Методическое пособие. — Саров: СарФТИ, 2013. — 142 с.
Методическое пособие является основой курса «Физическая оптика»,
преподаваемого студентам кафедры «Квантовая электроника» СарФТИ
НИЯУ МИФИ. В пособии в полной мере освещены все основные оптические
явления и использован материал, заимствованный из последних научных
публикаций.
Данное пособие состоит из 16 лекций, которые сгруппированы в следующие разделы: электромагнитная теория и излучение света, геометрическая и матричная оптика, интерференция света, дифракция света, аберрации оптических систем, дисперсия, волны в анизотропных средах и рассеяние света. Содержание
Введение
Электромагнитная теория и излучение света
Оптический диапазон длин волн. Уравнения Максвелла. Плоские монохроматические волны и световые пучки. Поляризация волны. Поток энергии, интенсивность, мощность и энергия света. Давление света и оптическая левитация.
Излучение электрического диполя, атома и ансамбля атомов. Интеграл Фурье. Естественная ширина линии, ударное и доплеровское уширения. Термодинамическое равновесие, закон Кирхгофа. Законы Стефана-Больцмана и Вина, формула Планка.
Квантовая природа излучения. Спонтанное и вынужденное излучение атомов, молекул. Люминесценция. Поглощение, усиление и генерация света. Пространственная структура лазерного излучения.
Геометрическая и матричная оптика
Законы отражения и преломления. Формулы Френеля, угол Брюстера и полное внутреннее отражение. Просветляющие и зеркальные покрытия. Оптическая сила сферической поверхности, тонкой линзы, толстой линзы, двух тонких линз. Диоптрические, отражательные и телескопические системы.
Физический смысл элементов матрицы преобразования. Матрицы преломления и переноса, матрицы многоэлементных оптических систем. Формулы построения изображения линзой.
Интерференция света
Интерференция квазимонохроматических волн. Интерференционные полосы Юнга. Спектральное описание размывания интерференционной картины.
Интерференционные схемы. Интерферометр Релея, звёздный интерферометр Майкельсона. Полосы равного наклона и равной толщины. Интерферометры Майкельсона и Маха-Цендера.
Пространственно-временная когерентность. Многолучевая интерференция, интерферометр Фабри-Перо, формула Эйри.
Дифракция света
Принцип Гюйгенса-Френеля. Зоны Френеля, зонная пластинка. Дифракция Френеля на круглом отверстии, круглом диске и крае экрана.
Скалярная теория дифракции Кирхгофа. Приближения Френеля и Фраунгофера. Дифракция Фраунгофера на прямоугольном и круглом отверстиях.
Дифракционные решетки. Амплитудная и фазовая модуляция. Пространственное разложение спектра, разрешающая способность решетки. Голография.
Аберрации оптических систем
Определение и геометрический смысл аберраций. Поперечные, волновые и продольные аберрации. Дефокусировка, сферическая аберрация, кома, астигматизм и кривизна поля, дисторсия, хроматизм. Разложение Зейделя для аберраций 3 порядка. Разложение по полиномам Цернике.
Адаптивные системы апертурного зондирования и фазового сопряжения. Конструкции деформируемых зеркал. Датчики волнового фронта. Адаптивные системы мощных лазерных установок.
Дисперсия
Пространственная и частотная дисперсия. Дисперсия газов, абсорбционные светофильтры. Поляризация, формула Лоренц-Лоренца. Фазовая и групповая скорости в диэлектриках. Распространение волн в плазме.
Волны в анизотропных средах
Главные показатели преломления, обыкновенная и необыкновенная волны. Угол анизотропии, лучевая скорость, двойное лучепреломление. Поверхности и уравнения нормалей Френеля. Поляризаторы, анализ состояния поляризации. Эффекты Керра, Поккельса и Фарадея.
Рассеяние света
Виды рассеяния. Молекулярное рассеяние, формула Релея, коэффициент рассеяния. Рассеяние в мутных и мелкодисперсных средах. Спектральный состав рассеянного света.
Список литературы
Данное пособие состоит из 16 лекций, которые сгруппированы в следующие разделы: электромагнитная теория и излучение света, геометрическая и матричная оптика, интерференция света, дифракция света, аберрации оптических систем, дисперсия, волны в анизотропных средах и рассеяние света. Содержание
Введение
Электромагнитная теория и излучение света
Оптический диапазон длин волн. Уравнения Максвелла. Плоские монохроматические волны и световые пучки. Поляризация волны. Поток энергии, интенсивность, мощность и энергия света. Давление света и оптическая левитация.
Излучение электрического диполя, атома и ансамбля атомов. Интеграл Фурье. Естественная ширина линии, ударное и доплеровское уширения. Термодинамическое равновесие, закон Кирхгофа. Законы Стефана-Больцмана и Вина, формула Планка.
Квантовая природа излучения. Спонтанное и вынужденное излучение атомов, молекул. Люминесценция. Поглощение, усиление и генерация света. Пространственная структура лазерного излучения.
Геометрическая и матричная оптика
Законы отражения и преломления. Формулы Френеля, угол Брюстера и полное внутреннее отражение. Просветляющие и зеркальные покрытия. Оптическая сила сферической поверхности, тонкой линзы, толстой линзы, двух тонких линз. Диоптрические, отражательные и телескопические системы.
Физический смысл элементов матрицы преобразования. Матрицы преломления и переноса, матрицы многоэлементных оптических систем. Формулы построения изображения линзой.
Интерференция света
Интерференция квазимонохроматических волн. Интерференционные полосы Юнга. Спектральное описание размывания интерференционной картины.
Интерференционные схемы. Интерферометр Релея, звёздный интерферометр Майкельсона. Полосы равного наклона и равной толщины. Интерферометры Майкельсона и Маха-Цендера.
Пространственно-временная когерентность. Многолучевая интерференция, интерферометр Фабри-Перо, формула Эйри.
Дифракция света
Принцип Гюйгенса-Френеля. Зоны Френеля, зонная пластинка. Дифракция Френеля на круглом отверстии, круглом диске и крае экрана.
Скалярная теория дифракции Кирхгофа. Приближения Френеля и Фраунгофера. Дифракция Фраунгофера на прямоугольном и круглом отверстиях.
Дифракционные решетки. Амплитудная и фазовая модуляция. Пространственное разложение спектра, разрешающая способность решетки. Голография.
Аберрации оптических систем
Определение и геометрический смысл аберраций. Поперечные, волновые и продольные аберрации. Дефокусировка, сферическая аберрация, кома, астигматизм и кривизна поля, дисторсия, хроматизм. Разложение Зейделя для аберраций 3 порядка. Разложение по полиномам Цернике.
Адаптивные системы апертурного зондирования и фазового сопряжения. Конструкции деформируемых зеркал. Датчики волнового фронта. Адаптивные системы мощных лазерных установок.
Дисперсия
Пространственная и частотная дисперсия. Дисперсия газов, абсорбционные светофильтры. Поляризация, формула Лоренц-Лоренца. Фазовая и групповая скорости в диэлектриках. Распространение волн в плазме.
Волны в анизотропных средах
Главные показатели преломления, обыкновенная и необыкновенная волны. Угол анизотропии, лучевая скорость, двойное лучепреломление. Поверхности и уравнения нормалей Френеля. Поляризаторы, анализ состояния поляризации. Эффекты Керра, Поккельса и Фарадея.
Рассеяние света
Виды рассеяния. Молекулярное рассеяние, формула Релея, коэффициент рассеяния. Рассеяние в мутных и мелкодисперсных средах. Спектральный состав рассеянного света.
Список литературы