Fyzikální optika I
M. ŠkereňPřednáška pojednává o základech fyzikální optiky. Systematicky se zabývá šířením optických vln ve vakuu, v izotropním a anizotropním prostředí a na jejich rozhraních. Klasifikuje základní typy optických vln. Věnuje se popisu polarizace a jejímu využití, statistickým vlastnostem polychromatické vlny, základům interference dvou i vícevlnové. Úvod kurzu je zaměřen na rekapitulaci procesů kmitání a vlnění.
zimní semestr, 3+0, z, zk
více informací
Osnova:
- Úvod – formální uspořádání přednášky, podmínky získání zápoču a zkoušky, návaznosti, předpoklady, motivace, ukázka aplikací, historie.
- Kmitání a vlnění – lineární systémy a komplexní symbolika, rekapitulace problematiky kmitání a vlnění, analogie mechanického kmitání a vlnění s elektromagnetickou problematikou, disperze, útlum, grupová rychlost, stojaté vlny, šíření energie, nelineární systémy.
- Optická vlna ve vakuu – vlnová rovnice, rovinná harmonická vlna, polarizace TEM vlny, charakteristická admitance vakua, energetické vlastnosti TEM vlny, intenzita světla, stojatá vlna ve vakuu.
- Optická vlna v obecném lineárním izotropním prostředí – vlnová rovnice, Helmholtzova rovnice, disperzní rovnice, komplexní vlnové číslo, vlny v materiálu, energetické vlastnosti disperzních vln, vlna vyzařujícího elektrického dipólu.
- Disperze a absorpce v homogenním prostředí – disperze prostředí s nedisperzními materiálovými parametry, disperze dielektrických vlastností, disperze vodivosti, Rayleighův rozptyl a disperze.
- Optická vlna v nehomogenním prostředí – průchod světla spojitě nehomogenním prostředím, paprsková optika, rozhraní dvou homogenních prostředí, Snellovy zákony a Fresnelovy vztahy.
- Vybrané speciální optické svazky – paraxiální vlny, sférická vlna a její aproximace, Gaussovský svazek, Gauss-hermitovské svazky, Gauss-laguerovské svazky, Besselovské svazky.
- Optická vlna v anizotropním prostředí – popis polarizace, Stokesův vektor, Jonesův a Muellerův počet, rovinná vlna v anizotropním prostředí, dvojlomné prostředí, Fresnelovy rovnice, normálový elipsoid, indexová a normálová plocha, šíření energie, paprskový elipsoid, paprsková plocha, dvojlom a dvojodraz, indukovaná anizotropie, dichroizmus, optická aktivita, Faradayův jev, kapalné krystaly a jejich aplikace.
- Polychromatické vlny a jejich statistické vlastnosti – interference dvou kvazimonochromatických vln, časová koherence, prostorová koherence, ststistické projevy polarizace kvazimonochromatické vlny.
- Dvouvlnová interference světla a interferometrie – dvouvlnová interference, interferometry a interferometrie, vícevlnová interference, Fabry-Perotův interferometr, reflektance obecné dielektrické vrstvy.
- Vícevlnová interference světla a tenké optické vrstvy – přibližné řešení soustavy tenkých vrstev, Rouardova metoda, maticový popis systému tenkých vrstev, periodické systémy vrstev v maticovém popisu, aplikace tenkých vrstev.
Literatura:
- Born M., Wolf E.: Principles of Optics. Pergamon Press, London, 1993 (sixth edition).
- Stratton J.A.: Teorie elektromagnetického pole. SNTL, Praha, 1961.
- Sedlák B., Stoll I.: Elektřina a magnetismus. Akademia, Karolinum, 1993.
- Vrbová M. a kol.: Lasery a moderní technologie. Prometheus, 1994.
- Saleh B.E.A., Teich M.C.: Fundamentals of Photonics. J. Wiley, New York, 1991; český překlad: Základy fotoniky. Matfyzpress, Praha 1995.
- Hecht E., Zajac A.: Optics. Addison Wesley, London 1987 (second edition).
- Lipson S.G., Lipson H., Tannhauser D.S.: Optical Physics. Cambridge University Press, New York 1995 (third edition).
- Kittel Ch.: Úvod do fyziky pevných látek. Academia, Praha 1985.
- Peřina J.: Teorie koherence. SNTL, Praha 1974.
- Knittl Z: Optics of Thin Films. John Wiley & Sons, London 1976.
- Goodman J.W.: Intoduction to Fourier Optics. McGraw-Hill Book Company, New York, 1996 (second edition).
- Hutley M.C.: Diffraction gratings. Academic Press, London, 1982.
- Collier R.J., Burckhard C.B., Lin L.H.: Optical Holography. Academic Press, New York, 1971.
- Fiala P., Richter I.: Fourierovská optika a optické zpracování signálu. Skriptum FJFI CVUT, Praha 2004.
Podmínky získání zápočtu
Podmínkou udělení zápočtu j získání alespoň 10 bodů ze dvou písemných testů (každý s maximálním počtem 10 bodů), které se uskuteční v průběhu a na konci semestru.
Soubory ke stažení:
- Přednáška - 1. část [7.04 MB]
- Přednáška - 2. část [4.75 MB]
- Skriptum - Kapitola 1 - Rekapitulace kmitání a vlnění [1.06 MB]
- Skriptum - Kapitola 2 - Šíření optické vlny v izotropním prostředí [1.76 MB]
- Skriptum - Kapitola 3 - Šíření optické vlny v anizotropním prostředí [1.38 MB]
- Skriptum - Kapitola 4 - Polychromatická vlna a její statistické vlastnosti [963.46 KB]
- Skriptum - Kapitola 5 - Interference světla [1.94 MB]