浙大光学工程研究生入学考试部分复试题目

-------------------------------------------------------------------------------- 浙江大学 光学工程复试参考题目

1、激光的全称，其特性和应用 激光一词在英文中是“Laser”，是“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”的缩写，意为“受激发射的辐射光放大”。 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。 2、望远镜的物镜直径选择

根据公式知望远镜物镜的直径影响到一下因素：分辨率、景深 直径大则分辨率高，反之则分辨率低； 直径大景深小，反之则景深大； 3、几何光学的7种误差.

单色像差：球差、彗差、场曲、像散、畸变 复色像差：位置色差、倍率色差 4、全息技术、成像原理、用处

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。 6、光线 WDM

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。 7、模电、数电、D/A、A/D

模电：Analog Circuit模拟电路，处理模拟信号的电子线路； 模拟信号：时间和幅度都连续的信号；

数电：数字电路，用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路； D/A：数模转换，将数字信号转换为模拟信号； A/D：模数转换，将模拟信号转换为数字信号。 8、CCD

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。

CCD (Charge-Coupled Device) is an optical imaging device. The purpose is to turn the optical image into electrical signals which can carry out the reproduction of the incident light radiation image.

The basic function of CCD is the storage and transfer of charge. The course of its work is the produce, storage, transfer and detect of charge while the produce of charge is depended on optical and electrical characteristics of semiconductor.

The basic unit of CCD is the MOS capacitor which can storage charge. These units will output their charges that are transferred from the Photosensitive, thus optical signal is turned into electrical signal. At last, carry out the reproduction of original signal.

Solid imaging, signal processing, mass storage are main applications of CCD. 9、空间相干、时间相干

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。 10、望远镜的物镜孔径是不是越大越好？瑞利判据是啥？

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？

4f系统是在进行相干光学处理时，采用的两个透镜成共焦组合放大率为-1的双透镜成像系

统；

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sinc(x)函数，所以在频谱面上是sinc(x)函数的图像；

因为傅里叶变换f[rect()]?dsinc(ud)，所以当狭缝变窄时，相当于d减小，所以频谱面上的sinc(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。

12、什么是粒子数反转，解释一下

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。

13、如果能级宽度变大，那么跃迁后发出的光向红光还是蓝光方向移动

根据辐射公式E?h?，当能级宽度变大，则E变大，h是普朗克常数，h?6.626?10?34j?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。 15、色散、频率和色散的关系.

光在物质中传播时其折射率（传播速度）随光波频率（波长）而变的现象叫做色散； 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n?A?xdB?2?C?4；反

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

I come from the UESTC, the University of Electronic Science and Technology of China. I have graduated from that school for nearly 3 years. I majored in optical engineering and optical communication. My major courses are these below: Calculus; AutoCAD; Basics of Software; Circuit Analysis; Analog Circuit; Digital Circuit; Signals and Systems; Quantum Mechanics; Semiconductor Physics; Physical Optics; Geometrical Optics; Laser Principles; Laser Technology and some of others. I like optic especially optical communication. The two years after my graduation I have worked in an optical communication company as a R&D engineer of optical devices. In the follow-up study, I still want to go on with optical communication. Thank you! 17、MTF和OTF是什么的缩写?含义是什么?具体器件如透镜的传递函数是什么?

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。

OTF：Optical Transfer Function光学传递函数，表示非相干成像系统空间频率域中的成像特

性。

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(?,?)=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。 18、光电转换器件举例

激光器是电信号转光信号；CCD是光信号转电信号。 19、在4f系统中物体的放大或者旋转将引起像如何变化?

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。 20、LED和LD分别是什么的缩写?是什么意思?

LED：Light Emitting Diode发光二极管，其实际上是一个半导体PN结，在此PN结上加正向偏置电压时会发光；

LD：Laser Diode半导体激光器。

21、关于棱镜的色散，即一束白光通过棱镜后发生什么变化? 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。

22、为什么那个望远镜孔径越大,分辨率越高? 方法一：直接根据公式??小，故分辨率高；

方法二：根据圆孔衍射，Airy斑的半径r0?1.22f1.22?，孔径大意味着可分辨的最近的两个物点对望远镜的张角D?D，所以当孔径大时，Airy斑半径小，

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?

上题已经解释了红移现象，说明红移是由频率的变化引起的。 25、微分和积分的几何意义? 微分的几何意义：

对于曲线y?f(x)上一点M(x0,f(x0))，当其横坐标x0有增量?x时，对应纵坐标上的增量为?y，dy是对应的M(x0,f(x0))处切线的增量；当?x很小时，?y?dy比?y小得多，则在M(x0,f(x0))的邻近，我们可以用切线段来近似代替曲线段。且函数y?f(x)在