БАЛТИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. И. Канта Программа вступительного экзамена по специальной дисциплине

БАЛТИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. И. Канта
Программа вступительного экзамена по специальной дисциплине
профиля (направленности)
оптика
направления подготовки
03.06.01 – физика и астрономия
1.
Введение в оптику
1.1. Основные законы оптики. Главнейшие этапы развития оптических теорий.
1.2. Волны.
Образование
волны.
Волновое
уравнение.
Излучение
электромагнитных волн: классический излучатель. Лоренцева ширина спектральных
линий и затухание излучения. Монохроматические колебания и волны. Разложение
Фурье. Энергия, переносимая электромагнитной волной. Вектор Умова-Пойтинга.
Поляризации электромагнитных волн.
1.3. Фотометрия. Фотометрические понятия и единицы. Переход от
энергетических величин к световым. Единицы для световых измерений. Приборы
фотометрии.
1.4. Скорость света и методы ее определения. Астрономические методы
определения скорости света. Лабораторные методы определения скорости света. Фазовая
и групповая скорости света.
1.5. Явление Доплера. Эффект Доплера. Проявление в акустике и в оптике.
2.
Интерференция света
2.1. Когерентность. Понятие о когерентности. Интерференция колебаний.
Интерференция волн. Осуществление когерентных волн в оптике. Различные
интерференционные схемы, их основные характеристики. Пространственная
когерентность. Роль поляризации при интерференции поперечных волн. Оптическая
длина пути. Таутохронизм оптических систем. Интерференция немонохроматических
световых пучков.
2.2. Стоячие световые волны. Образование стоячих волн. Опыты Винера.
2.3. Локализация полос интерференции. Цвета тонких пластинок. Кольца
Ньютона. Полосы равного наклона и равной толщины.
2.4. Интерференционные
приборы
и
применения
интерференции.
Интерферометр Жамена. Интерферометр Майкельсона. Интерферемотер Фабри-Перо.
Интерференция при большой разности хода. Некоторые применения интерференционных
методов исследования.
3.
Дифракция света
3.1. Принцип Гюйгенса-Френеля. Зонная пластинка. Графическое вычисление
результирующей амплитуды. Простейшие дифракционные проблемы. Спираль Корню и
применение ее для графического решения дифракционных задач.
3.2. Дифракция в параллельных лучах (дифракция Фраунгофера). Дифракция
Фраунгофера от щели. Влияние ширины щели на дифракционную картину. Влияние
размеров источника света. Дифракция от прямоугольного и круглого отверстий. Гауссовы
пучки. Дифракционная решетка. Наклонное падение лучей на решетку. Фазовые решетки.
Эшелон Майкельсона. Характеристики дифракционных спектральных аппаратов. Роль
спектрального аппарата при анализе светового импульса.
3.3. Дифракция на многомерных структурах. Дифракция на двумерных
структурах. Дифракционные явления на трехмерных структурах. Дифракция
рентгеновских лучей. Дифракция световых волн на ультраакустических волнах.
3.4. Голография. Голографирование плоской волны. Голографирование
сферической волны. Голограммы Френеля трехмерных объектов. Голограмма как элемент
идеальной оптической системы. Получение увеличенных изображений. Голограммы
Фурье. Разрешающая способность голографических систем. Объемные голограммы
(метод Денисюка). Цветные голографические изображения. Применение голографии.
Голографическая интерферометрия.
4.
Геометрическая оптика
4.1. Основные положения геометрической (лучевой) оптики. Основные
определения. Закон преломления и отражения. Принцип взаимности. Преломление (и
отражение) на сферической поверхности. Фокусы сферической поверхности. Изображение
малых предметов при преломлении на сферической поверхности. Увеличение. Теорема
Лагранжа-Гельмгольца. Центрированная оптическая система. Преломление в линзе.
Общая формула линзы. Фокусные расстояния и изображения тонкой линзы.
4.2. Оптические
инструменты.
Дифракционная
теория
оптических
инструментов. Разрешающая сила объектива. Разрешающая сила микроскопа.
Электронный микроскоп. Дифракционные явления в спектрографах (хроматическая
разрешающая сила). Глаз как оптическая система.
5.
Поляризация света
5.1. Естественный и поляризованный свет. Поперечность световых волн.
Распространение света через турмалин. Поляризация при отражении и преломлении света
на границе двух диэлектриков. Ориентация электрического вектора в поляризованном
свете. Закон Малюса. Естественный свет.
5.2. Поляризация при двойном лучепреломлении. Двойное лучепреломление и
поляризация света при прохождении через кристалл исландского шпата.
Поляризационные приспособления.
5.3. Интерференция поляризованных лучей. Опыты Френеля и Араго.
Эллиптическая и круговая поляризация света. Внутренняя структура естественного света.
Обнаружение и анализ эллиптически-циркулярно-поляризованного света.
6.
Распространение света через границу раздела двух сред
6.1. Отражение и преломление света на границе двух диэлектриков. Формулы
Френеля. Поляризация света при прохождении через границу двух диэлектриков. Закон
Брюстера.
6.2. Полное внутреннее отражение. Явление полного внутреннего отражения.
Исследование отраженной волны. Эллиптическая поляризация. Исследование
преломленной волны.
6.3. Основы металлооптики. Характеристика оптических свойств металла.
Оптические постоянные металлов и их определение.
7.
