到高能态。当从较高的能级向较低能级跃迁时，原子释放出多余的能量而发射出特征谱线，对所产生的辐射经过摄谱仪进行色散分光，按波长顺序记录在感光板上，就可显现出有规则的普线条，即光谱图。然后根据光谱图可进行定性鉴定或定量分析。49. 光谱分析仪器设备：光源、光谱仪、观测系统。光源：直流电弧、交流电弧、电火花、激光光源、等离子体焰炬；光谱仪：棱镜、光栅、傅里叶变换光谱仪；检测器：光子检测器：光电倍增管、光导电检测器、光敏二、三极管、ccd检测器；热检测器.50. 大气窗口：把电磁波通过大气层时，较少

13、被反射、吸收或散射的、透过率较高的波段称为大气窗口。51. 量子信息：利用微观粒子的状态表示的信息。52. 量子纠缠：两个或多个量子系统之间的非定域、非经典的关联，是量子系统内各子系统或各自由度之间关联的力学属性。53. 傅里叶光学（信息光学）：它是采用傅里叶分析和线性系统理论分析光波的传播、衍射、成像等现象的学科。54. 粒子散射实验：原子的核式结构；夫兰克-赫兹实验：能级的存在；史特恩-盖拉赫实验：原子空间取向量子化；电子衍射实验：电子的波动性。55. 量子化通则：pdq=nh,n=1.2.3,只有满足该条件的电子轨道运动才是实际存在的。56. 测不准原理：不可能同时精确地测量到物体的位置

14、和动量，其精确度是有一定限制的，是测不准的。pq2;et2。57. 辐射跃迁的选择定则：l=1. j=0、1. 跃迁只能发生在不同宇称的状态之间。58. 泡利不相容原理：不可能有两个或两个以上的电子处于同一状态。59. 塞曼跃迁的选择定则：m=0，产生线；m=1，产生线。60. 自发辐射的特点是这种过程与外界作用无关，各个原子的辐射都是自发地、独立地进行的，因而各个原子发出的光子在发射方向和初相位上都是不同的，除激光光源外，普通光源的发光都属于自发辐射，其频率成分极其复杂，发射方向分散在4立体角内，各成分的初相位也各不相同，因而不是相干光。61. 只有当外来光子的能量hv正好满足关系式hv=e

15、2-e1时，才能引起受激辐射，而且受激辐射发射的光子与外来光子具有相同的频率、相同的发射方向、相同的偏振态和相同的相位，即属于同一量子态（模式）。62. 能实现粒子数反转的条件：这种物质要具有合适的能级结构；要具备必要的能量输入系统。63. 三能级由于基态能级上总是集聚着大量的粒子，要实现粒子数反转分布，外界抽运就要相当强，这是三能级系统的一个显著缺点。e2e1，红宝石、氩离子激光器。四能级e3e2，yag、釹玻璃、he-ne、co2激光器。64. 为实现光振荡而输出激光，除了具备能实现粒子数反转的工作物质和一个稳定的光学谐振腔外，还必须减少损耗，加快泵浦抽运速率，从而使反转粒子数达到产生激光

16、的阈值条件。65. 激光束的横模图样主要原因是激光器中的衍射。66. 衍射使激光的能量受到损失，但却为激光的空间相干性创造了条件。如果没有衍射，就不具备好的空间相干性。理论计算表明，高阶模比低阶模的衍射损耗大，衍射损耗小的先达到阈值条件而起振并输出，而其他模式始终不能达到阈值条件而受到抑制。67. 可调谐是染料激光器的最大优点，而常用的波长选择装置有光栅、棱镜、标准具、双折射滤光片、电控调谐元件等等。如若丹明染料激光器。68. 瑞利散射：散射光的频率与入射光的频率相同的散射现象。69. 拉曼散射：在散射光中，除了含有与入射光频率v相同的成分外，还含有频率为vv的成分，v与物质的性质有关，而与入

17、射光的频率无关，这种散射现象称为拉曼散射。70. 全息照相：把既能记录光波振幅信息，又能记录光波相位信息的摄影称为全息照相。71. 全息照相的特点：再现出来的像与观察到的实物完全一样，具有相同的视觉效应；全息照片的每部分，无论有多小，总能再现出原来物体的整个图像；全息照片易于复制。72. 量子力学基本假定1：（波函数的概率波解释）微观粒子的运动状态可以用波函数(r,t)来表示，(r,t)2表示t时刻粒子在空间r处单位体积中的几率，即(r,t)2表示几率密度。73. 量子力学基本假定2：（薛定谔方程）波函数r,t满足薛定谔方程itr,t=he,其中h是粒子的哈密顿算符，对应粒子的经典能量e。74

