Вопросы к экзамену по оптике

Вопросы для подготовки к экзамену по оптике и атомной физике.

1.Предмет оптики и эволюция представлений о природе света (три модели света).

2.Геометрическая оптика. Законы геометрической оптики. Принцип Ферма.

3.Центрированная оптическая система, ее кардинальные элементы. Правило знаков.

4.Обобщенная формула центрированной оптической системы.

5.Тонкая линза. Сферическое зеркало.

6.Лупа, зрительная труба, микроскоп.

7.Глаз и зрение.

8.Электромагнитная теория света. Уравнения Максвелла. Волновое уравнение. Плоская монохроматическая волна, ее параметры и свойства.

9.Интерференция световых волн. Разность фаз и оптическая разность хода, связь между ними. Условие максимумов и минимумов интерференции.

10.Интерференция в тонких пленках. Полосы равной толщины и равного наклона.

11.Когерентность. Временная и пространственная когерентность.

12.Способы наблюдения интерференции световых волн. Классические интерференционные опыты на основе схемы Юнга.

13.Многолучевая интерференция: а) интерференция волн одинаковой интенсивности;

б) интерференция волн с монотонно убывающей интенсивностью

14.Практические применения интерференции: интерферометры, просветление оптики.

15.Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Виды дифракции. Границы дифракционных приближений.

16.Метод зон Френеля. Вычисление амплитуды и интенсивности света методом алгебраического

и геометрического суммирования.

17Дифракция Френеля на простейших преградах (круглом отверстии, круглом экране, крае полуплоскости). Спираль Корню.

18.Дифракция Фраунгофера на щели и на системе щелей. Дифракционные решетки.

19.Взаимодействие света с веществом. Дисперсия света. Электронная теория дисперсии.

20.Ослабление оптического излучения в мутных средах. Закон Бугера.

21.Поляризация света. Полностью поляризованный, естественный и частично-поляризованный свет.

22Анализ состояния поляризации света. Закон Малюса. Степень поляризации

23Анизотропия среды: двойное лучепреломление. Распространение света в двулучепреломляющем кристалле.

24.Преобразование поляризации на основе двойного лучепреломления: четверть- и полуволновые пластинки, призма Николя.

25.Анизотропия среды: естественная оптическая активность. Вращение плоскости поляризации.

26.Искусственная анизотропия среды: магнитооптический эффект Фарадея и электрооптический эффект Керра.

27.Поляризация света при отражении. Закон Брюстера.

28.Источники света. Тепловое излучение. Закон Кирхгофа.

29.Абсолютно черное тело. Законы излучения абсолютно черного тела (Формула Планка, закон Стефана-Больцмана, закон Вина).

30.Оптическая пирометрия. Оптические методы измерения температуры.

31.Основные фотометрические величины. Фотометрические и светотехнические величины.

32.Фотоэффект. Внешний и внутренний фотоэффект, применение фотоэффекта.

33.Давление света.

34.Эффект Комптона

35.Гипотеза де-Бройля. Корпускулярно-волновой дуализм.

36.Опыты Резерфорда. Планетарная модель атома.

37.Постулаты Бора. Теория Бора для атома водорода.

38.Волновая функция. Уравнение Шредингера.

39.Спонтанное и вынужденное излучение света атомами. Лазеры.

40.Физические основы голографии.

41.Атомное ядро. Физическая природа сил, действующих внутри ядра.

42Масса и энергия связи ядра. Ядерные реакции.

43.Радиоактивность. Закон радиоактивного распада.

44.Цепная реакция деления ядер. Ядерные реакторы.

Экзаменатор, профессор	Л.П. Свирина.
Зав. кафедрой ЭТФ, профессор	Д.С. Доманевский

Вопросы утверждены на заседании кафедр ЭТФ 20 декабря 2011 года, протокол № 5.

               ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ ПО КУРСУ
ОПТИКИ ДЛЯ АСТРОНОМОВ

                                  2009г  

                        Лектор –
доц.В.Е.Яхонтова

     1 Световые волны в прозрачном изотропном
диэлектрике. Уравнения Максвелла. Волновое уравнение и его решение для случая
плоских волн. Свойства волн: фазовая cкорость, поперечность, связь между
векторами E и H.

     2 
Плоская монохроматическая волна. Комплексное представление. Виды записи.
Сферическая волна.

     3  Суперпозиция
электромагнитных волн. Стоячая волна. Опыты Винера. Световой вектор. Плоский
резонатор.

     4 
Поляризация электромагнитных волн. Естественный и поляризованный свет.
Линейная, эллиптическая и круговая поляризация.

     5 
Энергия, переносимая электромагнитной волной. Вектор   Пойнтинга. Энергия в бегущей и стоячей
волне. Интенсивность света. Методы регистрации оптического излучения.

6  Давление
света. Опыты Лебедева. Объяснение светового давления с точки зрения
классической электронной теории.

Импульс
электромагнитной волны.

     7. Скорость света. Фазовая и групповая
скорость. Формула Релея. Методы определения скорости света. Понятие о
сигнальной скорости.

     8. 
Отражение и преломление плоской монохроматической волны

 на границе двух диэлектриков. Вывод формул
Френеля.

     9. Анализ формул Френеля: Коэффициент
отражения и коэффициент пропускания. Энергетический и амплитудный коэффициенты.
Коэффициент отражения при нормальном падении. Зависимость коэффициента
отражения от угла падения света и от поляризации падающего света. Угол
Брюстера.

    10.  Анализ
формул Френеля: Полное внутреннее отражение. Неоднородная преломленная волна.
Отраженная волна. Фазовые соотношения (без вывода). Поляризация отраженной
волны. Ромб Френеля. Оптические волноводы и волоконная оптика.

     11.
Распространение света в проводящей среде. Уравнения Максвелла, комплексный
показатель преломления, его физический смысл. Глубина проникновения
электромагнитной волны в металл. Оптические характеристики металла и их связь с
электрическими характеристиками. Отражение света от металлической поверхности

12. Прохождение света в кристаллах. Двойное
лучепреломление.

Обыкновенный
и необыкновенный лучи, их свойства. Одноосные и

двухосные
кристаллы. Построение Гюйгенса для одноосных кристаллов.

     13. 
Электромагнитные волны в анизотропной среде. Связь между

векторами
E и D. Диэлектрическая проницаемость в анизотропной среде. Эллипсоид Френеля.
Направление распространения энергии и фазы волны.

     14. 
Прохождение света через кристаллическую пластинку.  Полуволновая и четвертьволновая пластинки.
Поляризационные  призмы.

 15.  Основы электронной теории дисперсии.
Уравнение дисперсии и его решение. Нормальная и аномальная дисперсия.
Наблюдение дисперсии.

     16. 
Явление Зеемана.

     17. 
Классическая модель излучающего атома. Излучение линейного
гармонического осциллятора (без вывода). Потери энергии на излучение. Оценка
времени затухания излучения.

     18. Модель излучающего тела.
Статистические явления в источнике света. Физические процессы, определяющие время
жизни возбужденного атома. Квазимонохроматический свет.

     19. Представление электрического поля
волны в виде интеграла Фурье. Разложение излучения в спектр. Спектральная
плотность излучения. Контур спектральной линии. Ширина линии и время жизни
возбужденного атома.

     20. 
Интерференция световых волн. Необходимое условие возникновения
интерференции. Когерентность световых полей.

Интерференция
монохроматических волн. Разность хода.

Распределение интенсивности в интерференционной
картине.

     21 
Интерференция квазимонохроматических волн. Видность интерференционной
картины. Осуществление когерентных колебаний в оптике. Простейшие
интерференционные схемы.

     22 
Интерференция в тонких пленках. Локализация интерференционных полос.
Полосы равного наклона и равной толщины. Кольца Ньютона.

