Напиши РПД для оптика

 
 
Методические указания (пояснительная записка)
 
Рабочая программа дисциплины 
«Общая физика (раздел 
«
Оптика
»
)»
 
Предназначена для студентов дневного отделения 
2
-
го курса,
 
по специальности: _
Физика 
_ 
-
  
010701.65
 
АВТОР: 
доктор
 
физико
-
математических 
наук, 
профессор
 
А.И. Фишман
 
 
КРАТКАЯ АННОТАЦИЯ:
 
в
 
рамках дисциплины «
Общая физика (
Оптика
)
» 
 
системат
и-
чески 
излагаются 
общие понятия
 
оптики
.
 
1. Требования к уровню подготовки студента, завершившего изучение
 
дисциплины 
“
Оптика
”
 
наименование дисциплины
 
Студенты, завершившие изучение данной дисциплины должны:
 
-
 
применять общие законы физики для решения конкретных задач в 
оптике и на междисц
и-
плинарных границах оптики с другими областями знаний;
 
-
пользоваться основными оптическими приборами, ставить и решать простейшие экспериме
н-
тальные задачи по оптике;
 
-
 
строить математические модели простейших о
птических явлений и использовать для изуч
е-
ния этих моделей доступный ему математический аппарат.
2. Объем дисциплины и виды учебной работы (в часах).
 
Форма обучения  
-
 
очная
 
Количество семестров 1
 
Форма контроля:
 
4 
семестр  
-
 
экзамен
 
 
№ 
Виды учебных 
занятий
 
 
Количество 
1.
 
 
Всего часов по дисциплине
 
 
200
 
2.
 
 
Самостоятельная работа
 
 
9
8
 
3.
 
 
Аудиторных занятий
 
 
10
2
 
 
в том числе    лекций
 
 
68
 
 
семинарских (или лабораторно
-
практических)
 
 
34
 
 
3. Содержание дисциплины.
 
3.1. ТРЕБОВАНИЯ ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО СТАНДАРТА 
К ОБЯЗАТЕЛЬНОМУ МИНИМУМУ СОДЕРЖАНИЯ
 
 
ПРОГРАММЫ
 
 
Индекс
 
 
Наименование дисциплины и ее основные разделы
 
Всего 
часов
 
 
ЕН.Ф.01
.
4
 
Оптика
.
 
Основы электромагнитной теории света. Модул
и-
рованные волны. 
Явление интерференции. Ког
е-
рентность волн. Многолучевая интерференция. 
Явление дифракции. Понятие о теории дифракции 
Кирхгофа. Дифракция и спектральный анализ. 
200
 Дифракция волновых пучков. Дифракция на мн
о-
гомерных структурах. Поляризация света. Отр
а-
жение и п
реломление света на границе раздела 
изотропных диэлектриков. Световые волны в ан
и-
зотропных средах.    Интерференция поляризова
н-
ных волн. Индуцированная анизотропия оптич
е-
ских свойств. Дисперсия света. Основы оптики 
металлов. Рассеяние света в мелкодисперсн
ых и 
мутных средах. Нелинейные оптические явления. 
Классические модели излучения разреженных 
сред. Тепловое излучение конденсированных сред. 
Основные представления о квантовой теории и
з-
лучения света атомами и молекулами. Усиление и 
генерация света.
 
 
Примечание: Если дисциплина, устанавливается вузом самостоятельно, то в данной табл
и-
це ставится 
прочерк.
 
3.2. СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ
 
 
№ 
п/п
 
 
Название темы и ее содержание
 
 
Количество 
часов
 
 
 
 
 
 
лекции
 
(лаб.
-
практ.) 
занятия
 
 
1
 
Введение. 
 
Э/м
 
природа света. Характеристика оптического 
диапазона э/м волн. Особенности видимого диап
а-
зона. Место оптики в физической науке и ее роль в 
научно 
-
 
техническом прогрессе.
 
Описание э/м волн. Структура плоской э/м
 
волны и 
ее представление в комплексной форме. Сферич
е-
ские волны.
 
