Optyka

stacjonarne

II stopnia

obowiązkowy

W32/c, C16/+, L12/+

Matematyka – zakres studiów I stopnia, analiza matematyczna;

Wymagania wstępne: algebra liniowa, teoria funkcji zespolonych, transformacja Fouriera, elementy rachunku operatorowego.

Fizyka – zakres studiów I stopnia, Fizyka ;

Wymagania wstępne: fala płaska, elementy teorii dyfrakcji, polaryzacja światła, interferencja światła, dyspersja materiałowa.

prof. dr hab. inż. Jan Jabczyński

4

Nauczyć geometrycznej i falowej metody ABCD, zapoznać z podstawami optyki geometrycznej i optyką ośrodków niejednorodnych. Zapoznać z podstawowymi elementami zmieniającymi stan polaryzacji, opisami stanu promieniowania częściowo spolaryzowanego. Zapoznać z podstawami radiometrii, nauczyć metody obliczeń obrazowania w ujęciu radiometrycznym. Zapoznać i nauczyć podstaw optyki falowej oraz transformacji wiązki gaussowskiej. Zapoznać z podstawowymi typami interferometrów. Zapoznać z podstawowymi kryteriami jakości zobrazowania. Zapoznać podstawami teorii spójności i metodami pomiaru drogi i obszaru spójności. Zapoznać z dyspersją materiałów optycznych oraz wybranymi układami dyspersyjnymi. Zapoznać z wybranymi układami mikroskopów optycznych i teleskopów astronomicznych.

1. Przyosiowa optyka geometryczna: metoda ABCD biegu promienia, obrazowanie geometryczne w układzie ABCD, podstawowe pojęcia optyki technicznej, układy bezogniskowe.

2. Polaryzacja światła: formalizm Jonesa, elementy zmieniające stan polaryzacji światła, promieniowanie częściowo spolaryzowane, wektor Stokesa, sfera Poincare, pomiary stanu polaryzacji światła, kompas /kamień słoneczny/ Wikingów – Lab 2.

3. Podstawy optyki geometrycznej: równanie eikonału i równanie promienia, fronty falowe, kaustyki geometryczne wiązki promieni, ośrodki typu GRIN, soczewkowane termiczne, atmosferyczne, grwitacyjne.

4. Podstawy i prawa radiometrii, podstawowe wielkości radiometrii, etendue, źródło lambertowskie, obrazowanie źródła lambertowskiego, niezmiennik HG, źródło m-lambertowskie, pomiary parametrów źródła lambertowskiego – Lab 4.

5. Podstawy optyki falowej, przyosiowe równanie falowe, transformata Fresnela ABCD, optyka fourierowska, propagacja w swobodnej przestrzeni.

6. Ognisko dyfrakcyjne, dwupunktowe kryteria rozdzielczości.

7. Wiązka gaussowska, transformacja w swobodnej przestrzeni, układach ABCD.

8. Elementy falowej teorii powstawania obrazu, obrazowanie testów paskowych, obrazy wybranych pól przedmiotowych (półprzestrzeń, linia, krzyż, koło itp. /mikroskop prosty, kula Leewenhoeka – Lab 1b.

9. Elementy teorii spójności promieniowania, spójność czasowa, czas i droga spójności pomiar w interferometrze Michelsona Lab 3a. Spójność poprzeczna, graniczne funkcje spójności, tw. Van-Citterta-Zernike Lab 3b, model Gaussa-Schella, interferometria gwiazdowa.

10. Przegląd wybranych interferometrów: pierścienie Newtona, shearingowy, Michelsona, Fizeau, Macha-Zehndera, Fabry-Perota. – Lab 3c

11. Wybrane materiały i elementy optyczne: dyspersja materiałowa, liczba Abbego, dyspersja prędkości grupowej GVD, dyspersja modowa WG, przegląd wybranych materiałów optycznych, przegląd wybranych elementów optycznych: pryzmat, kula, tęcza. – Lab 1a.

12. Wybrane elementy i układy dyspersyjne: pryzmaty i siatki dyfrakcyjne kompensacja dyspersji GVD, para pryzmatów, układy na siatkach Treacy, Martineza, technika CPA – G. Mourou, D. Strickland.

