Hodnocení kvality povrchů optickými metodami. (FSI-9KPO)

Akademický rok 2023/2024
Garant: prof. RNDr. Miloslav Ohlídal, CSc.  
Garantující pracoviště: ÚFI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština či angličtina
Cíle předmětu:

Na základě požadavků optického průmyslu je obsah předmětu zúžen na povrchy generované pro průmyslově použitelné optické aplikace. Kvalita těchto povrchů je dána především jejich tvarem, drsností, resp. pokrytím vhodnými tenkými vrstvami. Studenti se tedy seznámí se základy optické profilometrie, použitím rozptylu elektromagnetického záření ze zmíněných povrchů i s určováním optických parametrů tenkých vrstev.
Výstupy studia a kompetence:

Studenti se seznámí

  1. s principy činnosti nejužívanějších optických profilometrů a omezeními jejich použití v dané úloze. Ověří si své znalosti praktickým měření s optickým profilometrem MicroProf FRT i v nestandardních úlohách (např. při měření reziduálního vnitřního pnutí v tenkých vrstvách)
  2. s použitím Beckmanovy-Kirchhoffovy a Rayleighovy-Riceovy teorie pro určení náhodné drsnosti daných povrchů. Ověří si své znalosti praktickým měřením se skaterometrem SMIII, který byl postaven v naší laboratoři.
  3. s nestandardní technikou zobrazovací spektroskopické reflektometrie určené k optické charakterizaci neuniformních tenkých vrstev. Ověří si své znalosti praktickým měřením se zobrazovacími spektroskopickými reflektometry postavenými v naší laboratoři.
Prerekvizity:

V rámci úvodu do předmětu se studenti v rozsahu potřebném k jeho zvládnutí seznámí

  • s popisem náhodně drsného povrchu (Náhodné funkce, Výkonová spektrální hustota náhodné funkce, Spojitá i Diskretní Fourierova transformace),
  • se základy teorie difrakce, z nichž vycházejí obě výše uvedené teorie rozptylu elektromagnetického záření,
  • se základy optiky tenkých vrstev s důrazem na vrstvy s defekty.
Obsah předmětu (anotace):

Použití interakce elektromagnetického záření s povrchy pevných látek k hodnocení jejich kvality. 

Optická profilometrie.

Použití rozptylu elektromagnetického záření ze zmíněných povrchů.

Určování optických parametrů tenkých vrstev.

 

 
Metody vyučování:

Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny, individuální konzultace
Způsob a kritéria hodnocení:

Dílčí zkouška doktorského studia.

Zkouška je ústní. Zkoušený může používat jakoukoli literaturu.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
 
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  10 × 2 hod. nepovinná                  
Osnova:
    Přednáška

  1. Charakter drsného povrchu a jeho popis

  2. Klasické optické metody měření kvality povrchu (stručný přehled)

  3. Moderní optické metody měření kvality povrchu (stručný přehled)

  4. Optická profilometrie pro povrchy generované pro průmyslově použitelné optické aplikace.

  5. Formulace Beckmanovy-Kirchhoffovy teorie rozptylu elektromagnetických vln z povrchů generovaných pro optické aplikace.

  6. Formulace Rayleighovy-Riceovy teorie rozptylu elektromagnetických vln z povrchů generovaných pro optické aplikace.

  7. Základy optiky tenkých vrstev s důrazem na tenké vrstvy s defekty

  8. Příspěvek Laboratoře koherenční optiky ÚFI FSI VUT v Brně k problematice předmětu


 
Literatura - základní:
1. Beckmann, P., Spizzichino, A: The Scattering of Electromagnetic Waves from Rough Surfaces. Pergamon Press, Oxford, 1963.
2. Ogilvy, J. A.: Theory of Wave Scattering form Random Rough Surfaces. IOP Publishing Ltd.,Bristol 1991.
3. STOVER, John C. Optical scattering: measurement and analysis. 3rd ed. Bellingham, Wash.: SPIE Press, c2012, xxiv, 307 p. ISBN 978-081-9492-517.
4. Mainsah, E., Greenwood, J. A. and Chetwynd, D. G.: Metrology and Properties of Engineering Surfaces. Kluwer Academic Publishers, Boston 2001
5. Optical characterization of thin solid films. (Eds.: Olaf Stenzel, Miloslav Ohlídal) New York, NY: Springer Berlin Heidelberg, 2018. ISBN 978-3-319-75324-9.
6. BORN, Max a Emil WOLF. Principles of Optics. 7th (expanded) edition. Cambridge: University Press, 2005. ISBN 0521642221.
7. GOODMAN, Joseph W. Introduction to Fourier Optics. San Francisco: McGraw-Hill Book Company, 1968.
8. BRACEWELL, Ronald N. The Fourier transform and its applications. 3rd ed. Boston: McGraw Hill, c2000. ISBN 00-730-3938-1.
9. BRIGHAM, E. Oran. The fast Fourier transform and its applications. Englewood Cliffs, N.J.: Prentice Hall, c1988. ISBN 0-13-307505-2.
10.

JAN, Jiří. Číslicová filtrace, analýza a restaurace signálů. 2. upr. a rozš. vyd. Brno: VUTIUM, 2002. ISBN 80-214-2911-9.
11.

GOODMAN, Joseph W. Statistical optics. Wiley classics library ed. New York: Wiley, 2000, 550 p. ISBN 04-710-1502-4.
12.

YEH, Pochi. Optical waves in layered media. Hoboken: Wiley-Interscience, c2005. Series in pure and applied optics (Wiley). ISBN isbn0-471-73192-7.
Literatura - doporučená:
1. Born, M., Wolf, E.: Principles of Optics. 7th (expanded) ed.,. Cambridge University Press, Cambridge 1999
2. Goodman, J. W.: Introduction to Fourier Optics. 2nd ed.,. McGraw-Hill, New York 1996.
3. Bumbálek B., Odvody V., Ošťádal B.: Drsnost povrchu,. SNTL, Praha 1989.
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
D-FIN-P prezenční studium --- bez specializace -- drzk 0 Doporučený kurs 3 1 L