Плотность потока энергии и импульса э/м волн. 
Распределение плотности потока энергии по сеч
е-
нию пучка. Гауссов пучок. Плотность импульса э/м 
волны. Давление света, его открытие, проявление и
 
приложения.
 
Стоячие волны. Биения. Экспериментальное док
а-
зательство э/м природы света.
 
Поляризация э/м волны. Виды поляризации. Число 
независимых поляризаций.
 
Основные фотометрические понятия и величины. 
Соотношения между энергетическими и световыми 
харак
теристиками излучения.
 
6
 
2
 2
 
Немонохроматическое и хаотическое излучение.
 
Спектр амплитуд и спектр фаз излучения. Спектр 
импульсов излучения. Соотношение между пр
о-
должительностью импульсов и шириной спектра.
 
Естественная ширина линии излучения. Классич
е-
ская модель излучателя. Лоренцева форма и шир
и-
на линии излучения. Время излучения. Форма л
и-
нии поглощения. Квазимонохроматическая волна.
 
Уширение спектральных линий. Однородное и н
е-
однородное уширение. Ударное уширение. Допл
е-
ровское уширение.
 
Хаотический с
вет. Суперпозиция волн со случа
й-
ными фазами. Время разрешения. Время когерен
т-
ности. Длина когерентности. Флуктуации плотн
о-
сти потока энергии хаотического света.
 
6
 
 
3
 
Распространение, преломление и отражение св
е-
та в изотропных средах.
 
Распространение света
 
в диэлектриках.
 
Нормальная и аномальная дисперсии. Отражение и 
преломление света на границе между диэлектрик
а-
ми. Формулы Френеля. Полное отражение света. 
Энергетические соотношения при преломлении и 
отражении света. Световоды.
 
 
8
 
4
 
4
 
Интерференция
.
 
Двухлучевая интерференция, осуществляемая д
е-
лением амплитуды. Интерферометр Майкельсона. 
Причины размывания полос интерференции. И
н-
терференция немонохроматического света. Ви
д-
ность интерференционной картины. Принцип 
Фурье 
-
 
спектроскопии. Другие двухлучевые
 
и
н-
терферометры.
 
Двухлучевая интерференция, осуществляемая д
е-
лением волнового фронта. Схема Юнга. Интерф
е-
ренция в белом свете. Источник конечного размера. 
Временная и пространственная когерентность. 
Звездный интерферометр.
 
6
 
4
 
5
 
Многолучевая интерференция
, осуществляемая 
делением амплитуды. 
 
Интерферометр Фабри
-
Перо. Разрешающая сп
о-
собность. Факторы, ограничивающие ее. Дисперс
и-
онная область. Интерференционные светофильтры. 
Интерференция в тонких пленках. Диэлектрические 
зеркала.
 
4
 
2
 
6
 
Дифракция.
 
Метод зон Френеля. Дифракция на прямолинейном 
крае полубесконечного экрана. Зонная пластинка 
как линза. Дифракция на щели. Спираль Корню.
 
4
 
4
 
7
 
Дифракция Фраунгофера.
 
Область дифракции Фраунгофера. Дифракция на 
прямоугольном отверстии, щели.
 
 
Дифракционная решетка. Фазовая и амплитудная 
решетки. Наклонное падение. Дифракция на пери
о-
6
 
4
 дических непрерывных структурах. Дифракция на 
ультразвуковых волнах.
 
Основные понятия Фурье
-
оптики. Линза, как эл
е-
мент, осуществляющий преобразование Фурье. 
Предел р
азрешающей способности оптических 
приборов. Метод фазового контраста. Основные 
понятия о пространственной фильтрации изобр
а-
жений.
 
8
 
Физические основы голографии
. 
 
Схемы записи и восстановления тонкослойных 
голограмм. Схемы записи и восстановления 
толст
о-
слойных голограмм. Получение цветных объемных 
изображений. Применение голограмм.
 
2
 
 
9
 
Геометрическая оптика.
 
