Основы физической и квантовой оптики

1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ ОБ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЕ
Вопрос 1 . Приведите систему уравнений Максвелла.
Вопрос 2. Понятие вектора Пойнтинга.
Вопрос 3 . Дайте определения волнового фронта, волновой поверхности, волнового вектора.
Вопрос 4. Какая электромагнитная волна называется плоской?
Вопрос 5 . Понятие фазовой скорости.
Вопрос 6. Какая взаимосвязь фазовой скорости с групповой?
Вопрос 7. Какая электромагнитная волна называется монохроматической?

2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СВЕТА С ВЕЩЕСТВОМ.
Вопрос 1. Укажите диапазон длин волн видимого света.
Вопрос 2. Физический смысл абсолютного показателя преломления.
Вопрос 3. Понятие оптической и геометрической длины пути электромагнитной волны в веществе.
Вопрос 4. Какие волны называются когерентными? Параметры когерентности.
Вопрос 5. Принцип Ферма.
Вопрос 6. Записать и пояснить рисунком закон отражения и закон преломления света.
Вопрос 7. В чем заключается явление полного внутреннего отражения света? Когда оно возможно? (ответ сопроводить рисунком)

Задача к разделу 2
Имеется оптическое волокно со следующими параметрами nс - абсолютный показатель преломления сердцевины волокна, nо - абсолютный показатель преломления оболочки волокна. Определить предельный угол ( ), числовую апертуру оптического волокна (NA), апертурный угол ( ).
Дано: nс=1,486 nо=1,46
3 Интерференция света
Вопрос 1. Поясните суть терминов «двулучевая» и многолучевая интерференция.
Вопрос 2. Привести схему интерферометра Майкельсона. Кратко пояснить принцип работы.
Вопрос 3. Привести схему интерферометра Фабри-Перо. Кратко пояснить принцип работы.
Вопрос 4. Какая интерференция называется конструктивной (деструктивной)?
Задача к разделу 3
Определить толщину планарного волновода (d), при которой интерференция внутри него будет иметь максимум. - угол, при котором наблюдается полное внутреннее отражение внутри волновода; - длина электромагнитной волны в вакууме; - абсолютный показатель преломления волновода; - абсолютный показатель преломления подложки; - абсолютный показатель воздуха; m=1.

4 ДИФРАКЦИЯ СВЕТА
Вопрос 1. Суть явления дифракции.
Вопрос 2. Отличие дифрагированного света от недифрагированного.
Вопрос 3. В чем заключается принцип Гюйгенса-Френеля?
Вопрос 4. Приведите условия разбиения на зоны Френеля.
Вопрос 5. В чем заключается отличие дифракции Френеля от дифракции Фраунгофера?
Вопрос 6. Условие минимумов и максимумов при дифракции на одной щели (ответ сопроводить рисунком).
Вопрос 7. Что такое дифракционная решетка? Период и длина решетки.
Вопрос 8. Условие главных минимумов и максимумов для дифракционной решетки (ответ сопроводить рисунком).
Вопрос 9. Какому закону подчиняется распределение интенсивности в дифракционном спектре?
Вопрос 10. Суть критерия Рэлея.
Задача к разделу 4

Свет с длиной волны падает на дифракционную решетку (ДР) с периодом d, освещая N щелей ДР. При этом ясно видны первые m дифракционных максимумов. Определить минимальное значение длины волны видимого света, которая может наблюдаться одновременно с длиной волны на интерференционной картине.
Дано:
λ=0,46 мкм
d=3,5 мкм
m=7
N=30

5. ДИСПЕРСИЯ
Вопрос 1. Какое явление называется «материальной дисперсией»?
Вопрос 2. Постройте зависимость абсолютного показателя преломления от частоты в случае, когда диэлектрик неидеален и имеет 2 валентных электрона с различными собственными частотами.
Вопрос 3. Дайте понятия областей нормальной и аномальной дисперсии.
Вопрос 4. Объяснить влияние дисперсии на форму импульса при распространении по оптическому волокну.
Вопрос 5. Понятие длительности импульса (ответ сопроводить рисунком).
Вопрос 6. Перечислите виды внутримодовой дисперсии.
Вопрос 7. Как уменьшить влияние межмодовой дисперсии?
Задача к разделу 5
Определить длительность импульса на выходе из стекловолокна, если длительность гауссовского импульса на входе в стекловолокно равна , величина хроматической дисперсии составляет , межмодовая дисперсия равна . Данные приведены в таблица 5.1 и 5.2.
Дано: =130 нс, =175 пс, =15 пс.

6. ПОЛЯРИЗАЦИЯ
Вопрос 1. Что такое поляризация электромагнитного излучения?
Вопрос 2.Назовите оптические устройства, в которых осуществляется поляризация.
Вопрос 3. Какие бывают виды поляризаций электромагнитной волны?
Вопрос 4. Поляризация света в изотропных и анизотропных веществах.
Вопрос 5. В каких случаях обнаруживается искусственное двойное лучепреломление?
Вопрос 6. Что такое угол Брюстера?
Вопрос 7. Суть закона Малюса.
Вопрос 7. Суть эффекта Фарадея.
Задача к разделу 6
Два поляризатора (П1 и П3) расположены так, что оси поляризации образуют прямой угол, а третий поляризатор (П2) размещается между ними так, что ось поляризации его составляет угол с осью поляризации первого поляризатора (П1). Во сколько раз уменьшится интенсивность света, проходящего через такое устройство, если все поляроиды идеальны (потерь нет)? Данные приведены в таблице 6.1

7. ОСНОВЫ ФОТОМЕТРИИ
Вопрос 1. Понятие функции видности.
Вопрос 2. Понятие телесного угла, светового потока, силы света, освещенности, яркости, светимости.
Вопрос 3. Понятие стерадиана, люмена, канделы, люкса.
Вопрос 4. Какой источник называется ламбертовским?

Основы физической и квантовой оптики - вариант № 53