《高等光学》考试大纲

一、  考 试 性 质

本高等光学考试是为中国科学院长春光学精密机械与物理研究所招收光学专业和光学工程专业博士研究生而设置的选拔考试。它的主要目的是测试考生对光学理论知识和工程问题的综合素质，包括对高等光学各项内容的掌握程度和应用相关的理论知识解决实际工程问题的能力。考试对象为参加中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光学专业和光学工程专业考试的考生。

本大纲为考生提供复习指导、划定考试范围、指定主要参考书目，其内容为对考生的基本要求。

二、  考试的基本要求

要求考生系统地理解高等光学的基本概念、基础知识和基本理论，熟悉典型的光学系统，掌握处理光学问题的基本方法，对高等光学在实际中的应用有一定的了解。要求考生具有数学运算能力、空间想象能力、逻辑推理能力，以及综合运用所学的光学知识构建数学模型，分析和解决光学相关工程问题的能力。

三、  考试方法和考试时间

考试采用闭卷笔试形式，试卷满分为100分，考试时间为180分钟。

四、考试内容和考试要求

（一）光的基本电磁理论

考试内容

电磁场的基本方程组（麦克斯韦方程组、物质方程），光的标量波表示，矢量波、各种偏振态的矩阵表示，琼斯矩阵，光波在介质分界面上的反射和折射，光学薄膜。

考试要求

1. 理解电磁场各物理量的基本概念、相互联系与物理本质；

2. 理解光波的波动特性，掌握标量场的表示形式、矢量波的表示形式；

3. 掌握平面波、球面波、高斯光的表示，角谱及角谱传播；

4. 理解全反射、倏逝波的物理图景；

5. 掌握使用琼斯矩阵表示各种不同的偏振态；

6. 掌握薄膜的研究方法，尤其是周期性多层膜的设计和功能；

7. 掌握光波、物质的表示方法，并会根据物理模型建立所需解决问题的数学表达式。

（二）光波的叠加与相干性、干涉仪

考试内容

光波的叠加原理，光的相干条件，时间相干性与空间相干性，干涉条纹的定域，部分相干光理论。

考试要求

1. 理解叠加原理、波干涉的物理本质，以及光干涉需要满足的条件；

2. 理解时间相干性的本质，掌握不同光谱线型对条纹可见度函数的影响；

3. 理解空间相干性的来源，掌握光源尺度及光强分布对条纹可见度函数的影响；

4. 理解各种干涉装置的结构、原理、表征方法、干涉性能评测的物理参量，根据实际需求，会选择合适的干涉装置；

5. 理解干涉条纹的定域特性以及光源的特性对干涉条纹定域的影响；

6. 掌握非单色光的解析表达，理解光场相干性的描述、光场的功率谱和互谱。

（三）标量衍射理论

考试内容

线性系统与线性不变系统，惠更斯－菲涅耳原理，标量衍射理论（菲涅耳衍射、夫琅和费衍射），典型光学结构的衍射理论处理，光栅衍射（黑白光栅、正弦光栅、闪耀光栅）。

考试要求

1. 掌握线性系统与线性不变系统的表示形式，理解线性不变系统在空域与频域的物理本质；

2. 熟悉惠更斯-菲涅尔原理，并能理解各项表征的物理意义；

3. 掌握标量场衍射理论，能够从格林定理出发，给出菲涅尔衍射公式的两种表示形式，以及夫琅和费衍射公式，并结合中间条件，理解标量场衍射理论的适用范围；

4. 熟悉典型光学结构（圆孔、矩形、周期结构等）振幅透过率的数学表示，能够计算给出典型结构的夫琅和费衍射；

5. 熟悉菲涅耳衍射的近似计算方法，掌握泰伯效应、巴比涅原理；

6. 掌握周期结构（光栅）的夫琅和费衍射特点，以及利用这些特点设计相关的光学仪器。

（四）傅里叶变换光学

考试内容

透镜的位相变换性质，光波场的空间频谱分析，阿贝成像理论，相干空间滤波，单透镜成像，相干传递函数，光学传递函数，全息照相

考试要求

1. 掌握透镜的位相变换性及其傅里叶变换性质，理解典型光路(2-f,4f光路) 在光学信息处理中的应用；

2. 理解光波的空间频率分析、阿贝成像理论、相干空间滤波理论，并会利用这些性质进行光学信息处理；

3. 理解衍射受限、单透镜成像，并会利用相干传递函数、光学传递函数分析、评价相干光学成像和非相干光学成像系统的性能；

4. 理解波前记录与波前读取的基本原理。

（五）晶体光学基础及晶体光学效应

考试内容

各向异性介质中的极化和介电张量，光学晶体，折射率椭球，单轴晶体中的o光和e光，偏振棱镜和波片，晶体的电光效应、声光效应、旋光效应和磁光效应

考试要求

1. 理解各向异性介质的极化和介电张量的物理意义，以及光波各物理参量在各向异性介质中的特点；

2. 掌握光学晶体的对称性与光学性质的联系；

3. 理解并掌握折射率椭球，会分析计算单轴晶体中光波的传播行为；

4. 掌握单轴晶体中o光和e光的本质，并会利用其特点分析、设计波片、偏振器等光学元件；

5. 掌握电光效应（Pockels效应和Kerr效应），并会利用此效应对光信号进行调制；

6. 理解弹光、声光、旋光和磁光效应，并会分析设计基于这些效应的光学器件（及系统）。

五、主要参考书目

季家镕，《高等光学教程－光学的基本电磁理论》，科学出版社，2007年第一版，以及其后的任何一个版本均可。

编制单位：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所

编制日期：2020年9月