- Nazwa przedmiotu:
- Podstawy optyki
- Koordynator przedmiotu:
- Prof. dr hab.inż. Andrzej Kołodziejczyk, andrzej.kolodziejczyk@pw.edu.pl
- Status przedmiotu:
- Obowiązkowy
- Poziom kształcenia:
- Studia I stopnia
- Program:
- Fizyka Techniczna
- Grupa przedmiotów:
- Obowiązkowe
- Kod przedmiotu:
- 1050-FT000-ISP-5POP
- Semestr nominalny:
- 5 / rok ak. 2020/2021
- Liczba punktów ECTS:
- 4
- Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
- Wykład - 30 h, ćwiczenia 15 h, konsultacje – 2 h, studia literaturowe - 12 h, rozwiązywanie zadań domowych - 15 h, przygotowanie do kolokwium - 10 h, przygotowanie do egzaminu 12 h, egzamin - 2 godz.
Razem 98 h = 4 pkt. ECTS
- Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
- Wykład - 30 h, ćwiczenia 15 h, konsultacje – 2 h, egzamin – 2 h.
Razem 49 h = 2 pkt. ECTS
- Język prowadzenia zajęć:
- polski
- Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
- -
- Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
-
- Wykład30h
- Ćwiczenia15h
- Laboratorium0h
- Projekt0h
- Lekcje komputerowe0h
- Wymagania wstępne:
- Elektrodynamika
- Limit liczby studentów:
- -
- Cel przedmiotu:
- Rozumienie podstawowych zjawisk optycznych i ich praktycznych zastosowań: interferencji, dyfrakcji, koherencji. Poznanie elementów optyki zintegrowanej, optyki falowej i geometrycznej.
- Treści kształcenia:
- 1. Światło jako fala elektromagnetyczna.
2. Najważniejsze rozwiązania równania falowego: fala płaska i sferyczna. Fala harmoniczna i jej parametry. Elektromagnetyczna fala płaska. Wektor Poytinga i natężenie światła.
3. Polaryzacja światła.
4. Polaryzacja eliptyczna, kołowa, liniowa. Światło niespolaryzowane.
5. Odbicie i załamanie światła.
6. Wzory Fresnela. Reflektancja i transmitancja. Wzory Stokesa. Kąt Brewstera i kąt graniczny. Zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia i fala zanikająca.
7. Elementy optyki zintegrowanej.
8. Światłowód planarny: dyspersja dla modów prowadzonych na podstawie modelu Zig-Zag. Zastosowanie włókien światłowodowych w telekomunikacji.
9. Elementy optyki geometrycznej.
10. Transformacja frontów falowych: projektowanie soczewek i zwierciadeł w oparciu o koncepcję drogi optycznej promienia świetlnego i zasadę Huygensa-Fresnela. Załamanie światła na powierzchniach sferycznych w przybliżeniu przyosiowym. Omówienie budowy i zastosowań podstawowych elementów oraz urządzeń optycznych: pryzmaty, soczewki, ludzkie oko, światłowód cylindryczny, obrazowód, teleskop, mikroskop, camera obscura.
11. Dyfrakcja.
12. Skalarna teoria dyfrakcji: całka Rayleigha-Sommerfelda, całka przyosiowa Fresnela, dyfrakcja Fraunhofera. Plamka Poissona. Wiązki bezdyfrakcyjne i zjawisko samoobrazowania. Kryterium rozdzielczości Rayleigha. Omówienie współczesnych zagadnień optyki dyfrakcyjnej z uwzględnieniem jej zastosowań.
13. Koherencja przestrzenna i czasowa.
14. Wprowadzenie do zagadnień koherencji na podstawie dyskusji widzialności prążków interferencyjnych w doświadczeniu Younga.
15. Interferencja i interferometria.
16. Prążki jednakowej grubości, prążki jednakowego nachylenia. Interferometr Michelsona – budowa, zasada działania, zastosowanie w metrologii i spektroskopii.
- Metody oceny:
- Kolokwia z ćwiczeń 25% punktów.
Aktywność na ćwiczeniach 25% (prace domowe i zgłaszanie się do rozwiązywania zadań domowych)
Wynik egzaminu końcowego 50%.
