Základy optiky
P. KwiecienPřednáška pojednává o základech optiky - vychází z popisu elektromagnetického pole pomocí Maxwellových rovnic a zabývá se šířením optické vlny ve vakuu a různých typech prostředí. Součástí je úvod do teorie anizotropních prostředí a nelineární optiky. Dále jsou studovány statistické vlastnosti optických vln a následně různé formy interference optických polí, difrakce světla, difraktivní struktury a základy holografie. Poslední část je věnována přístupu geometrické optiky k popisu optických soustav, analýze problematiky vidění a optickým přístrojům. Jednotlivé části jsou doplněny o přehled nejdůležitějších vybraných aplikací.
zimní semestr, 2+0, z, zk
details
Osnova:
- Úvod – formální uspořádání přednášky, podmínky získání zápoču a zkoušky, návaznosti, předpoklady, motivace, ukázka aplikací, historie optiky, definice používaných symbolů a komplexní symbolika.
- Šíření optické vlny a Maxwellovy rovnice – základní vztahy a zákony elektromagnetického pole, Maxwellovy rovnice, vlnová rovnice, energie vlny, polarizace.
- Optická vlna v prostředí a základy teorie disperze – principy šíření optické vlny v materiálovém prostředí, disperzní rovnice, index lomu.
- Anizotropní a nelineární prostředí – šíření vlny v anizotropním prostředí, popis polarizace, dvojlom a dvojodraz, indukovaná anizotropie, optická aktivita, šíření optické vlny v nelineárním prostředí, nelineární jevy a jejich aplikace.
- Přechod optické vlny rozhraním dvou prostředí – optická vlna v nehomogenním prostředí, rozhraní dvou homogenních prostředí, Snellovy zákony a Fresnelovy vztahy, vliv anizotropie na jevy na rozhraní.
- Statistické vlastnosti optické vlny – koherence optické vlny, prostorová a časová koherence, statistické projevy polarizace.
- Interference světla a interferometrie – interference dvou optických vln, interferometrie, základní typy interferometrů, vícevlnová interference a její využití
- Difrakce světla – základy skalární teorie difrakce, difrakční integrál, Fresnelova a Fraunhoferova difrakce.
- Difraktivni struktury a holografie – difrakce na pravidelné difrakční mřížce, tenká a objemová mřížka, základní principy holografie.
- Geometrická optika – přechod od vlnové k paprskové optice, základní postuláty geometrické optiky, ideální a reálné zobrazení, paraxiální prostor, tenká čočka, aberace optických systémů.
- Lidské oko a vidění – lidské oko, anatomie oka, radiometrie a fotometrie, barevné vidění a kolorimetrie.
- Optické přístroje – základní principy využívané v optických přístrojích, lupa, dalekohled, mikroskop, fotografie.
Podmínky udělení zápočtu:
- alespoň 10 bodů ze 2 písemných zápočtových testů v průběhu semestru (2x10 bodů).
Literatura:
- Hecht E.: Optics, 5th edition, Pearson, 2016.
- Saleh, B.E.A., Teich, M. C.: Fundamentals of Photonics, 3rd edition, Wiley-Interscience, Hoboken, 2019. - online verze prvního vydání https://onlinelibrary.wiley.com/doi/book/10.1002/0471213748
- Guenther, B. D.: Modern Optics, 2nd edition, Oxford University Press, New York, 2015.
- Fiala P., Richter I.: Fyzikální optika, skriptum, ČVUT Praha, 2005.
- R. P. Feynman, R. B. Leighton, M. Sands: Feynmanovy přednášky z fyziky, Fragment, Praha, 2000-2002.
- Havelka B.: Geometrická optika I.,II. ČSAV, Praha 1955.
Download:
- Kapitola 1 [580.35 KB]
- Kapitola 2 [407.71 KB]
- Kapitola 3 [832.73 KB]
- Kapitola 4 [509.93 KB]
- Kapitola 5 [778.51 KB]
- Kapitola 6 [538.96 KB]
- Kapitola 7 [383.59 KB]
- Celé skriptum [7.25 MB]
- ZAOP_prezentace.pdf [17.66 MB]