Politechnika
Warszawska

Katalog
ECTS

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:

Fotonika

Grupa przedmiotów:

Obowiązkowe

Kod przedmiotu:

1050-FO000-ISP-3POT

Semestr nominalny:

3 / 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 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 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:

Podstawy fizyki, podstawy fotoniki

Limit liczby studentów:

brak

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. Najważniejsze rozwiązania równania falowego: fala płaska i sferyczna. Fala harmoniczna i jej parametry. Elektromagnetyczna fala płaska. Wektor Poytinga i natężenie światła. 2. Polaryzacja światła. Polaryzacja eliptyczna, kołowa, liniowa. Światło niespolaryzowane. 3. Odbicie i załamanie światła. Wzory Fresnela. Reflektancja i transmitancja. Wzory Stokesa. Kąt Brewstera i kąt graniczny. Zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia i fala zanikająca. 4. Elementy optyki zintegrowanej. Światłowód planarny: dyspersja dla modów prowadzonych na podstawie modelu Zig-Zag. Zastosowanie włókien światłowodowych w telekomunikacji. 5. Elementy optyki geometrycznej. 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. 6. Dyfrakcja. 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. 7. Koherencja przestrzenna i czasowa. Wprowadzenie do zagadnień koherencji na podstawie dyskusji widzialności prążków interferencyjnych w doświadczeniu Younga. 8. Interferencja i interferometria. 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 kolowiów 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:

w przygotowaniu

Uwagi:

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Efekt POT_W01

Umie matematycznie opisywać zjawiska dyfrakcji, interferencji, polaryzacji światła.
Weryfikacja: Kolokwium, egzamin.
Powiązane efekty kierunkowe: FOT_W01, FOT_W04
Powiązane efekty obszarowe: X1A_W02, X1A_W03, T1A_W01, T1A_W07, X1A_W01, X1A_W07, T1A_W02

Efekt POT_W02

Ma podbudowaną teoretycznie szczegółową wiedzę zakresie: - optoelektroniki, optyki falowej i fourierowskiej, optyki.
Weryfikacja: Kolokwium, egzamin.
Powiązane efekty kierunkowe:
Powiązane efekty obszarowe:

Efekt POT_W03

Ma wiedzę o tendencjach rozwojowych i najistotniejszych osiągnięciach z zakresu fotoniki.
Weryfikacja: Kolokwium, egzamin.
Powiązane efekty kierunkowe: FOT_W10
Powiązane efekty obszarowe: X1A_W05, T1A_W05

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Efekt POT_U01

Potrafi wykorzystać do formułowania i rozwiązywania zadań inżynierskich i problemów badawczych metody analityczne, symulacyjne oraz eksperymentalne.
Weryfikacja: Kolokwium, egzamin.
Powiązane efekty kierunkowe: FOT_U02
Powiązane efekty obszarowe: X1A_U01, X1A_U02, T1A_U01, T1A_U02, T1A_U09, InzA_U01, InzA_U06

Efekt POT_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: Kolokwium, egzamin.
Powiązane efekty kierunkowe: FOT_U03
Powiązane efekty obszarowe: X1A_U01, T1A_U01, T1A_U02, T1A_U07, InzA_U01

Efekt POT_U03

Potrafi analitycznie i numerycznie opisać problem badawczy oraz dokonać krytycznej analizy obliczeń.
Weryfikacja: Kolokwium, egzamin.
Powiązane efekty kierunkowe: FOT_U07
Powiązane efekty obszarowe: X1A_U01, T1A_U07, T1A_U09

Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne

Efekt POT_K01

Systematycznie aktualizuje wiedzę zawodową oraz wiedzę dotyczącą praktycznych zastosowań badań podstawowych.
Weryfikacja: Kolokwium, egzamin.
Powiązane efekty kierunkowe: FOT_K01, FOT_K06
Powiązane efekty obszarowe: X1A_K01, T1A_K01, X1A_K06, T1A_K07