 
Геометрическая оптика как предельный случай 
волновой оптики. Уравнение эйконала и объясн
е-
ние направления распространения луча в оптически 
н
еоднородных средах. Центрированная оптическая 
система (ЦОС) и ее кардинальные элементы. Ма
т-
ричный способ описания центрированных оптич
е-
ских систем. Построение изображения в ЦОС. Пр
о-
стейшие оптические приборы. Абберации оптич
е-
ских систем (астигматизм, сфери
ческая и хромат
и-
ческая абберации).
 
4
 
6
 
10
 
Распространение света в анизотропных ср
е-
дах.
 
 
Тензор диэлектрической проницаемости. Распр
о-
странение плоской э/м волны в анизотропной среде. 
Зависимость лучевой скорости от направления. Э
л-
липсоид лучевых скоростей.
 
Двойное лучепрело
м-
ление. Построение Гюйгенса для различных случ
а-
ев преломления. Поляризация при двойном луч
е-
преломлении. Поляризационные устройства.
 
6
 
2
 
11
 
Интерференция поляризованных волн при 
прохождении через кристаллы
. 
 
Искусственная анизотропия, соз
даваемая дефо
р-
мациями, электрическим и магнитным полем. Пл
а-
стинки "

/4", "

/2" и "

".
 
2
 
2
 
12
 
Вращение плоскости поляризации в криста
л-
лических телах и аморфных веществах.
 
 
Элементарная феноменологическая теория. О
п-
тическая изомерия. Вращение плоскости 
поляриз
а-
ции в магнитном поле.
 
2
 
1
 
13
 
Рассеяние света.
 
 
Природа процессов рассеяния. Рэлеевское расс
е-
яние и рассеяние Ми. Физическая сущность рассе
я-
ния Мандельштам
-
Бриллюэна и комбинационного 
рассеяния.
 
2
 
 
14
 
Фотоэффект.
 
 
Основные экспериментальные закономерности и 
их истолкование. Определение постоянной Планка 
из фотоэффекта. Фотоэлектрические приемники 
света: фотоэлементы, фотоумножители, фотодиоды 
2
 
1
 и электронно
-
оптические преобразователи).
 
15
 
Излучение абсолютно черн
ого тела. 
 
Элементарная квантовая теория. Спонтанные и 
вынужденные переходы. Коэффициенты Эйнште
й-
на. Оптические усилители. Прохождение света ч
е-
рез среду. Закон Бугера. Условие усиления. Возде
й-
ствие светового потока на населенность уровней. 
Создание инверсн
ой населенности.
 
4
 
2
 
16
 
Лазеры.
 
 
Принципиальная схема
 
лазера
. Порог генерации. 
Метод модулированной добротности. Характер
и-
стика НеNе и перестраиваемого лазеров.
 
2
 
 
17
 
Нелинейные явления в оптике.
 
 
Источники нелинейной поляризованности. Ква
д-
ратичная 
нелинейность и нелинейности более в
ы-
соких порядков. 
 
Генерация гармоник. Условие пространственного 
синхронизма для удвоения частоты. Длина ког
е-
рентности. ОсуществлениСае пространственного 
синхронизма. Векторное условие пространственн
о-
го синхронизма.
 
Самово
здействие света в нелинейной среде. С
а-
мофокусировка и самодефокусировка луча.
 
2
 
 
 
Итого
 
часов
:
 
 
68
 
34
 
 
ОСНОВНАЯ
 
ЛИТЕРАТУРА
 
1.
 
Ландсберг Г.С. Оптика. 6
-
е изд., стереот. Изд."Физматлит", 2010. 
-
 
848 стр. 
http://e.lanbook.com/view/book/2238/
 
2.
 
 
Иродов И.Е. Задачи по общей физике Изд. "Лань", 2009. 
-
 
420 стр. 
http://e.lanbook.com/view/book/4875/
 
3.
 
Бутиков Е.И. Оптика. 3
-
е изд., доп. Изд. "Лань", 2012. 
-
 
608 стр. 
http://e.lanbook.com/view/book/2764/
 
 
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
 
ЛИТЕРАТУРА
 
1.
 
