球王会官方浙大光学工程复试题目

　　特性：（1）单色性：指光强按频率的分布状况，激光的频谱宽度非常窄；（2）相干性：时间相干性和空间相干性都很好；（3）方向性：普通光源向四面八方辐射，而激光基本沿某一直线传播，激光束的发散角很小；（4）高亮度：在单位面积、单位立体角内的输出功率特别大；激光与普通光的根本不同在于激光是一种光子简并度很高的光。

　　应用：光电技术、激光医疗与光子生物学、激光加工技术、激光检测与计量技术、激光全息技术、激光光谱分析技术、非线性光学、激光化学、量子光学、激光雷达、激光制导、激光分离同位素、激光可控核聚变、激光武器等。

　　全息术是利用“干涉记录、衍射再现”原理的两步无透镜成像法，把从三维物体来的光波前记录在感光材料上（称此为全息图），再按照需要照明此全息图，使原先记录的物光波的波前再现的一种新的照相技术，它是一种三维立体成像技术。

　　特点：（1）能够记录物体光波振幅和相位的全部信息，并能把他再现出来，应用全息术可以获得与原物相同的立体像；（2）实质上是一种干涉和衍射现象；（3）全息图的任何局部都能再现原物的基本形状。

　　用处：（1）制作全息光学元件。全息光学元件实际上是一张用感光记录介质制作的全息图，它具有普通光学元件的成像、分光、滤波、偏转等功能，并有重量轻、制作方便等优点，广泛应用于激光技术、传感器、光通信和光学信息处理等领域；（2）全息显示利用全息术能够再现物体的真实三维图像的特点，是全息术最基本的应用之一；（3）全息干涉计量，例如可用于各种材料的无损检测，非抛光表面和形状复杂表面的检验，研究物体的微小变形、振动和高速运动等；（4）全息存储是一种存储容量大、数据传输速率高和随机存取时间短且能进行并行处理的信息存储方式。

　　5、空间频率？傅立叶变换的频谱和光波频谱有什么区别？傅立叶频谱和光学波长的频率？空间频率是把一个在空间呈正弦或余弦分布的物理量在某个方向上单位长度内重复的次数成为该方向上的空间频率。

　　傅里叶变换是运用傅里叶变换的方法将一个复杂的光学图片的光学信息分解为具有不同权重、连续空间频率的基元信息（或者基元周期结构）的线性叠加，这些连续的空间频率就构成傅里叶变换的频谱；而光波的频谱是由光的连续频率构成的，没有经过任何变换；光学波长的频率是指单位时间内通过的波数。

　　将发光点发出的光抽象为许多携带能量并带有方向的几何线，即为光线，光线的方向代表光的传播方向。

　　WDM：Wavelength Division Multiplexing波分复用，是将两种或多种不同波长的光载波信号（携带各种信息）在发送端经复用器（亦称合波器，Multiplexer）汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术；在接收端，经解复用器（亦称分波器，Demultiplexer）将各种不同波长的光载波分离，然后由光接收机做进一步处理以恢复原信号。

　　CCD：Charge-Coupled Device电荷耦合器件，是一种光电成像器件，其功能是把光学图像转换为电信号，即把入射到传感器光敏面上的按空间分布的光强信息（可见光、红外辐射等），转换为按时序串行输出的电信号-----视频信号，而视频信号能再现入射的光辐射图像。CCD的基本功能是电荷存储和电荷转移，其工作过程就是信号电荷的产生、存储、传输和检测的过程，电荷耦合摄像器件信号电荷的产生是依靠半导体的光电特性，用光注入的办法产生。

　　CCD的基本单元是MOS（金属-氧化物-半导体）电容器，能够存储电荷。当光敏区的光敏元接收到光信号后会将产生的电子传输到CCD的MOS单元，每个MOS单元中的电荷按照顺序依次转移串行输出，将光信号转化为电信号传输，最后再按照电信号恢复原始信号。CCD的应用主要是固体成像、信号处理和大容量储存这三方面。

　　空间相干：给定一个光源尺寸，就限制着一个相干空间，这就是空间相干问题，也就是说，若通过光波场横方向上两点的光在空间相遇时能够发生干涉，则称通过空间这两点的光具有空间相干性。

