Вопросы к экзамену без коллоквиума по курсу "Оптика".

Крылов И. Р. 2019-2020 учебный год.

1. Излучение ускоренно движущегося заряда и излучение диполя. Диаграмма направленности излучения диполя.

2. Волновые уравнения для светового поля в прозрачной изотропной среде. Параметры плоской монохроматической волны: комплексная и вещественная амплитуды, частота, волновой вектор, волновое число, фаза волны. Фазовая и групповая скорость волны. Показатель преломления.

3. Поперечность световых волн в прозрачной изотропной среде. Соотношение E и H в бегущей световой волне. Интенсивность света. Связь интенсивности света с напряженностью светового поля.

4. Линейная поляризация света. Единичный вектор поляризации. Механизм поглощения света и уменьшения фазовой скорости света в среде. Пленочный поляризатор или поляроид. Поляроидные очки для стереокино. Циркулярно поляризованный свет или свет круговой поляризации. Единичный вектор круговой поляризации. Эллиптическая поляризация света. Единичный вектор эллиптической поляризации.

5. Стоячие световые волны. Узлы и пучности стоячих волн. Отражение света от идеального и неидеального металлического зеркала. Инверсия заселенностей лазерной среды. Усиление света. Генерация света лазером. Продольные и поперечные моды лазера. Управление частотой генерации лазера. Пленка Троицкого. Селекция лазерных мод.

6. Приемники света: фоторезистор, фотодиод, ФЭУ, лавинный фотодиод. Полупроводниковые лазеры. Управление частотой генерации.

7. Полупроводниковые лазеры с нелинейным кристаллом. Центр инверсии, хиральность, оптическая активность. Условие фазового синхронизма. Излучение Вавилова — Черенкова, оптическая схема детектора.

8. Закон преломления (закон Снеллиуса) и закон отражения света. Формулы Френеля. Амплитудные коэффициенты отражения и пропускания света.

9. Угол Брюстера и брюстеровские окна лазерных трубок. Коэффициенты отражения и пропускания по энергии.

10. Потеря полуволны при отражении от оптически более плотной среды при нормальном и скользящем падении света. Отражение света при скользящем падении луча. Зеркало телескопа для мягкого рентгеновского излучения. Рентгеновский телескоп для жестких рентгеновских лучей.

11. Полное внутреннее отражение. Полное внутреннее отражение в 45⁰-ой стеклянной призме, условие отражения без потерь. Уголковый отражатель. Измерение расстояния от Земли до Луны.

12. Плоская неоднородная световая волна, возникающая при полном внутреннем отражении света. Экспериментальное наблюдение плоской неоднородной волны. Светоделительный куб. Оптический контакт.

13. Фазовый сдвиг при полном внутреннем отражении. Параллелепипед Френеля. Получение света круговой поляризации из света линейной поляризации.

14. Направления векторов D, E, B, H, k, S для плоской световой волны в кристалле. Лучевая и фазовая скорости световой волны в кристалле.

15. Фазовая пластинка. Пластинки λ / 2 и λ / 4. Получение света круговой поляризации из света линейной поляризации. Поворот линейной поляризации света.

16. Лучевой эллипсоид. Определение поляризации и лучевой скорости по лучевому эллипсоиду (без доказательства). Оптическая ось кристалла, одноосные и двуосные кристаллы. Обыкновенный и необыкновенный луч.

17. Поляризаторы света на основе призм Николя и Волластона.

18. Центрированные оптические системы. Оптическая ось. Приближение параксиальной оптики. Опорная плоскость. Координаты луча. Матрица трансляции. Матрица преломления на сферической границе. Матричная оптика.

19. Оптическая сила сферической границы. Оптическая сила тонкой линзы. Сопряженные плоскости. Формула тонкой линзы для оптической силы.

20. Фокальная плоскость тонкой линзы. Фокус. Фокусное расстояние. Построение изображений в тонкой линзе. Действительное и мнимое изображения. Построение хода произвольного луча при прохождении тонкой линзы. Сферическое зеркало и его фокусное расстояние.

21. Матрица толстой линзы. Главные плоскости центрированной оптической системы и их использование для построения изображений. Гомоцентрический пучок лучей. Приведенный радиус кривизны. Правило ABCD.