Ocena łączna z kolokwiów i egzaminu.
- Egzamin:
- tak
- Literatura:
- 1) E. Hecht “Optics”
2) R.W. Ditchburn “Light”
3) R. Guenther “Modern Optics”
4) J. D. Gaskill “Linear Systems, Fourier Transforms and Optics”
5) J.W. Goodman “Introduction to Fourier Optics”
6) J. Petykiewicz “Optyka falowa”
7) J. R. Meyer-Arendt “Wstęp do Optyki”
- Witryna www przedmiotu:
- -
- Uwagi:
Efekty uczenia się
Profil ogólnoakademicki - wiedza
- Efekt POP_W01
- Umie matematycznie opisywać zjawiska dyfrakcji, interferencji, polaryzacji światła.
Weryfikacja: Kolowium, egzamin.
Powiązane efekty kierunkowe:
FT1_W01, FT1_W03
Powiązane efekty obszarowe:
X1A_W02, X1A_W03, T1A_W01, T1A_W02, T1A_W03, T1A_W07, X1A_W01, T1A_W02
- Efekt POP_W02
- Ma podbudowaną teoretycznie szczegółową wiedzę zakresie:
- optoelektroniki, optyki falowej i fourierowskiej, optyki.
Weryfikacja: Kolowium, egzamin.
Powiązane efekty kierunkowe:
FT1_W04
Powiązane efekty obszarowe:
X1A_W01, X1A_W03, T1A_W01, T1A_W02
- Efekt POP_W03
- Ma wiedzę o tendencjach rozwojowych i najistotniejszych osiągnięciach z zakresu fotoniki.
Weryfikacja: Kolowium, egzamin.
Powiązane efekty kierunkowe:
FT1_W05, FT1_W06, FT1_W07
Powiązane efekty obszarowe:
X1A_W01, X1A_W02, T1A_W02, InzA_W02, X1A_W01, X1A_W02, T1A_W07, X1A_W02, X1A_W03, T1A_W02
Profil ogólnoakademicki - umiejętności
- Efekt POP_U01
- Potrafi wykorzystać do formułowania i rozwiązywania zadań inżynierskich i problemów badawczych metody analityczne, symulacyjne oraz eksperymentalne.
Weryfikacja: Kolowium, egzamin.
Powiązane efekty kierunkowe:
FT1_U03, FT1_U04
Powiązane efekty obszarowe:
X1A_U01, X1A_U02, T1A_U02, T1A_U07, InzA_U02, InzA_U07, X1A_U01, X1A_U04, T1A_U13, T1A_U15
- Efekt POP_U02
- Potrafi – przy formułowaniu i rozwiązywaniu zadań inżynierskich – integrować wiedzę matematyczną i specjalistyczną z zakresu fotoniki oraz zastosować podejście systemowe, uwzględniające także aspekty pozatechniczne.
Weryfikacja: Kolowium, egzamin.
Powiązane efekty kierunkowe:
FT1_U05, FT1_U06
Powiązane efekty obszarowe:
X1A_U01, T1A_U07, T1A_U09, InzA_U07, X1A_U01, X1A_U02, T1A_U07, T1A_U09
- Efekt POP_U03
- Potrafi analitycznie i numerycznie opisać problem badawczy oraz dokonać krytycznej analizy obliczeń.
Weryfikacja: Kolowium, egzamin.
Powiązane efekty kierunkowe:
FT1_U07, FT1_U08, FT1_U09
Powiązane efekty obszarowe:
X1A_U01, X1A_U05, T1A_U13, X1A_U02, X1A_U03, T1A_U09, T1A_U13, InzA_U07, X1A_U05, X1A_U06, T1A_U14
Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne
- Efekt POP_K01
- Systematycznie aktualizuje wiedzę zawodową oraz wiedzę dotyczącą praktycznych
zastosowań badań podstawowych.
Weryfikacja: kolokwium, egzamin pisemny.
Powiązane efekty kierunkowe:
FT1_K01, FT1_K05
Powiązane efekty obszarowe:
X1A_K01, X1A_K05, T1A_K01, X1A_K06, T1A_K05