天津大学硕士研究生入学考试业务课考试大纲

课程编号：  809          课程名称: 《光电子学基础》

专业：     物理电子学，光电子技术

一、 考试的总体要求
考查考生是否具备基本的光电子学的物理学基础，或是否了解主要的光电子应用技术及原理。其中物理学基础包括《量子力学》与《电动力学》两门课程；光电子技术包括《激光原理》、《激光技术》和《物理光学》三门课程。主要考查考生对基本概念的理解是否正确，是否具有应用原理灵活解决具体问题的能力，能否简洁、准确表达解决问题的过程和结果。
二、 考试的内容及比例
与物理学基础相关的考试内容涉及《量子力学》与《电动力学》两门课程；与光电子技术相关的考试内容涉及《激光原理》、《激光技术》和《物理光学》三门课程。考试内容以大题为单元，共10道大题，任选5道大题做答，多选无效。每道大题30分。其中《量子力学》3道大题，《电动力学》2道大题；《激光原理》2道大题，《激光技术》1道大题，《物理光学》2道大题。每门课程的详细考试大纲及参考书目请见附录。每道大题可以是若干小题的集合，或若干关联的小问题，主要考查考生对基本概念的理解是否正确，是否具有应用原理灵活解决具体问题的能力，能否简洁、准确表达解题过程和结果。这三方面的考查内容的比例大约为3：2：1。

三、 考试的题型及比例
共10道大题，任选5道大题做答，多选无效。每道大题可以是若干小题的集合，或若干关联的小问题。题型包括基本概念考查题，分析论证推导题，数值估算题等等。原则上概念考查题比例较大，约60％，其余题型比例每年都有调整，并不严格固定。

四、 考试形式及时间
考试形式为笔试，考试时间为3小时。

 

附录

《量子力学》 部分：
1. 量子力学基本原理与假设的全部内容
2. 表象理论，微扰理论，散射理论，全同粒子理论中与光的发射、吸收和散射有关的内容，包括光谱的精细结构，泡利原理等

《电动力学》部分：
1. 电磁现象的基本概念及相关定理
静电场的麦克斯韦方程组，介质中的静电场的麦克斯韦方程组，电磁场的边界条件；电磁场的能量和能流关系。
2. 静电场和稳恒电流磁场的基本概念及求解方法
静电势，矢势，磁标势，电偶极矩，电四极矩，磁偶极矩，格林函数
3. 电磁波的基本概念及传播规律
ⅰ）在无边界空间中的传播规律－平面电磁波，
ⅱ）在有边界空间中的传播规律－电磁波在理想导体、导体和介质表面的反射透射规律，电磁波在波导管中的传播规律，电磁波在谐振腔中的共振模式，光波在光学谐振腔中的共振模式，即高斯光束。
4. 电磁波辐射的基本概念及规律
电偶极辐射，电四级辐射，天线辐射，磁偶极辐射，电磁场的动量
5. 带电粒子和电磁波相互作用的基本概念及原理
高速运动的带电粒子产生的电磁场辐射规律，包括切伦柯夫辐射，电磁波的散射吸收和介质色散的基本理论。

《激光原理》部分：

1．激光的基本概念(7～8分)
光的受激辐射基本概念；激光的特性。
2．光学谐振腔及高斯光束的基本理论(约30分)
       (1)光腔理论的一般问题：光学谐振腔与模(纵模与横模)的基本概念；共轴球面腔的稳定性条件；光腔的损耗。
       (2)稳定球面腔：对称共焦腔的自再现模及其行波场及其计算。
       (3)高斯光束：高斯光束的基本性质；高斯光束q参数的变换规律(ABCD法则)；高斯光束的聚焦与准直；高斯光束的自再现变换与稳定球面腔；高斯光束模式的匹配。
3．激光器的工作特性(22～23分)
       (1)电磁场和物质相互作用：光谱线加宽和线型函数；自然加宽和碰撞加宽(均匀加宽)；多普勒加宽(非均匀加宽)；激光器的速率方程。
       (2)连续激光器的增益与工作特性：增益系数与小信号增益；均匀加宽、非均匀加宽及综合加宽工作物质的增益饱和特性；连续激光器的工作特性；单模激光器的线宽极限；激光器的频率牵引。
4．题型及比例：
试卷以问答题和计算题为主，辅以填空题。问答题占一40％，计算题占一60％。

 

《激光技术》部分：

调制的基本概念、基本原理（振幅调制、强度调制、相位调制、频率调制、脉冲调制）；
实现调制的方法（电光调制、声光调制、直接调制）及其原理和结构。
调Q的基本概念和基本理论；
实现调Q的方法（电光调Q、声光调Q和被动式可饱和吸收调Q）及其原理和结构。
锁膜的基本概念和理论；
实现锁膜的方法：
(1) 主动锁膜（振幅调制锁膜、相位调制锁膜），主动锁膜激光器的结构及其设计要点。
(2) 被动锁膜的基本原理。
(3) 自锁膜的概念。