Савельев И.В. Курс общей физики. В 5
-
и тт. Том 4. Волны. Оптика. Изд. "Лань", 2011. 
-
 
256 стр. http://e.lanbook.com/view/book/707/
 
2. 
Калитеевский Н.И. Волновая оптика.5
-
е изд. стереотип. Изд. "Лань", 2008. 
-
 
480 стр. 
http://e.lanbook.com/view/book/173/
 
3. 
Фриш С.Э. Тиморева А.В. Курс общей физики. В 3
-
х тт. Т.3. Оптика. Атомная физика. 
Изд. "Лань" 2008. 
-
 
656 стр. 
 
http://e.lanbook.com/view/book/419/
 Приложение 
к 
программе дисциплины
 
“
Общая физика (раздел 
Оптика
)
”
 
 
ОБРАЗЦЫ 
БИЛЕТ
ОВ
 
К
 
ИТОГОВЫМ 
 
ЭКЗАМЕНАМ
 
Б И Л Е Т 1
 
1. Э/м природа света. Плоская э/м волна и ее представление в комплексной форме.
 
2. Интерференция квазимонохроматического света. Временная когерентность.
 
 
Б И Л Е Т 2
 
1. Источник конечного размера. Пространственная когерентность.
 
2. Двухлучевые интерферометры. Интерферометр Рэлея. Интерферометр Жамена.
 
 
Б И Л Е Т 3
 
1. Звездный интерферометр.
 
2. Излучение абсолютно черного тела. Формула Планка. Вывод формулы
 
Планка по Эй
н-
штейну.
 
 
Б И Л Е Т 5
 
1. Распространение плоских электромагнитных волн в изотропных средах.
 
2. Многолучевая интерференция, осуществляемая делением амплитуды. Интерферометр 
Фабри
-
Перо.
 
Б И Л Е Т 6.
 
1. Интерференционные светофильтры.
 
2. Одномерн
ая амплитудная решетка.
 
 
Б И Л Е Т 7
 
1. Дифракция света. Принцип Гюйгенса
-
Френеля.
 
2. Центрированная оптическая система (ЦОС). Матричный метод описания хода луча в ЦОС. 
Получить матрицу прозрачного промежутка.
 
 
Б И Л Е Т 8
 
1. Центрированная оптическая сист
ема (ЦОС). Матричный метод описания хода луча в ЦОС. 
Получить матрицу преломляющей сферической поверхности.
 
2. Принципы работы лазера. Не
-
Ne лазер. Лазер на рубине. Модуляция добротности лазера.
 
 
Б И Л Е Т 9
 
1. Плотность потока энергии э/м волн. Интенсивно
сть. Распределение плотности потока 
энергии по сечению пучка. Гауссов пучок. Световой импульс.
 
2. Угловая дисперсия, разрешающая способность и дисперсионная область дифракционной 
решетки.
 
 
Б И Л Е Т 10
 
1. Стоячие э/м волны. Преобразование энергии в стоячей
 
э/м волне. Опыт Винера по набл
ю-
дению стоячих световых волн.
 2. Дифракция Френеля на круглом отверстии. Зоны Френеля.
 
 
Б И Л Е Т 11
 
1. Геометрическая оптика. Уравнение эйконала. Световые лучи.
 
2. Тепловое излучение. Законы Кирхгофа, Стефана
-
Больцмана, смещ
ения Вина. «Ультроф
и-
олетовая катастрофа».
 
 
Б И Л Е Т 12
 
1. Поляризация э/м волны. Виды поляризации.
 
2. Линза. Тонкая линза.
 
 
Б И Л Е Т 13
 
1. Распространение света в анизотропных средах. Тензор диэлектрической проницаемости. 
Распространение плоской э/м
 
волны в анизотропной среде.
 
2. Излучение абсолютно черного тела. Закон Стефана
-
Больцмана. 
 
Закон смещения Вина. Формула Рэлея
-
Джинса.
 
 
Б И Л Е Т 14
 
1. Уширение спектральных линий. Ударное уширение. Однородное и неоднородное ушир
е-
ние.
 
2. Центрированная опт
ическая система (ЦОС) и ее кардинальные элементы. Построение 
изображения в ЦОС.
 