     23 
Временная когерентность. Время когерентности и длина волнового цуга.
Время когерентности и монохроматичность волны. Максимальное число полос
интерференции, которое можно наблюдать.

     24.  Пространственная когерентность. Допустимые
размеры источника света. Звездный интерферометр Майкельсона.

     25. 
Двухлучевые интерферометры. Интерферометры Релея,

Майкельсона.
Применение интерферометров. Понятие о Фурье-спектроскопии.

     26. 
Многолучевые интерферометры. Интерферометр Фабри-Перо. Формулы Эйри.
Контрастность и резкость интерференционных полос. Применение интерферометра.

     27. Просветляющие и отражающие
диэлектрические слои. Интерференционные фильтры.

     28. 
Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Зоны Френеля.

Графический
метод вычисления амплитуд.

     29. 
Дифракция Френеля на круглом отверстии и на круглом экране. Зонная
пластинка. Фокусы зонной пластнки. Дифракция на крае экрана. Спираль Корню.

     30. 
Дифракция Фраунгофера на щели. Влияние ширины щели и

размеров
источника света на вид дифракционной картины.

     31.  Дифракция Фраунгофера на прямоугольном и
круглом отверстии. Разрешающая сила объёктива. Гауссов пучок, его свойства.

     32. 
Дифракция на правильной структуре щелей. Дифракционная

решетка.
Амплитудные и фазовые решетки. Наклонное падение

лучей
на решетку.

33. Дифракционная решетка как спектральный прибор. Дисперсия,
разрешающая сила и дисперсионная область спектрального прибора. Спектральные
характеристики дифракционной решетки.

     34. 
Дифракция на двумерных и трехмерных структурах. Дифракция рентгеновских
лучей

     35. 
Физические основы голографии. Голограмма плоской и

 сферической волн. Получение и восстановление
голограмм.

 Объемные голограммы. Применение голографии.

     36.  Принцип действия квантовых усилителей и
квантовых

 генераторов. Принципиальная возможность
получить узкий пучок когерентного излучения. Условие пространственного
синхронизма. Понятие о вынужденном излучении. Оптически активная среда.
Использование обратной связи. Свойства лазерного излучения.

     37. 
Рассеяние света. Рассеяние в мутной среде. Закономерности, выявленные
Тиндалем, и их объяснение Релеем. Рассеяние на флуктуациях плотности.

     38. Геометрическая оптика как предельный
случай волновой оптики. Световые лучи. Прохождение лучей в неоднородной среде.
Принцип Ферма. Основные законы геометрической оптики. Оптическая система.
Идеальная оптическая система.

     39. Матричный метод расчета оптических
систем. Матрица перемещения и матрица преломления. Матрица преобразования лучей
для сложной оптической системы.

     40. Свойства идеальной оптической системы.
Определение положения  изображения с
помощью матрицы оптической системы. Линейное увеличение. Фокальные плоскости.
Телескопическая система. Угловое 
увеличение.

     41. Главные плоскости оптической системы и
Фокусные расстояния. Кардинальные точки оптической системы. Построение
изображения.

     42. Яркость и освещенность оптических
изображений. Случай

протяженного
и точечного источника света.

     43. 
Скорость света в движущейся среде. Опыт Физо и опыт

Майкельсона.
Объяснение результатов этих опытов.

     44. 
Оптические опыты в неинерциальных системах отсчета.

Эффект
Саньяка. Принцип действия лазерных гироскопов. Их применение.

     45. 
Эффект Допплера и аберрация света. Поперечный и продольный эффект
Допплера. Применение в физике и астрофизике.

     46.  Равновесное тепловое излучение. Закон
Кирхгофа. Абсолютно черное тело. Закон Стефана-Больцмана. Закон смещения Вина. Формула
Планка (без вывода)

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

     48. Элементы нелинейной оптики. Нелинейная
зависимость

поляризованности
среды от напряженности электрического поля

и
ее физические причины. Основные нелинейные эффекты:

самофокусировка
и самоканализация света, генерация кратных гармоник, суммарной и разностной
частот.