22. Глаз: радужная оболочка, зрачок, хрусталик, сетчатка. Аккомодация глаза. Свет и цвет. Три цвета радуги, три цветных светодиода в одной точке монитора, три краски струйного принтера. Лупа. Увеличение лупы. Окуляр.

23. Подзорная труба или телескоп. Подзорная труба Кеплера, подзорная труба Галилея. Угловое увеличение телескопа. Микроскоп.

24. Призменный спектрометр. Линзы спектрометра: конденсорная, коллиматорная, объектив, окуляр. Нормальная ширина щели. Градуировка спектрометра.

25. Аберрация. Хроматическая и сферическая аберрация, астигматизм, дисторсия, кома.

26. Распространение света в неоднородной среде. Эйконал. Уравнение эйконала. Уравнение для вычисления траектории луча в неоднородной среде.

27. Распространение света в среде, где показатель преломления зависит только от вертикальной координаты. Уравнение n sin(α) = const. Рефракция. Миражи.

28. Принцип Ферма. Рефракция. Миражи.

29. Диапазоны электромагнитных волн и источники излучения. Разложение светового поля по частотам. Ряды Фурье для светового поля.

30. Спектр света. Спектр экспоненциально затухающего светового цуга.

31. Спектр огибающей светового импульса и спектр самого импульса. Соотношение неопределенности частоты и времени (без доказательства).

32. Явление интерференции. Ширина полос. Видность. Интенсивность света при сложении двух световых волн ортогональных поляризаций. Интенсивность света при сложении двух световых волн одинаковой поляризации как функция разности фаз.

33. Связь ширины интерференционных полос и угла между интерферирующими волнами. Интерференция лазерных и интерференция нелазерных источников света.

34. Получение интерференции методом деления амплитуды. Интерференция волн отраженной и прошедшей полупрозрачную пластинку. Интерференция света при отражении от плоскопараллельной пластинки. Интерферометр Майкельсона. Ширина интерференционных полос в этих опытах.

35. Получение интерференции методом деления волнового фронта. Опыт Юнга. Бипризма Френеля. Зеркало Ллойда. Билинза Бийе. Ширина интерференционных полос в этих методах.

36. Порядок интерференции или номер интерференционной полосы. Когерентность, частично когерентный свет. Квазимонохроматический свет. Относительная спектральная ширина источника света. Длина и время когерентности. Механизм смазывания интерференционной картины за счет немонохроматичности источника света.

37. Пространственная когерентность. Длина пространственной когерентности. Апертура интерференции, максимально допустимая апертура интерференции. Механизм смазывания интерференционной картины за счет протяженности источника света. Объем когерентности.

38. Звездный интерферометр Майкельсона. Измерение угловых размеров звезд.

39. Локализация интерференционной картины на примере наблюдения интерференции в схеме с бипризмой Френеля. Полосы равного наклона при отражении света от плоскопараллельной пластинки.

40. Полосы равной толщины при отражении света от тонкой пленки. Кольца Ньютона.

41. Полосы равной толщины и равного наклона в интерферометре Майкельсона. Интерферометр Жамена. Интерферометр Рождественского (Маха-Цендера). Интерферометр Рэлея.

42. Скалярная теория дифракции Кирхгофа. Коэффициент наклона. Применение теории Кирхгофа к дифракции света на отверстии произвольной формы в плоском экране.

43. Зоны Френеля. Радиусы зон Френеля. Векторные диаграммы для зон Френеля. Пятно Пуассона.

44. Зонная пластинка. Фокус зонной пластинки. Отношение интенсивностей в фокусе линзы и зонной пластинки. Ложные фокусы зонной пластинки. Дифракция Фраунгофера на круглом отверстии.

45. Дифракция Фраунгофера на одной щели. Дифракция Фраунгофера на прямоугольном отверстии.

46. Принцип Бабине. Дифракция Френеля на краю экрана. Спираль Корню.

47. Дифракционная решетка. Главные дифракционные максимумы. Угловая ширина главного максимума. Побочные максимумы дифракционной решетки. Спектральное разрешение решетки. Критерий Рэлея.

48. Аппаратная функция дифракционной решетки. Дифракционная решетка с отсутствующими четными главными дифракционными максимумами.

49. Голограмма плоской световой волны. Голограмма точки при нормальном падении опорной волны. Голограмма точки при наклонном падении опорной волны. Плоская голограмма протяженного объекта. Голографическая интерферометрия. Толстослойная голограмма. Метод Денисюка.

