| Akademický rok 2021/2022 |
| Garant: | prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. | |||
| Garantující pracoviště: | ÚFI | |||
| Jazyk výuky: | čeština | |||
| Cíle předmětu: | ||||
| Cílem kursu je seznámit studenty (z pohledu geometrické a vlnové optiky) se základními vlastnostmi optických materiálů, vztahy na rozhraní opticky isotropních prostředí a vlastnostmi reálných optických prvků a jejich kombinací. Úkolem kursu je aplikace těchto základních znalostí geometrické optiky při řešení a konstrukci optických přístrojů. | ||||
| Výstupy studia a kompetence: | ||||
| Absolvování kursu geometrické optiky dá studentům základní znalosti potřebné pro návrh a orientační výpočet soustav optických prvků. V rámci cvičení budou studenti řešit výpočty reálných optických soustav se zaměřením na jejich možné praktické využití. | ||||
| Prerekvizity: | ||||
| Absolvování kurzu Obecná fyzika III. | ||||
| Obsah předmětu (anotace): | ||||
| V kurzu budou prezentovány základy geometrické a vlnové optiky, které poslouží k rozšíření znalostí nabyté v základním kurzu. Zvláštní pozornost je věnována možným aplikacím, především návrhům optických přístrojů. Obsah kurzu je založen na následujících tématech: světlo jako elektromagnetické vlnění; základní jevy vlnové optiky; šíření světla v izotropním prostředí; základní zákonitosti optického zobrazení; základní optické přístroje; optika anizotropního prostředí; zdroje světla. |
||||
| 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: | ||||
| Zápočet: alespoň 75% účast ve cvičeních, absolvování tří předem ohlášených písemných testů. Zkouška: písemná a ústní. | ||||
| Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky: | ||||
| Přítomnost na cvičení je povinná a je sledována vyučujícím. Způsob nahrazení zmeškané výuky ve cvičení bude stanovena vyučujícím na základě rozsahu a obsahu zmeškané výuky. | ||||
| Typ (způsob) výuky: | ||||
| Konzultace v kombinovaném studiu | 1 × 17 hod. | povinná | ||
| Konzultace | 1 × 52 hod. | nepovinná | ||
| Laboratorní cvičení | 1 × 9 hod. | povinná | ||
| Osnova: | ||||
| Konzultace v kombinovaném studiu | 1. Historie optiky. 2. Světlo jako elektromagnetické vlnění. Vlnová funkce, superpozice. Rovinné, kulové a válcové vlny. Harmonické vlny. Komplexní notace harmonických vln. Maxwellovy rovnice. Energie vlny. 3. Polarizace světla. Polarizační elipsa, základní druhy polarizovaného světla. Popis polarizace harmonickými funkcemi a Jonesovými vektory. Metody polarizace světla. Optická aktivita. 4. Základy geometrické optiky. Eikonálová rovnice, paprsková rovnice, Fermatův princip, odvození zákona lomu. 5. Šíření světla - rozptyl, odraz, lom. Skla, disperze, duha. hranoly, zrcadla. 6. Geometrická teorie zobrazování. Paraxiální prostor. Kulová plocha, čočky, zrcadla, základní body optické soustavy, grafické řešení zobrazování. 7. Omezení paprsků, apertury, clony, telecentrické soustavy, rozlišení. 8. Optické vady I - barevná vady, aberační funkce, Seidlovy koeficienty, otvorová vada, koma. 9. Optické vady II - astigmatismus, zklenutí, korekce. Maticový zápis, trasování paprsků. 10. Optické přístroje - oko, mikroskopy, teleskopy, spektrometry. 11. Základy z teorie interference a koherence světla. Podmínky koherence. Interferenční zákon pro dvě částečně koherentní vlny. 12. Dvousvazková a mnohosvazková interference světla a jejich příklady. 13. Základy z teorie difrakce světla. Huygensův-Fresnelův princip. Fresnelova a Fraunhoferova difrakce. Příklady. |
|||
| Konzultace | 1. Maxwellovy rovnice, diferenciální operátory. 2. Vlnová rovnice a její řešení. Helmholtzova rovnice. 3. Polarizace světla. Malusův zákon. 4. Odvození eikonálové rovnice. Řešení paprskové rovnice pro jednoduchá prostředí. 5. Fresnelovy vztahy a jejich důsledky. 6. Paraxiální optika - zobrazování. Zobrazovací rovnice, znaménková konvence, určení základních parametrů optické soustavy. 7. Příklady na zobrazování (zrcadla, tenká a tlustá čočka, sestava čoček). 8. Barevná a sférická vada. 9. Jednoduché optické přístroje - příklady na zobrazování. 10. Test. 11. Vlnová optika - skalární popis světla, šíření volným prostorem, difrakční integrály. 12. Fraunhoferova difrakce na různých otvorech. 13. Zápočtová písemka. |
|||
| Laboratorní cvičení | 1. Polarizace 2. Difrakce 3. Práce s goniometrem 4. Vlastnosti tlustých čoček 5. Fotometrie 6. Vláknová optika 7. Rychlost světla 8. Základní optické přístroje 9. LCD (display z kapalných krystalů) 10. Interference |
|||
| Literatura - základní: | ||||
| 1. Born, M., Wolf, E.: Principles of optics. Cambridge: University Press, 2005. 952 p. | ||||
| 2. Fuka, J. - Havelka, B.: Optika a atomová fyzika I | ||||
| 3. Hecht, E., Zajac, A.: Optics. Amsterdam: Addison-Wesley, 1974. 576 p. | ||||
| Literatura - doporučená: | ||||
| 4. Hafekorn, H. - Richter, W.: Synthese optischer systeme. Berlin: VEB Deutscher Verlag, 1984. 343 p. | ||||
| 5. Liška, M.: Optické sešity. (Texty k přednáškám.) BRNO: VUT 2014/ 2015. | ||||
| 6. Goodman, J.W.: Introduction to Fourier Optics. 3rd ed. Englewood, Colorado: Roberts, 2005. 490 p. | ||||
| 7. Klein, M.V.: Optics. New York: Wiley, 1970. 647 p. | ||||
| Zařazení předmětu ve studijních programech: | |||||||||
| Program | Forma | Obor | Spec. | Typ ukončení | Kredity | Povinnost | St. | Roč. | Semestr |
| N-STG-K | kombinované studium | MTS Moderní technologie osvětlovacích soustav | -- | zá,zk | 6 | Povinný | 2 | 1 | Z |
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta strojního inženýrství
Technická 2896/2,
616 69 Brno
IČ 00216305
DIČ CZ00216305
+420 541 141 111
+420 726 811 111 – GSM O2
+420 604 071 111 – GSM T-mobile