13. Przegląd mikroskopów optycznych: kula, mikroskop złożony, mikroskop STED.

14. Przegląd teleskopów astronomicznych: Newtona, Ritchey-Chretiena (NIXT & HST), Korscha (JWST, next HST).

Ćwiczenia / ćwiczenia rachunkowe

1. Metoda geometryczna ABCD, obrazowanie /4

2. Formalizm Jonesa , elementy fazowe i polaryzatory /2

3. Elementy optyczne /2

4. Obrazowanie w ujęciu radiometrii/4

5. Ognisko dyfrakcyjne, kryteria rozdzielczości 2

6. Spójność poprzeczna i czasowa/2

Laboratoria /metody dydaktyczne/

Lab 1. Przekształcanie światła białego w podstawowych elementach optycznych; (pryzmat dyspersyjny, refrakcja i odbicie w kuli szklanej, ocena rozdzielczości mikroskopu/kuli Leewenhoeka).

Lab 2. Badania zmiany stanu polaryzacji światła w wybranych elementach (płytka fazowa, kryształ anizotropowy (kamień słoneczny Wikingów) polaryzator TFP, depolaryzator Lyota, ? pomiar stopnia polaryzacji ?)

Lab 3. Źródła lambertowskie: (badanie indykatrys kątowych rozproszenia wybranych powierzchni, badania indykatrysy kątowych i widmowych emisji źródła quasi - lambertowskiego)

Lab 4. Interferometryczna ocena stanu spójności wzdłużnej i poprzecznej (wybrane interferometry, interferometr Michelsona, dośw. Younga na 2 otworach)

Podstawowa:

1. J. K. Jabczyński, Podstawy optyki stosowanej, Wyd. WAT, 2006

2. J. W. Goodmann, Optyka statystczna, Wyd. PWN, 1993

Uzupełniająca

1. G. Kloos, Matrix Methods for Optical Layout, SPIE Press TT77, 2007

2. H. Gross et al, Handbook of Optical Systems, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co., Weinheim (2007).

3. M. J. Weber, Handbook of optical materials, CRC Press, 2003,

ISBN 0-8493-3512-4.

Symbol i nr efektu modułu / efekt kształcenia / odniesienie do efektu kierunkowego

Wiedza:

W1 / Ma wiedzę w zakresie optyki geometrycznej, optyki polaryzacyjnej, optyki falowej, podstaw radiometrii, optometrii, projektowania i oceny elementów i układów optycznych

/ KW_02, KW_06, KW_07, KW_17, KW_25

Umiejętności:

U 1/ Potrafi wykorzystać zdobytą wiedzę do opisu i analizy układów optycznych; Potrafi formułować i analizować modele matematyczne układów optycznych w ujęciu falowym ; Potrafi określić kierunki dalszego uczenia się i realizować proces samokształcenia / KU_09, KU_010

U 2/ Potrafi planować i przeprowadzać eksperymenty, w tym pomiary i symulacje komputerowe, interpretować uzyskane wyniki i wyciągać wnioski / KU_09, KU_010

Kompetencje:

K1 / Dostrzega potrzebę ciągłego zdobywania wiedzy i kompetencji, wie jak inspirować proces uczenia się innych osób, jest gotów do zasięgania opinii ekspertów w przypadku trudności z samodzielnym rozwiązywaniem problemów / K_K01.

Wykłady:

Przedmiot zaliczany jest na podstawie egzaminu przeprowadzanego w formie ustnej, a warunkiem przystąpienia do niego jest uprzednie zaliczenie ćwiczeń oraz laboratoriów. Pytania obejmują zakres tematyki poszczególnych wykładów i mają charakter otwarty. W czasie egzaminu sprawdzany jest efekt W1. Efekt uznaje się za osiągnięty, jeśli student osiągnął zakładane efekty uczenia się na poziomie 51-60%.

Kryterium formułowania ocen jest następujące:

≤ 50% – ocena niedostateczna; (51-60%) – ocena dostateczna; (61–70%) – ocena dostateczna plus; (71-80%) – ocena dobra; (81-90%) – ocena dobra plus; (91-100%) – ocena bardzo dobra.

nie dotyczy