18、. 量子力学基本假定3：（算符化规则）经典力学中的任意力学量f(r,p)对应量子力学中的厄米算符f，f的本征值为力学量的测量值。（如果粒子的波函数是力学量算符f的本征函数，本征值为f，则测量该粒子的力学量f时，得f=f）。75. 量子力学基本假定4：量子力学中的所有力学量算符的本征函数都具有完备性。76. 量子力学基本假定5：（全同性原理）全同粒子不可分辨。77. 态叠加原理：若体系具有一系列可能的状态1，2 , 3 , 4. n , 则这些状态的任意线性组合也一定是该体系的一个可能的状态。78. 全同粒子：全部固有特性完全相同的粒子。在全同粒子体系中，交换任意两个粒子的坐标不改变体系的状态。

19、对波色子，用对称波函数描述，即是交换对称的；对费米子，用反对称波函数描述，即是交换反对称的。79. 量子力学的三个飞跃：普朗克量子假说：微观粒子的能量是不连续的，取分立值=h ；德布罗意物质波假设：以能量e动量p运动的实物粒子表现为频率为=eh 波长为=hp 的波；薛定谔方程与波恩概率波解释。80. 波函数应满足的条件：平方可积；自然条件：单值、有限、连续；边界条件：在位势间断点处，波函数及其一阶导连续。81. 定态：能量取确定值的状态。性质：不显含时间力学量的取值概率与平均值不随时间改变。条件：哈密顿算符不显含时间；初始时刻的波函数为定态。82. 束缚态：在无穷远处为零的状态为束缚态，束缚态

20、对应的本征值是断续的。83. 非束缚态：在无穷远处不为零的状态为非束缚态，非束缚态对应的本征值是连续的。84. 简并态：一个本征值对应一个以上本征态时，称该本征值简并，所对应的本征态的个数为简并度。85. 非简并态：一个本征值对应一个本征态时，称为非简并态，非简并态的简并度为1。86. 宇称：将波函数中坐标变量改变符号，若得到的新波函数与原波函数相同，则称该波函数具有正（偶）宇称；若得到的新波函数与原波函数相差一个负号，则称该波函数具有负（奇）宇称。87. 可观测的力学量f与一个线性厄米算符f对应。88. 常用算符：动量算符；自旋算符；泡利算符；总自旋算符；轨道角动量算符；总轨道角动量算符；总

21、角动量算符；宇称算符；交换算符；投影算符；升降算符。89. 厄米算符的性质：本征值是实数，本征矢是正交、归一和完备的。90. 对易关系：【a,b】=ab-ba，反对易关系：a,b=ab+ba。91. 守恒量：满足ft=0和【f,h】=0的力学量f称为守恒量。性质：守恒量的取值概率与平均值不随时间改变。92. 对称性：若体系哈密顿算符具有某种对称性，则必有某个守恒量与之对应，同时也存在某个不可观测量。空间平移对称性：对应动量守恒，空间的绝对原点是不可观测的；时间平移对称性：对应能量守恒，时间的绝对原点时不可观测的；空间反演对称性：对应宇称守恒，空间的绝对左右时不可观测的；空间转动对称性：对应角动

22、量守恒，空间的绝对方向是不可观测的。93. 若算符a与b满足【a,b】=0，则两者具有共同的完备本征函数系，可同时取确定值。94. 力学量完全集：如果有n个相互对易的力学量算符能唯一确定体系的状态，称这n个力学量为力学量完全集。95. 波粒二象性：微观粒子既不是粒子，也不是波，更确切地说，它既不是经典意义下的粒子，也不是经典意义下的波。但是，它却具有经典粒子的属性（具有确定的质量、电荷和自旋），又具有经典波动的属性（干涉、衍射）。严格地说，微观粒子就是微观粒子，粒子与波只是微观粒子的两种不同的属性。如果硬是要用经典的概念来理解它的话，那么，微观粒子既具有经典粒子的属性又具有经典波动的属性，是经

23、典粒子与经典波动这一矛盾的综合体。96. 物理上可观测量对应线性厄米算符，线性是态叠加原理的要求，厄米算符的本征值是实数，可与观测值比较。97. 伺服电动机：又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。98. 桥丝激光焊接机：该机用于焊接雷管桥丝，已成为几种军品定型工艺设备。该机采用yag激光器，具有脉宽、波形连续可调功能；该机工作台除有x、y向驱动外，还配有雷管塞座架，每次20只；该机在微机控制下运行，可预置桥距和样品距，具有电动施