Оптика анизотропных сред
7.1. Основы кристаллооптики. Анизотропные среды. Оптические свойства
анизотропной среды. Поверхность волны (лучевая) и поверхность нормалей. Одноосные и
двуосные кристаллы. Цвета кристаллических пластинок и интерференция
поляризованных лучей. Эффекты пространственной дисперсии. Оптическая анизотропия
кубических кристаллов.
7.2. Искусственная анизотропия. Анизотропия, возникающая при деформациях.
Двойное лучепреломление в электрическом поле (явление Керра). Двойное
лучепреломление в магнитном поле (явление КоттонаМутона)
2
8.
Молекулярная оптика
8.1. Дисперсия и абсорбция света. Дисперсия света. Основы классической
теории дисперсии света. Элементы квантовой теории дисперсии. Поглощение (абсорбция)
света. Закон Бугера.
8.2. Рассеяние света. Прохождение света через оптически неоднородную среду.
Молекулярное рассеяние света. Спектры
молекулярного рассеяния света.
Комбинационное рассеяние света.
8.3. Вращение плоскости поляризации. Вращение плоскости поляризации в
кристаллах. Вращение плоскости поляризации в аморфных веществах. Сахариметрия.
Теория вращения плоскости поляризации. Магнитное вращение плоскости поляризации.
8.4. Явление Зеемана. Сущность явления Зеемана. Элементарная теория явления
Зеемана. Аномальный (сложный) эффект Зеемана. Явление Штарка.
9.
Квантовые свойства света
9.1. Фотоэлектрический эффект. Законы фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна.
Внутренний фотоэффект. Фотоэлектронные приборы и их применения. Оптоэлектроника.
9.2. Явление Комптона. Сущность явления Комптона и его законы. Теория
явления Комптона. Эффект Доплера и гипотеза световых квантов.
9.3. Давление света. Экспериментальное изучение давления света. Давление
света в рамках теории фотонов.
9.4. Химические
действия
света.
Основные
законы
фотохимии.
Сенсибилизированные фотохимические реакции. Восприятие света глазом.
10.
Тепловое излучение
10.1. Законы теплового излучения. Тепловое излучение. Закон Кирхгофа.
Применение закона Кирхгофа. Абсолютно черное тело. Излучение нечерных тел. Закон
Стефана-Больцмана. Закон смещения Вина. Формула излучения Планка.
10.2. Применения законов теплового излучения. Оптическая пирометрия.
11.
Люминесценция
11.1. Излучение атомов и молекул. Спектральные закономерности. Линейчатые
спектры. Квантово-механическая теория Бора. Атом водорода. Вывод формулы Планка по
Эйнштейну. Вероятности квантовых переходов: спонтанные и вынужденные переходы.
Виды движения в молекулах и их квантование. Спектры поглощения
молекул
инфракрасной области спектра. Цветность вещества.
11.2. Фотолюминесценция. Флуоресценция молекул. Фотолюминесценция
жидкостей и твердых тел. Спектральный состав люминесценции. Правило Стокса. Закон
зеркальной симметрии Левшина-Вавилова. Длительность фотолюминесценции.
Кристаллические фосфоры. Люминесцентный анализ. Люминесцентные источники света.
11.3. Излучение Вавилова-Черенкова.
12.
Лазеры. Нелинейная оптика
12.1. Лазеры. Поглощение и усиление излучения, распространяющегося в среде.
Эффект насыщения. Принцип действия оптического квантового генератора. Описание
устройства и работы рубинового лазера. Гелий-неоновый лазер непрерывного действия.
Спектр излучения лазеров. Конфигурация светового поля, создаваемого лазерами. Моды
колебаний. Генерация гигантского импульса. Квантовые усилители. Методы модуляции
добротности. Полупроводниковые лазеры. Жидкостные лазеры.
12.2. Нелинейная оптика. Распространение группы волн в нелинейной среде.
Основы теории нелинейной дисперсии. Генерация
гармоник. Самофокусировка.
Отражение волн в нелинейной оптике. Параметрические нелинейные явления.
Вынужденное комбинационное рассеяние света.
3
Литература
1.
Бондарев Б.В. Курс общей физики. В 3 кн. Кн. 2. Электромагнетизм.
Волновая оптика. Квантовая физика: учеб. пособие / Б.В. Бондарев, Н.П. Калашников,
Г.Г. Спирин. – М.: Высш. Шк., 2003. – 438 с.
2.
Леденев А.Н. Физика. В 5 кн. Кн. 4. Колебания и волны. Оптика. – М.:
ФИЗМАТЛИТ, 2005. – 256 с.
3.
Борн М., Вольф Э. Основы оптики. – М.: Наука, 1970.
4.
Матвеев А.Н. Оптика. – М.: Высшая школа, 1985.
5.
Сивухин Д.В. Общий курс физики. Оптика. – М.: Наука, 1980.
6.
Ахманов С.А., Дьяков Ю.Е., Чиркин А.С. Введение в статистическую
радиофизику и оптику. – М.: Наука, 1981.
7.
Мандель Л., Вольф Э. Оптическая когерентность и квантовая оптика. – М.:
Физматлит, 2000.
8.
Клышко Д.Н. Физические основы квантовой электроники. – М.: Наука, 1986.
9.
Левшин Л.В., Салецкий А.М. Люминесценция и ее измерения (молекулярная
люминесценция). – М.: Изд-во МГУ, 1989.
10.
Карлов Н.В. Лекции по квантовой электронике. – М.: Наука, 1988.
4