 
Б И Л Е Т 15
 
1. Классическая модель излучателя. Естественная ширина линии излучения. Лоренцева фо
р-
ма и ширина линии излучения. Время излучения.
 
2. Принцип Ферма. Вывод законов
 
отражения и преломления.
 
 
Б И Л Е Т 16
 
1. Уширение спектральных линий. Доплеровское уширение. Однородное и неоднородное 
уширение спектральных линий. 
 
2. Интерференция поляризованных волн при прохождении через кристаллы. Кристаллич
е-
ская пластинка между пол
яроидами. Четверть
-
 
и полуволновые пластинки.
 
 
Б И Л Е Т 17
 
1. Зависимость лучевой скорости от направления. Эллипсоид лучевых скоростей. Постро
е-
ние Гюйгенса для различных случаев преломления.
 
2. Дифракция на двухмерных отверстиях.
 
 
Б И Л Е Т 18
 
1. Зонная п
ластинка. Фазовая пластинка.
 
2. Распространение плоских э/м волн в одноосных кристаллах.
 
 
Б И Л Е Т 19
 
1. Стоячие э/м волны. Преобразование энергии в стоячей э/м волне.
 Опыт Винера по наблюдению стоячих световых волн.
 
2. Дифракция Френеля и Фраунгофера. Кл
ассификация.
 
 
Б И Л Е Т 20
 
1. Поляризация э/м волн. Волна с круговой и эллиптической поляризациями как суперпоз
и-
ция волн с линейными поляризациями.
 
2. Дифракция Фраунгофера от щели.
 
 
Б И Л Е Т 21
 
1. Излучение электрического дипольного осциллятора. 
Интенсивность излучения, диаграмма 
направленности. Учет радиационного затухания.
 
2. Дифракция на двухмерных периодических структурах.
 
 
Б И Л Е Т 22
 
1. Дисперсия света. Электронная теория дисперсии.
 
2. Физические основы голографии. Схемы записи и восстановл
ения
 
тонкослойных голограмм. Схемы записи и восстановления толстослойных голограмм. 
 
 
Б И Л Е Т 23
 
1. Доплеровское уширение спектральных линий.
 
2. Вращение плоскости поляризации в кристаллических телах и аморфных веществах. Эл
е-
ментарная феноменологическая 
теория. 
 
 
Б И Л Е Т 24
 
1. Искусственная анизотропия, создаваемая деформациями и электрическим полем (эффект 
Керра).
 
2. Распространение света в диэлектриках. Нормальная и аномальная дисперсии. Формула 
Зельмейера.
 
 
Б И Л Е Т 25
 
1. Групповая скорость.
 
2. Дифр
акция Фраунгофера на периодических структурах. Дифракция на гармонической р
е-
шетке.
 
 
Б И Л Е Т 26
 
1. Дисперсия света. Учет взаимодействия молекул. Формула Лоренц
-
Лорентца.
 
2. Формулы Френеля. Нормальное и наклонное падение.
 
 
Б И Л Е Т 27
 
1. Отражение и 
преломление света на границе между диэлектриками.
 
Законы отражения и преломления света.
 
2. Интерференция немонохроматического света. Временная когерентность. Видность инте
р-
ференционной картины. Принцип Фурье
-
спектроскопии.
 
  
Б И Л Е Т 28
 
1. Осуществление к
огерентных волн в оптике. Метод деления амплитуды: интерференция в 
тонких пленках, "Кольца Ньютона", интерферометр Майкельсона.
 
2. Одномерная амплитудная решетка. Наклонное падение.
 
 
Б И Л Е Т 29
 
1. Пространственная когерентность.
 
2. Осуществление 
когерентных волн в оптике. Метод деления волнового фронта: схема Ю
н-
га, "Бизеркала Френеля", "Бипризма Френеля", "Билинза Бийе".
 
Б И Л Е Т 30
 
1. Полное отражение света.
 
2. Дифракция на пространственных периодических структурах. Формулы Лауэ.
 
Б И Л Е Т 31
 
1.
 
Интерференция света. Интерференция плоских волн. Оптическая разность хода.
 
2. Дифракция света. Принцип Гюйгенса 
-
 
Френеля (математическая запись).