Основы физической и квантовой оптики. Контрольная работа. Вариант 05.

Контрольное задание

1 Общие понятия об электромагнитной волне

Изучите конспект, учебную литературу [1, с.34-54, с.64-67; 2, с.24-57] и ответьте письменно на следующие вопросы:

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

2 Взаимодействие света с веществом

Изучите конспект, учебную литературу [1, с.55-60, с.178-201, с.230-232;
2, с.57-60, с.249-256, с.428-443] и ответьте письменно на следующие вопросы:

1. Укажите диапазон длин волн видимого света.
2. Физический смысл абсолютного показателя преломления.
3. Понятие оптической и геометрической длины пути электромагнитной волны в веществе.
4. Какие волны называются когерентными? Параметры когерентности.
5. Принцип Ферма.
6. Записать и пояснить рисунком закон отражения и закон преломления света.
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 ( ). Значения nс, nо приведены в таблицах 2.1 и 2.2.

Таблица 2.1
N 0  
nс 1.48 

Таблица 2.2
M  5 
nо  1.46


3 Интерференция света

Изучите конспект, учебную литературу [1, с.77-89, с.187-201; 2, с.65-86, с.120-133] и ответьте письменно на следующие вопросы:

1. Поясните суть терминов «двулучевая» и многолучевая интерференция.
2. Привести схему интерферометра Майкельсона. Кратко пояснить принцип работы.
3. Привести схему интерферометра Фабри-Перо. Кратко пояснить принцип работы.
4. Какая интерференция называется конструктивной (деструктивной)?

Задача к разделу 3

Определить толщину планарного волновода (d), при которой интерференция внутри него будет иметь максимум. Данные приведены в таблицах. - 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.

Таблица 3.1
N 0 
градус 76 
λ, мкм 0,63 

Таблица 3.2
M 5 

nc 1,56 

no 1,35

4 Дифракция света

Изучите конспект, учебную литературу [1, с.104-144; 2, с.138-201] и ответьте письменно на следующие вопросы:

1. Суть явления дифракции.
2. Отличие дифрагированного света от недифрагированного.
3. В чем заключается принцип Гюйгенса-Френеля?
4. Приведите условия разбиения на зоны Френеля.
5. В чем заключается отличие дифракции Френеля от дифракции Фраунгофера?
6. Условие минимумов и максимумов при дифракции на одной щели (ответ сопроводить рисунком).
7. Что такое дифракционная решетка? Период и длина решетки. Разрешающая способность. Область свободной дисперсии.
8. Условие главных минимумов и максимумов для дифракционной решетки (ответ сопроводить рисунком).
9. Какому закону подчиняется распределение интенсивности в дифракционном спектре?
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. Данные приведены в таблица 4.1 и 4.2.

Таблица 4.1
N  0 

λ, мкм 0,4

d, мкм 2 

Таблица 4.2
M  5 

m  7 

N  30 

5 Дисперсия

Изучите конспект, учебную литературу [1, с.202-223; 2, с.490-520] и ответьте письменно на следующие вопросы:

1. Какое явление называется «материальной дисперсией»?
2. Постройте зависимость абсолютного показателя преломления от частоты в случае, когда диэлектрик неидеален и имеет 2 валентных электрона с различными собственными частотами.
3. Дайте понятия областей нормальной и аномальной дисперсии.
4. Объяснить влияние дисперсии на форму импульса при распространении по оптическому волокну.
5. Понятие длительности импульса (ответ сопроводить рисунком).
6. Перечислите виды внутримодовой дисперсии.
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.

Таблица 5.1
N 0 

, нс 100 

Таблица 5.2
M 5
 
, пс 175 

, пс 15

6 Поляризация

Изучите конспект, учебную литературу [1, с.145-165, с.175-177; 2, с.338-351, с.552-563] и ответьте письменно на следующие вопросы:

1. Что такое поляризация электромагнитного излучения?
2. Назовите оптические устройства, в которых осуществляется поляризация.
3. Какие бывают виды поляризаций электромагнитной волны?
4. Поляризация света в изотропных и анизотропных веществах.
5. В каких случаях обнаруживается искусственное двойное лучепреломление?
6. Что такое угол Брюстера?
7. Суть закона Малюса.
8. 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

Таблица 6.1
N  0 

, градусы 10 
 

7 Основы фотометрии

Изучите конспект, учебную литературу [1, с.230-246; 2, с.39-57] и ответьте письменно на следующие вопросы:

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

Работа выполнена по дисциплине "Основы физической и квантовой оптики", защищал работу Гавриленко Ольге Борисовне. Работа без ошибок.