50. Дифракционный предел разрешения телескопа и глаза. Понятие о разрешающей способности микроскопа.

51. Модель атома Томсона. Комплексная поляризуемость атомов.

52. Комплексный показатель преломления. Его связь с коэффициентом поглощения и вещественным показателем преломления. Закон Бугера — Ламберта — Бера.

53. Лоренцевская форма линии поглощения в модели атома Томсона. Нормальная и аномальная дисперсия света.

54. Однородный (лоренцевский) и неоднородный (доплеровский) контур спектральной линии.

55. Причина неравенства n > 1 в области прозрачности среды.

56. Оптика плазмы. Оптика металлов. Прозрачность сред для рентгеновского излучения.

57. Термодинамика света. Абсолютно черное тело. Закон Кирхгофа. Закон Стефана — Больцмана. Закон смещения Вина. Формула Планка.

58. Дифракция рентгеновских лучей на кристалле. Лауэграммы. Условие Вульфа — Брэгга для дифракции монохроматических рентгеновских лучей на поликристаллическом порошке.

59. Фотоэффект. Опыты Столетова. Красная граница фотоэффекта. Формула Эйнштейна.

60. Эффект Комптона. Световое давление. Корпускулярная и волновая трактовка.

Срочно забыть.

1. Оптика, как предмет физики.

2. Световые волны в прозрачной изотропной среде.

3. Частные решения волнового уравнения.

4. Обычно групповая скорость света меньше фазовой скорости.

5. Старое определение плоскости поляризации.

6. Коэффициенты Эйнштейна.

7. Уровни энергии твердого тела.

8. Полупроводники n- и p- типа.

9. Полупроводниковый диод.

10. Светодиод.

11. Лазерный дальномер.

12. Лучевая и фазовая скорости в простейшем частном случае.

13. Построение двойной лучевой поверхности с помощью лучевого эллипсоида.

14. Построения Гюйгенса в изотропной и анизотропной среде.

15. Гауссов пучок — хорошее приближение для описания лазерного пучка лучей.

16. Фотометрический парадокс Ольберса.

17. Апертурная диафрагма. Входной и выходной зрачок. Апертура. Относительное отверстие.

18. Эйконал по Бутикову.

19. Из принципа Ферма можно получить закон преломления.

20. Теорема Парсеваля.

21. Соотношение неопределенности Гейзенберга.

22. Интегральная теорема Кирхгофа.

23. Трудности теории дифракции Кирхгофа.

24. Формулы Стрэттона — Чу.

25. Теория дифракции Френеля. Построения Гюйгенса.

26. Дифракция Фраунгофера и фурье-образ амплитудного коэффициента пропускания экрана.

27. Алгоритм Герчберга — Сакстона (Gerchberg–Saxton algorithm).

28. Отражательная решетка с профилированным штрихом.

29. Эффект Фарадея.

30. Естественное вращение плоскости поляризации.

31. Оптическая развязка или оптический диод.

32. Невзаимный элемент или ячейка Фарадея.

33. Лазерный гироскоп.

34. Эффект Керра.

35. Ячейка Керра — быстрый оптический затвор.

36. Эффект Поккельса.

37. Эффект Коттона — Мутона.

38. Рэлеевское рассеяние света в мутной среде.

39. Рэлеевское рассеяние света на флуктуациях плотности газа.

40. Интерферометр Фабри — Перо.

41. Нелинейная оптика.

42. Оптическое удвоение частоты. Оптическое детектирование.

43. Самофокусировка.

44. Комбинационное или рамановское рассеяние света.

45. Обращение волнового фронта (вариант 1). Динамическая голография или четырехволновое взаимодействие.

46. Обращение волнового фронта (вариант 2). Вынужденное рассеяние Мандельштама — Бриллюэна (ВРМБ).

47. Лазерное охлаждение.

48. Дисперсионные соотношения Крамерса — Кронига.

49. Линза Френеля.

50. Фурье-спектрометр.

51. Любопытные оптические явления: стробоскопический эффект в дневном свете, радуга, глория, венцы, гало, фата-моргана, норвежская спиральная аномалия.

52. Зеркальный ящик. Плотность возможных состояний в пространстве импульсов или волновых векторов.

53. Оптический аналог опыта Брауна — Твисса. Понятие об эффекте группировки фотонов. Параметр вырождения света.