Vlnová optika (FSI-TVO)

Akademický rok 1999/2000
Garant: prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc.  
Garantující pracoviště: ÚFI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Úkolem předmetu je vytvořit solidní znalosti interferencního jevu a
skalární teorie difrakce a jejích aplikací.
Výstupy studia a kompetence:
1. Znalost teorie optických interferenčních a difrakčních jevů.
2. Experimentální erudice pro práci v laboratoři optické interferometrie
a difrakce.
3. Schopnost detailní interpretace difrakčních a interferenčních jevů.
Prerekvizity:
 
Obsah předmětu (anotace):
Část předmětu věnovaná interferenci světla je zaměřena především na interferometrii a problematiku interferenčního experimentu.Jsou vyloženy a prakticky dokumentovány: koherence světla,kontrast interferenčního obrazce, lokalizace interferenční strukturya interpretace interferogramů získaných klasickou i holografickouinterferenční metodou. Hlavní náplní části věnované difrakci je výklad difrakčního integrálu a jeho použití k výpočtu rozloženíintenzity a fáze v difrakčních obrazcích Fresnelovaa Fraunhoferova typu. Difrakční integrál je odvozen třemi způsoby:a) superpozicí rovinných vln,b) intuitivně z Huygensova-Fresnelova principu,c) z vlnové rovnice pomocí vět integrálního počtu funkcí dvou a více proměnných. Podrobně je též odvozena Rubinowiczova reprezentace okrajové vlny. Součástí cvičení jsou demonstrace difrakčních a interferenčních jevů v laboratořích.
Metody vyučování:
 
Způsob a kritéria hodnocení:
Podmínka k udělení zápočtu: Aktivní účast na cvičeních.
Zkouška: Písemná zkouška z části interference. Ústní zkouška
z části difrakce světla.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
 
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  14 × 2 hod. nepovinná                  
    Cvičení odborného základu  7 × 2 hod. povinná                  
    Laboratorní cvičení  7 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška Interference světla
1. Rozdělení intenzity v oblasti superpozice dvou rovinných
monochromatických vln stejné frekvence. Šířka interferenčního
proužku. Kontrast interferenční struktury. Youngův experiment.
Šířka proužků. Vliv velikosti použitého zdroje na interferenční
strukturu. Interference v bílém světle.
2. Interference světla pomocí Fresnelových zrcadel. Šířka
interferenčních proužků. Vliv velikosti zdroje na kontrast
interferenčních kroužků. Interference na vrstvě. Planparalelní
destička. Klínová vrstva. Proužky stejného sklonu. Proužky
stejné tloušťky.
3. Citlivost interferenčních metod. Lokalizace interferenčních proužků.
Diskuse lokalizace při interferenci na vrstvě.
4. Michelsonův interferometr. Ekvivalence s interferencí odrazem
na tenké vrstvě. Použití interferometru
k odměřování délek, ke zjišťování kvality ploch. Mikrointerferometr.
Machův-Zehnderův interferometr. Vizualizace fázových objektů.
5. Mnohasvazkový interferometr. Fabryův-Perotův interferometr. Spektroskopie
s vysokou rozlišovací schopností. Laserové optické rezonátory.
6. Holografická interferometrie. Vizualizace fázových objektů. Zjišťování
malých deformací a malých posunutí objektů s difusním povrchem.
7. Koherenční zrnitost. Její použití.
Difrakce světla
1. Vlnová rovnice a její řešení ve tvaru rovinných a sférických vln.
Harmonické vlny, komplexní notace. Helmholtzova rovnice,
paraxiální Helmholtzova rovnice, Fresnelova aproximace kulové vlny.
2. Difrakční integrál odvozený superpozicí rovinných vln.
3. Fresnelova difrakce. Fresnelův propagátor. Fresnelovy integrály.
Cornuova spirála. Lommelovy funkce. Typické Fresnelovy difrakční
jevy: difrakce na nepropustné polorovině, vlákně, štěrbině,
obdélníkovém otvoru, kruhovém otvoru, kruhové překážce.
4. Fraunhoferova difrakce. Typické Fraunhoferovy difrakční jevy: difrakce
na štěrbině, kruhovém otvoru, soustavě identických a stejně orientovaných
otvorů.
5. Huygensův-Fresnelův princip. Intuititivní formulace. Odvození z vlnové
rovnice pomocí vět integrálního počtu funkcí více proměnných.
6. Okrajová vlna. Rubinowiczova reprezentace. Fraunhoferova difrakce
a její souvislost s okrajovou vlnou. Abbeova transformace a Abbeova věta.
7. Historie teorie difrakce.
    Cvičení odborného základu  
    Laboratorní cvičení  
Literatura - základní:
1. Born M., Wolf E.: Principles of Optics. 7th ed. Cambridge University Press 1999.
2. Sommerfeld A.: Optik. 2. Auflage. Akademische Verlagsgesellschaft Geest & Portig K.-G., Leipzig 1959. (Též Optics. Academic Press, New York 1954.)
3. Zacharevskij A. N.: Inteferometry. Gosudarstvěnnoje izdatěľstvo oboronnoj promyšlennosti, Moskva 1952.
Literatura - doporučená:
1. Saleh B. E. A., Teich C.: Základy fotoniky 1. Matfyzpress, Praha 1994.
2. Iizuka K.: Engineering Optics. 2nd ed. Springer Verlag., Berlin 1987.
3. Komrska J.: Vlnová optika, část Difrakce světla. Akademické nakladatelství CERM, s.r.o., Brno 2004.
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
M2301-5 prezenční studium Přesná mechanika a optika -- zá,zk 5 Povinný 2 1 Z
M2301-5 prezenční studium Fyzikální inženýrství -- zá,zk 5 Povinný 2 1 Z