　　时间相干：光波在一定的光程差下能够发生干涉的事实表明了光波的时间相干性，我们把光通过相干长度所需的时间称为相干时间；显然，若同一光源在相干时间t内不同时刻发出的光经过不同的路径相遇时能够发生干涉，则称光的这种相干性为时间相干性。

　　望远镜的物镜孔径越大分辨率越高，但是景深也变小，故要根据需要选择物镜孔径大小；瑞利判据是指两个相邻像点之间的间隔等于艾里斑的半径时，则能被光学系统分辨开。11、什么是4f系统，什么是频谱面？激光通过狭缝后在频谱面上的现象？如果狭缝变窄，频谱如何变化？空间频率的含义？

　　频谱面是指物光波在经过第一个透镜的傅里叶变换后将其分解为连续空间频率的傅里叶频谱所在的平面，在4f 系统中对应两个透镜的共焦面；

　　激光通过狭缝，狭缝的透射系数是矩形函数()rect x ，经过第一个透镜的傅里叶变换后傅里叶频谱为sin ()c x 函数，所以在频谱面上是sin ()c x 函数的图像； 因为傅里叶变换[()]sin ()x f rect d c ud d =，所以当狭缝变窄时，相当于d 减小，所以频谱面上的sin ()c x 函数的图像的强度将变弱，另外光谱还会展宽。

　　把一个在空间呈正弦或余弦分布的物理量在某个方向上单位长度内重复的次数称为该方向上的空间频率。

　　粒子数反转：Population Inversion ，是激光产生的前提。在通常情况下，处于低能级的粒子数大于处于高能级的粒子数，采用泵浦的方式将低能级上的粒子抽运到高能级上，实现高能级的粒子数多于低能级的粒子数的现象叫做粒子数反转。

　　根据辐射公式E h ν=，当能级宽度变大，则E 变大，h 是普朗克常数，346.62610h j s -=??，则发出的光波的频率变大，那么跃迁后发出的光向蓝光方向移动。

　　14、如果接受器和光源相对运动方向是互相接近的，那么接受器的光谱向哪个方向频移 当它们相互接近时，接收器在单位时间内接收到的光波数增多，相当于探测到的光波频率变大，那么接收器的光谱往蓝光方向频移。

　　频率和色散的关系分为正常色散和反常色散两种情况。其中正常色散是指折射率随波长增大而减小的色散，也即折射率随频率减小而减小，正常色散有科希公式24B

　　常色散是指折射率随波长增大而增大的色散，也即折射率随频率增大而增大。 16、老师会请你用英文进行自我介绍、主要包括：在大学四年中你学了哪些课程；你的兴趣爱好；你希望在后续的研究等

　　MTF ：Modulation Transfer Function 调制传递函数，表示各种不同频率的正弦强度分布函数经光学系统成像后，其对比度（即振幅）的衰减程度。

　　透镜相当于出瞳是圆孔的非相干成像系统，其传递函数根据【(,)H μν=两个错开出瞳的重叠面积/出瞳总面积】计算出，具体计算过程在工程光学书P395。

　　在4f 系统中，由于物经过透镜的两次傅里叶变换，物和像的复振幅分布满足(,)(,)E x y E x y =--，这表明输入图像与输出图像完全相同，只是变成了倒像。 所以如果物体放大，则像也将变大，物体旋转，像往相反的方向旋转。

　　白光是复色光，通过棱镜时由于棱镜对不同频率成分的光的折射率不同，对频率高的光折射率大，故偏折也更显著，所以不同频率成分的光分离产生色散现象，且由红到紫依次排列，紫光一端在偏折严重的一方。

　　根据Reyleigh （瑞利）判据“两像点之间的距离等于Airy 斑半径时，两物点对望远镜的张角为分辨极限”，故当Airy 半径小则像点距离小，则物点相对于望远镜的张角小，所以分辨率高。

　　23、在一架朝你飞来的飞机上有一个光源，那么你接受到的光速是c ？大于c ？还是小于c? 根据多普勒（Doppler ）效应：当光源与观察者有相对运动时，观察者接收到的频率会改变。当它们相向运动时，在单位时间内观察者接收到的完全波的个数会增多，即接收到的频率增大，波长减小，这就是所谓的蓝移现象；

　　当它们相背运动时，在单位时间内观察者接收到的完全波的个数会减少，即接收到的频率较小，波长增大，这就是所谓的红移现象；

　　而在这个过程中波速c 是不变的，变的只是频率而已。 24、红移现象是由频率的变化还是波长的变化引起的?

