Fotonika (FSI-RFO)

Akademický rok 2021/2022
Garant: prof. Ing. Jozef Kaiser, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚFI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Vytvořit úvod do fotoniky, který umožní pochopit principy aktuálních aplikací.
Výstupy studia a kompetence:
Předmět poskytuje znalosti a dovednosti, které studentům fyziky umožní využít jejich znalosti z optiky k řešení inženýrských problémů a studentům inženýrského studia osvojit si základní principy optiky.
Prerekvizity:
Znalosti z matematiky a fyziky na úrovni základních kurzů vysokoškolského studia technického zaměření.
Obsah předmětu (anotace):
Předmět je úvodem do základů fotoniky. Zahrnuje následující oblasti:
Generování koherentního světla lasery a nekoherentního světla luminiscenčními zdroji.
Šíření světla ve vakuu, optickými prvky a vlnovody.
Modulaci a rozmítání světla elektricky, akusticky nebo opticky řízenými prvky.
Detekci světla.
Tyto oblasti jsou základem uplatnění aplikací v optických komunikačních systémech, při zpracování signálu, v sensorech a při přenosu energie.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách. Výuka je doplněna laboratorním cvičením.
Způsob a kritéria hodnocení:
Podmínky udělení zápočtu: naměření předepsaných úloh a vypracování protokolů z měření.
Zkouška má písemnou a ústní část.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Příprava na měření a vypracování zpráv z měření.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 2 hod. nepovinná                  
    Laboratorní cvičení  7 × 2 hod. povinná                  
    Cvičení  6 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška Historie optiky. Podstata a vlastnosti světla. Vlny a částice. Interakce záření a látky.
Geometrická optika. Paraxiální paprsky. Optické prvky. Základní optické zobrazování systémy.
Gradientní optika. Maticová optika.
Polarizace světla. Dichroismus. Polarizace odrazem. Optická aktivita.
Superpozice vln: stejné frekvence, různé frekvence. Fázová rychlost, grupová rychlost.
Dvoupaprsková interference. Interference světla odraženého na dvou rozhraních.
Youngův interferometr. Murtyův interferometr. Michelsonův interferometr. Machův-Zehnderův interferometr.
Mnohosvazková interference. Fabryův-Perotův interferometr. Interferenční filtr. Antireflexní vrstvy.
Základy teorie difrakce. Fresnelova a Fraunhoferova aproximace.
Fraunhoferova difrakce: na štěrbině, na periodické struktuře stejných štěrbin, na kruhovém otvoru.
Holografie. Holografická interferometrie.
Fourierovská optika. Fourierova transformace. Abbeova teorie zobrazení. Prostorová filtrace.
Lasery. Teorie laserových oscilací. Charakteristiky laserem generovaného svazku.
Fotodetektory.
Elektrooptika. Akustooptika.
    Laboratorní cvičení Měření ohniskových vzdáleností čoček a objektivů. Kolimátor. Autokolimátor.
Interferometry: Youngův, Murthyův, Michelsonův, Machův-Zehnderův.
Difrakce na štěrbině a na kruhovém otvoru.
Mikrointerferometr. Měření na mikroskopu s odečitatelným okulárem.
Goniometr-spektrometr. Vlastnosti hranolového a mřížkového spektrometru.
Měření parametrů laseru. Transformace gaussovského svazku.
Holografie. Holografická interferometrie.
    Cvičení Konstrukce chodu paprsků optickými soustavami. Použití zobrazovacích rovnic.
Příklady aplikace dvoupaprskové interference vln vzniklých odrazem na dvou rozhraních.
Lokalizace interferenčních proužků v dvousvazkových interferometrech.
Rozlišovací schopnost optických přístrojů.
Souvislost viditelnosti interferenčních proužků s šířkou spektrální čáry a s velikostí zdroje
světla. Časová a prostorová koherence světla.
Polarizace světla.
Literatura - základní:
1. SALEH,B.E.A and TEICH,M.C. Fundamentals of photonics. New York: Wiley, 1991. 988 p.
2. IIZUKA,K. Engineering optics. Berlin: Springer, 1983. 489 p.
3. BANERJEE,P.P. and POON, T.-CH. Principles of applied optics. Boston: Irwin, 1991. 347 p.
Literatura - doporučená:
1. SALEH,B.E.A and TEICH,M.C. Základy fotniky. Praha: matfyzpress, 1994. 1055 p.
2. FUKA,J. and HAVELKA,B. Optika. Praha: SPN, 1961. 846 p.
3. HALLIDAY,D., RESNICK,R. and WALKER,J. Fyzika. Brno: VUTIUM, 2000. 1198 p.
4. YOUNG,M. Optics and lasers. Berlin: Springer, 1993. 343 p.
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
B3A-P prezenční studium B-MET Mechatronika -- zá,zk 5 Povinný 1 3 Z