Optoelektronika a integrovaná optika (FSI-TOI)

Akademický rok 2022/2023
Garant: prof. RNDr. Jiří Petráček, Dr.  
Garantující pracoviště: ÚFI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Cílem kurzu je získání základního přehledu v oblasti optoelektroniky a integrované optiky
včetně výchozích principů a některých současných trendů.
Výstupy studia a kompetence:

Získané schopnosti: Základní znalosti z optoelektroniky a  integrované optiky. Pochopení činnosti optických prvků jako jsou vlnovody, optická vlákna, laserové diody, optické modulátory a mřížové členy. Schopnost návrhu jednoduchých vlnovodných prvků.
Prerekvizity:
Fyzika: základní znalosti z optiky (paprsková optika, interference a difrakce světla, princip laseru),
teorie elektromagnetického pole (Maxwellovy rovnice, vlnová rovnice, rovinná vlna, vlny v látkovém prostředí) a fyziky polovodičů (energiové pásy, přechod p-n).
Matematika: schopnost řešit jednoduché parciální diferenciální rovnice.
Obsah předmětu (anotace):
Témata přednášky: Elektromagnetická teorie optických vlnovodů, teorie vázaných vidů, vazba mezi vlnovody a vazební členy. Technologie výroby vlnovodných prvků. Modulace a spínání ve vlnovodech. Integrované zdroje záření a detektory. Aplikace integrované optiky. Vláknové komunikační systémy. Fotonické krystaly.
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.
Způsob a kritéria hodnocení:

Zápočet - aktivní účast ve cvičeních. Zkouška - klasifikace bude určena na základě samostatné práce studentů ve cvičeních a výsledků dvou testů (v polovině a závěru semestru).
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Bude sledována aktivita studentů během cvičení. Zmeškaná výuka ve cvičení může být nahrazena
zadaným úkolem.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 2 hod. nepovinná                  
    Cvičení  13 × 1 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška

1. Úvod, Maxwellovy rovnice, TE a TM vidy. Paprskový přístup a vedené mody.
2. Základy elektromagnetické teorie vlnovodů. Planární vrstvový vlnovod.
3. Optické vlákno. Další typy vlnovodů.
4. Teorie vázaných modů. Vazba mezi vlnovody.
5. Vstupní a výstupní vazební členy.
6. Technologie výroby optoelektronických prvků.
7. Elektrooptické modulátory. Kapalné krystaly.
8. Akustooptické modulátory. Magnetooptické modulátory.
9. Integrované zdroje záření.
10. Integrované optické detektory.
11. Aplikace integrované optiky.
12. Vláknové komunikační systémy.
13. Fotonické krystaly.
    Cvičení Ve cvičeních se řeší praktické problémy související s tématy přednášky. Je plánována návštěva laboratoře s ukázkami jednoduchých vlnovodných prvků a vláknových senzorů.
Literatura - základní:
1. R.G. Hunsperger: Integrated Optics: Theory and Technology, Springer, Berlin 2002.
2. S. O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Prentice-Hall, Upper Saddle River, 2001.
3. D. Marcuse: Theory of Dielectric Optical Waveguides, Academic Press, New York, 1974.
4. C.-L. Chen, Elements of optoelectronics and fiber optics, Irwin, Chicago, 2001.
5. A. Yariv, P. Yeh: Optical Waves in Crystals, Wiley, New York, 1984.
Literatura - doporučená:
1. B.E.A. Saleh, M.C. Teich: Základy fotoniky, Matfyzpress, Praha, 1994.
2. Bahaa E. A. Saleh, Malvin Carl Teich: Fundamentals of photonics, Wiley-Interscience, 2007.
3. R.G. Hunsperger: Integrated Optics: Theory and Technology, Springer, Berlin 2002.
3. J. Čtyroký, I. Hüttel, J. Schröfel, L. Šimánková: Integrovaná optika, SNTL, Praha, 1986.
4. S. O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Prentice-Hall, Upper Saddle River, 2001.
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
CŽV prezenční studium CZV Základy strojního inženýrství -- zá,zk 5 Povinný 1 1 Z
N-FIN-P prezenční studium --- bez specializace -- zá,zk 5 Povinný 2 2 Z