北京航空航天大学3173光学专业综合考博大纲

3173 光学专业综合考博大纲
一、考试组成
高等光学
二、考博大纲
（一）考试说明
1. 考试性质
该入学考试是为北京航空航天大学光学工程一级学科招收博士研究生而设置的。
2、考试对象
为参加全国博士研究生入学考试的考生。
3. 评价目标
本课程考试的目的是考察学生对高等光学的基本概念、基本原理和基本方法的掌握程度
和利用其解决光学领域相关问题的能力。
（二）复习内容及基本要求
1、 光的电磁理论基础
主要内容：光是电磁波的概念、电磁场的基本方程、无源空间中的电磁波动方程、有源空
间中的电磁波动方程；电磁场的能量和能流
要求：了解光是电磁波的基本概念和起源，熟悉麦克斯韦方程组中各个表达式的物理意义；
了解无源空间中和有源空间中的电磁波动方程，掌握方程及各参量的物理意义；掌握能量
密度和能流密度的物理意义及两者与电场强度矢量和磁场强度矢量的关系。
难点：光电磁波及光波动的基本概念；波动方程的物理意义；能量传播的表达形式
2、 无限大各向同性均匀介质中的光波场
内容：平面波、球面波与柱面波、光波场的色散、光波场的偏振态与琼斯矢量
要求：了解平面波、球面波与柱面波的产生条件及传播形式，掌握各种波的波函数的数学
表达式；了解色散的产生原因，掌握群速度和相速度的概念及意义；掌握光偏振态的概念，
理解琼斯矩阵的物理意义，学会使用琼斯矩阵分析偏振系统和光的偏振态
重点：波函数的表达形式及物理意义；群速度与相速度的区别；琼斯矩阵各个元素的物理
意义
3、 平面光波的反射和折射
内容：平面光波在两种电介质分界面上的反射和折射、全反射及倏逝波、古斯汉森位移、
光波在分层介质的反射和折射
要求：了解平面波在两种电介质分界面上的传播规律，掌握菲涅耳公式和布儒斯特角的来
源及物理意义，会用这两个公式分析光波的偏振态及相位变化规律；掌握全反射及倏逝波
的物理概念、产生条件和应用方法，了解光子隧道效应及应用；掌握古斯汉森位移的产生
产生原因及现象以及与介质波导的联系，会计算全反射时倏逝波的穿透深度和古斯汉森位
移；掌握在光学器件表面镀增透膜及镀增反膜的原理，了解镀膜工艺参数（膜的厚度及折
射率）的计算方法
重点：菲涅耳公式；布儒斯特角、全反射、倏逝波、古斯汉森位移的概念；全反射、倏逝
波的应用
4、 波导中的光波
内容：背景、平面介质光波导的光线理论；平面介质光波导的波动理论；光纤的基本结构
及光线理论；光纤的波动及模式理论；光纤的种类及特征参数；光纤的耦合理论；光纤的
损耗及色散；光纤的偏振特性；光纤通信及传感技术简介。
要求：掌握光波导的基本概念和基本理论；掌握平面与条形光波导的边界条件和光传播特
性；掌握耦合波理论；掌握阶跃与渐变折射率光导纤维中的场解，理解光波导的损耗、色
散、偏振特性等基本概念，了解典型光纤传感器的工作原理及应用
重点：平面波导和圆波导的边界条件、传输条件及场分布；单模、多模光纤中光的传播特
性及技术指标；光耦合理论及应用
5、 各向异性介质中的光波（晶体光学理论基础）
内容：晶体的各向异性及介电张量，单色平面波在各向异性晶体中的传播、晶体光学性质
的几何表示、光波在各向异性晶体表面上的反射和折射；晶体的人为双折射效应（电光、
磁光和声光效应）及应用
要求：了解光波在各向异性介质中的传播特性；理解在各向异性介质中的电位移矢量与电
场强度的关系；会用麦克斯韦方程组分析单色平面波在各向异性晶体中的传播特性；理解
折射率椭球的物理意义，并掌握惠更斯作图法。掌握晶体的电光、磁光和声光效应的原理
及应用，了解这些效应在光通信领域的应用状况及发展趋势
重点：介电张量、折射率椭球；惠更斯原理；人为双折射效应
6、 光波叠加与相干性
内容：干涉理论基础、部分相干理论基础、范西泰特-策尼克定理、傅立叶变换光谱仪与
干涉成像光谱仪原理
要求：掌握单色平面波的叠加的数学处理方法，掌握相干条件的物理意义及干涉条纹反衬
度的定义及影响因素；理解稳定光场的普遍干涉定律，掌握光波场的部分相干性概念，掌
握光波时间相干度和空间相干度的物理意义和表达形式；理解范西泰特-策尼克定理的物
理意义；掌握傅立叶变换光谱仪与干涉成像光谱仪的工作原理。
重点：相干条件；部分相干性的基本概念；范西泰特-策尼克定理；光谱仪基本原理。
7、 光波衍射与成像
内容：标量衍射理论、衍射现象的傅立叶分析法、透镜的变换特性和成像特性、相干成像
系统的分析和相干传递函数、非相干成像系统的分析和光学传递函数
要求：掌握标量衍射理论和傅立叶分析方法的基本原理；了解透镜的成像特性和变换特性；
掌握光学传递函数和相干传递函数的基本概念和物理意义，了解调制传递函数的应用状况
重点：会用傅立叶分析方法研究光学系统；透镜的变换特性和成像特性；光学传递函数、
相干传递函数及两者之间的关系
高等光学是光学、光学工程专业、精密仪器及机械等专业研究生的重要专业基础课程。
要求学生必须建立一个从经典光学到现代光学的系统理论基础，学会用电磁波理论的方法，
来分析和理解光波场在各种不同媒质中的传播特性，具备后续的相关课程，如激光物理学，
非线性光学、傅立叶光学、全息光学、导波光学、统计光学、晶体光学等，学习所需要的理
论基础。