激光放大的基本概念；
脉冲放大器的理论，设计放大器应考虑的问题。
激光模式的基本概念；
横模选择原理和方法；
纵模选择原理和方法。

 

《物理光学》部分

光波的基本性质及其数学描述：
波动的数学描述和标量波：波动概念和性质；简谐平面波常用物理量：时间周期、空间周期、时间频率、空间频率、时间角频率（圆频率）、空间角频率（传播数）之间的关系；平面波、球面波的特点和表示方法及基模高斯波的特点；相位、等相面、相速度、群速度的概念；均匀波和非均匀波的概念；空间频率的概念和近z轴条件下的表达式。
偏振态：光波的五种偏振光：线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光、自然光和部分偏振光的特点及传播过程中的变化规律；产生线偏振光的方法；光波单色性与偏振的概念以及两者之间的关系。
电磁波：平面电磁波的性质；光强度（辐射通量密度）的概念和表达式 。
光波在各向同性媒质界面上的反射和折射：反射率、透射率和光强的关系及其影响因素；垂直入射时的菲涅尔公式；布儒斯特定律及布儒斯特角入射时反射光强和透射光强的关系；反射时产生相移（半波损失）的几种情况（尤其是垂直入射时）；外反射和全内反射时偏振态的变化；全内反射的条件和规律。
双光束干涉和多光束干涉：
（1）两单色波的干涉：相干和干涉的概念和两者间的关系；两点光源的干涉，形成空间回转双曲面的规律；干涉条纹的定域和非定域的概念和决定因素；光程差和位相差的概念、表达式和它们之间的关系；干涉条纹可见度的概念及影响干涉条纹可见度的因素。
（2）各种干涉现象的规律和特点：双缝干涉和薄板干涉的规律，装置中条件变化后，会分析光程差和位相差的变化；迈克尔逊干涉仪的特点及补偿板的作用。
（3）光波场的时间相干性和空间相干性：相干长度和相干时间的概念；时间相干性和空间相干性的概念，它们与光源性质的关系，两种相干性与干涉条纹可见度的关系。
（4）多光束干涉: 平行平板多光束干涉的规律和反射光、透射光相对光强表达式；法-珀干涉仪的特性，分光原理、滤光原理、自由光谱范围（标准具常数）的概念；光学薄膜中 膜系的单层膜和多层高反射膜的特点，会分析增加反射或透射的干涉原理。
光的衍射：
（1）衍射基本理论和两种衍射：标量衍射理论：记住常用菲涅尔－基尔霍夫衍射积分公式；菲涅尔衍射和夫琅和菲衍射的概念；两种衍射的主要区别；夫琅和菲衍射花样的重要性质。
（2）各种开孔的夫琅和菲衍射规律和应用：单缝衍射、圆孔衍射、双缝和多缝衍射的特点和规律、衍射角宽度、光强分布；提高光学仪器分辨本领的方法。
（3）衍射光栅原理和应用：光栅方程；最大光谱级次；光栅的分辨本领和色散本领的概念、表达式；闪耀光栅的原理及主闪耀条件。
（4）傅立叶光学在衍射中的应用：空间频率和空间滤波的概念；阿贝成像原理、 调制的概念；会画出各种开孔（单缝、圆孔、双缝、多缝、椭圆孔、方形孔、双圆孔、二维光栅等）的夫琅和菲衍射花样简图；干涉和衍射的相同点和不同点。
晶体光学：
（1）晶体光学的三个重要结论：晶体中波法线方向 与光线方向 分离，电位移矢量  与电场 分离，始终保持 ；在晶体中的每个波法线方向 允许两个相互垂直的、具有不同折射率和相速度的线偏振光o光和e光存在，o光垂直于光轴所在平面振动， e光在光轴所在平面内振动；对于正单轴晶体， ，光线方向 比波法线方向 更靠近光轴，对于负单轴晶体， ，光线方向 比波法线方向 更远离光轴，e光线方向 与波法线方向 存在分离角 。
（2）光波在晶体中传播的几何表示：折射率椭球和折射率曲面的性质；折射率椭球中波法线方向 平行于光轴、垂直于光轴、为任意方向的三种情况下，o光和e光传播方向和折射率的变化规律。
（3）平面光波在各向异性媒质界面上的反射和折射：存在双折射和双反射，记住光波经晶体后的相位延迟表达式 （所有的量均是对波法线方向 而言）；会分析在单轴晶体中波法线方向 平行于光轴、垂直于光轴、为任意方向的几种情况下，o光和e光在晶体中和出射晶体的传播方向、振动方向和偏振态的变化规律。
（4）偏振器和补偿器的原理和应用：会分析光波在以格兰棱镜、渥拉斯顿棱镜为代表的偏振棱镜中的传播方向和偏振方向；掌握 波片和 波片的原理、作用及其应用。
（5）晶体的偏光干涉和旋光性：光波通过两个正交偏振器间的晶体后的干涉原理、两个偏振器的作用；晶体的偏光干涉与薄板、迈克尔逊干涉仪等干涉的区别；旋光性的规律，旋光片与半波片的区别。