　　0x 处的微分在几何上表示曲线()y f x =在对应点00(,())M x f x 处切线的纵坐标该变量。 积分的几何意义：

　　26、三角形小孔的衍射光斑? 对夫琅禾费衍射，可以用傅里叶变换来求出其衍射光斑。 以三角状函数1 1 ()0 x x x ?-≤Λ=??其他

　　为例，其傅里叶变换为函数2sin ()c u （其图像为中心亮斑，还有一些次级大但都比较弱），根据傅里叶变换的相似定理，其他形状的三角形小孔的衍射光斑也与2sin ()c u 类似，只是会有一些缩放变化而已。

　　CMOS 摄像器件的总体结构框图如下所示，一般由像素（光敏单元）阵列、行选通逻辑、列选通逻辑、定时和控制电路、模拟信号处理器（ASP ）和A/D 变换等部分组成。

　　其工作过程为：外界光照射像素阵列，产生信号电荷，行选通逻辑单元根据需要选通相应的行像素单元，行像素内的信号电荷通过各自所在的列的信号总线传输到对应的模拟信号处理器（ASP ）及A/D 变换器，转换成相应的数字图像信号输出。行选通单元可以对像素阵列逐行扫描，也可以隔行扫描。隔行扫描可以提高图像的场频，但会降低图像的清晰度。行选

　　通逻辑单元和列选通逻辑单元配合，可以实现图像的窗口提取功能，读出感兴趣窗口内像元的图像信息。

　　其与CCD比较，优点在于CMOS可以将光电摄像器件阵列、驱动和控制电路、信号处理电路、模/数转换器、全数字接口电路等完全集成在一起，可以实现单芯片成像系统，且耗电量小，而CCD则不具备这样的能力；缺点在于图像噪声较大、信噪比较小、光电灵敏度不高等，亟待解决。

　　三能级系统：包括基级、高能级、亚稳态能级。基态能级上的电子吸收能量跃迁到高能级，但是在高能级上的寿命很短，因为迅速无辐射跃迁到亚稳态能级，在亚稳态能级上的寿命较长，可以聚集较多的电子，因而能形成集居数反转。这样的激光器发射的激光频率由基级和亚稳态能级的能量差决定。典型的是红宝石激光器。

　　四能级系统：包括基级、高能级、亚稳态能级、比基级稍高一点处于基级与亚稳态能级之间的能级。基态能级上的电子吸收能量跃迁到高能级，然后几乎全部迅速地无辐射跃迁到亚稳态能级上，实现集居数反转。最后亚稳态能级上的电子跃迁到比基级稍高一点的能级上发射激光。

　　两者比较：由于四能级系统的激光下能级不是基态能级，其上基本没有粒子，只需很低的泵浦能量就能实现激光振荡，这是四能级系统相对于三能级系统的优点。

　　光子按照一定的几率落在接收屏上的不同位置，一段时间的累积就会出现干涉条纹。 但是单光子是怎么获得的？这是个问题。

　　在泵浦源的作用下，工作物质中电子吸收能量从基态跃迁到激发态，形成粒子数反转，使高能级上的电子多于低能级的电子；然后这些处于高能级的电子在受到一定能量光子的激发下能从高能级跃迁到低能级，并发射一个与激励光子相同状态的光子，如此不断激励就形成相干性很强的激光；这里谐振腔的作用在于选模、限制输出光束方向和形成正反馈。

　　对于半导体来说，电子填满了一些能量较低的能带，称为满带，最上面的满带称为价带；价带上面有一系列空带，最下面的空带称为导带。价带和导带有带。