- Nazwa przedmiotu:
- Optyka fourierowska i dyfrakcyjna
- Koordynator przedmiotu:
- prof. dr inż. hab. Tomasz Kozacki
- Status przedmiotu:
- Fakultatywny dowolnego wyboru
- Poziom kształcenia:
- Studia II stopnia
- Program:
- Mechatronika
- Grupa przedmiotów:
- Wariantowe
- Kod przedmiotu:
- OFiD
- Semestr nominalny:
- 4 / rok ak. 2020/2021
- Liczba punktów ECTS:
- 2
- Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
- 1) Liczba godzin bezpośrednich 32, w tym:
a) wykład - 30h;
b) ćwiczenia - 0h;
c) laboratorium - 0h;
d) projekt - 0h;
e) konsultacje - 2h;
2) Praca własna studenta 28, w tym:
a) przygotowanie do kolokwium zaliczeniowego - 5h;
a) przygotowanie do egzaminu zaliczeniowego - 20h;
d) studia literaturowe - 3h;
Suma: 60 h (2 ECTS)
- Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
- 1 punkt ECTS - liczba godzin bezpośrednich: 32, w tym:
a) wykład - 30h;
b) ćwiczenia - 0h;
c) laboratorium - 0h;
d) projekt - 0h;
e) konsultacje - 2h;
- Język prowadzenia zajęć:
- polski
- Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
- 0 punkt ECTS
- Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
-
- Wykład30h
- Ćwiczenia0h
- Laboratorium0h
- Projekt0h
- Lekcje komputerowe0h
- Wymagania wstępne:
- Podstawowa wiedza z zakresu Fotoniki, Optyki
- Limit liczby studentów:
- 30
- Cel przedmiotu:
- Zapoznanie się z podstawami i współczesnymi aspektami optyki Fourierowskiej, teoretycznym opisem fali EM, jej oddziaływaniem z ośrodkiem i elementami optycznymi. Poznanie podstaw, narzędzi teoretycznych i numerycznych analizy systemów optycznych wykorzystujących optykę falową.
- Treści kształcenia:
- WYKŁAD
Układy liniowe i transformacja Fouriera. Własności ciągłej transformacji Fouriera. Dyskretna transformacja Fouriera (DFT).
Propagacja fali – podstawy. Fala elektromagnetyczna, postać rzeczywista i zespolona fali. Równania Maxwella. Równanie falowe w ośrodku bezźródłowym, równanie Helmholtz’a. Postać rzeczywista i zespolona fali, EM fala płaska. Równanie falowe i jego rozwiązanie dla struktur światłowodowych. Optyka impulsów, propagacja impulsu w ośrodku dyspersyjnym, metody kształtowania impulsów. Równanie falowe dla optyki nieliniowej, elementy optyki nieliniowej. Transmisja i odbicie fali na granicy dwóch ośrodków dielektrycznych i metalicznych.
Skalarna teoria dyfrakcji – metody dokładne i przybliżone. Skalarna teoria dyfrakcji, równanie Helmholtza. Rozkład na fale płaskie. Dyfrakcja Rayleigh-Sommerfelda. Przyosiowe równanie falowe. Dyfrakcja w strefie Fresnela i Fraunhofera. Metody numeryczne propagacji pola w wolnej przestrzeni z wykorzystaniem DFT.
Obrazowanie dla koherentnych i niekoherentnych układów optycznych. Cienkie elementy optyczne. Analiza częstotliwościowa koherentnego układu optycznego. Obrazowanie jako 2D operacja filtrowania, efekt skończonej apertury w układach optycznych. Optyczna funkcja przenoszenia (OTF). Odpowiedź częstotliwościowa niekoherentnego dyfrakcyjnie ograniczonego układu optycznego. Funkcja przenoszenia kontrastu (MTF). Obrazowanie koherentne a niekoherentne. Odwzorowanie z rozdzielczością przekraczającą ograniczenia dyfrakcyjnie.
Dystrybucja Wignera. Przestrzenno-częstotliwościowa analiza fali optycznej i układów optycznych. Przestrzenno-częstotliwościowa analiza układów optycznych. Funkcja przenoszenia 3D dla wolnej przestrzeni i układów obrazujących.
- Metody oceny:
- Egzamin
- Egzamin:
- tak
- Literatura:
- J. W. Goodman, Introduction to Fourier Optics, Roberts & Company, 2017
W. Singer, M.l Totzeck, Handbook of Optical Systems, V. 2, Physical Image Formation, Herbert Gross, 2006
B.E.A. Saleh, M.C. Teich, Fundamentals of Photonics, John Wiley&Sons, Inc. 2019
M. Born, E. Wolf, Principles of Optics, VIII wydanie, Pergamon Press, 1999
- Witryna www przedmiotu:
- -
- Uwagi:
- brak
Efekty uczenia się
Profil ogólnoakademicki - wiedza
- Charakterystyka OFID_2st_W01
- Zna podstawy i współczesne aspekty optyki Fourierowskiej.
Weryfikacja: Egzamin z materiału omawianego na wykładzie
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_W01, K_W02, K_W10, K_W11
Powiązane charakterystyki obszarowe:
I.P7S_WG.o, P7U_W
- Charakterystyka OFID_2st_W02
- Zna podstawy narzędzi teoretycznych i numerycznych analizy systemów optycznych wykorzystujących optykę falową.
Weryfikacja: Egzamin z materiału omawianego na wykładzie
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_W04, K_W08, K_W09
Powiązane charakterystyki obszarowe:
P7U_W, III.P7S_WG, I.P7S_WG.o
Profil ogólnoakademicki - umiejętności
- Charakterystyka OFID_2st_U01
- Potrafi pozyskiwać informacje z literatury
Weryfikacja: Egzamin z materiału omawianego na wykładzie
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_U01
Powiązane charakterystyki obszarowe:
P7U_U, I.P7S_UW.o, I.P7S_UK
Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne
- Charakterystyka OFID_2st_K01
- Rozumie potrzebę podnoszenia kompetencji zawodowych i osobistych
Weryfikacja: Egzamin z materiału omawianego na wykładzie
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_K01
Powiązane charakterystyki obszarowe:
P7U_K, I.P7S_KK