24、粉和单步精调功能。使用该机成功地实现了10m、20m雷管桥丝的焊接，使用该机和粉末熔覆法适应各种雷管的互熔焊，质量稳定。国内外技术水平及发展趋势：国际首创；项目成熟程度：用做定型工艺设备。主要技术指标：脉宽(用于焊接)：0.5-3ms可调；波形可调。脉冲能量：0-1.5j。可焊桥丝直径：0.005-1mm。可焊桥距：0.1mm。应用范围：各种材料引线，各种丝径桥丝，不同塞座的雷管的桥丝焊接；特种传感器焊接等。99. f-theta透镜：一般来说，打标系统中激光束穿过聚焦透镜系统后会产生离轴偏转现象,相对理想的平面而言，会在打标面上出现异常图像或畸变。平场聚焦镜，也称场镜、f-theta聚焦镜，

25、是一种专业的透镜系统，目的是将激光束在整个打标平面内形成均匀大小的聚焦光斑，是激光打标机的最重要配件之一。场镜可分为f-theta透镜和远心透镜。由于远心透镜的成本和费用很高，在工业应用的激光打标机中主要使用f-theta透镜。在没有变形的情况下，聚焦点的位置取决于透镜的焦距以及偏转角的切线，聚焦点的位置仅取决于焦距和偏转角，这样就简化了焦点定位的计算方法。选用场镜，主要考虑的技术参数是工作波长、入射光瞳、扫描范围和聚焦光斑直径。工作波长：主要是看激光器的波长，场镜是在给定的激光波长镀膜的。如果不在给定的波长范围内用场镜，场镜会被激光烧坏的。入射光瞳：如使用的是单片镜，反射镜置于入射光瞳的地方

26、，最大可用光束的直径等于入射光瞳的直径。扫描范围：场镜能扫描到的范围越大，当然越受使用者的欢迎。但是如果增加扫描范围，聚焦光点变大，失真度也要加大。另外加大扫描范围，场镜焦距和工作距也要加大。工作距离的加长，必然导致激光能量的损耗。还有聚焦后的光斑直径跟焦距成正比，这意味着加大扫描范围，聚焦光斑直径跟着加大，光斑聚得不够细，激光的功率密度下降非常快（功率密度跟光斑直径的2次方成反比），不利于加工。所以使用者要根据不同的加工面积选用最适合的场镜，或者备用几个不同扫描范围的场镜。聚焦光斑直径：对于入射激光束直径d、场镜焦距f和光束质量因子q的扫描系统，聚焦光斑直径d=13.5qf/d(mm)。所以

27、用扩束镜可以得到更小的聚焦光斑。100. 扩束镜：如果光束直径能够增大，远场发散角将会减小。这就是扩大光束的优点所在。另外,小的发散能够使高斯光束聚焦得更好。对准直光束扩束的方法：伽利略扩束镜：最通用的扩束镜类型起源于伽利略望远镜，通常包括一个输入的凹透镜和一个输出的凸透镜。输入镜将一个虚焦距光束传送给输出镜。一般的低倍数的扩束镜都用该原理制造，因为它简单、体积小、价格也低。一般的尽可能的被设计为小的球面相差，低的波前变形和消色差。它的局限性在于不能容纳空间滤波或者进行大倍率的扩束。开普勒扩束镜：事实上在需要空间滤波或者进行大倍率的扩束的时候，人们一般使用开普勒设计的望远镜。开普勒望远镜一般有

28、一个凸透镜作为输入镜片，把实焦距聚焦的光束发送到输出元件上。另外，可以通过在第一个透镜的焦点上放置小孔来实现空间滤波。101. 阐述光纤受激散射效应的定义、表现形式及其主要区别。定义：受激散射效应是光通过光纤介质时，有一部分能量偏离预定的传播方向，且光波的频率发生改变，这种现象称为受激散射效应。表现形式：受激散射效应表现形式有两种，即受激布里渊散射和受激拉曼散射。这两种散射都可以理解为一个高能量的光子被散射成一个低能量的光子，同时产生一个能量为两个光子能量差的另一个能量子。主要区别：两种散射的主要区别在于受激拉曼散射的剩余能量转变为光频声子，而受激布里渊散射转变为声频声子；光纤中的受激布里渊散射只发生在后向，受激拉曼散射主要是前向。受激布里渊散射和受激拉曼散射都使得入射光能量降低，在光纤中形成一种损耗机制。在较低光功率下，这些散射可以忽略。当入射光功率超过一定阈值后，受激散射效应随入射光功率成指数增加。102. 阐述光纤的折射率扰动所引起的各种非线性效应。折射率扰动主要引起自相位调制(spm)、交叉相位调制(xpm)、四波