Předmět Vlnová optika (NOOE021)

Na serveru studentino.cz naleznete nejrůznější studijní materiály: zápisky z přednášek nebo cvičení, vzorové testy, seminární práce, domácí úkoly a další z předmětu NOOE021 - Vlnová optika, Matematicko-fyzikální fakulta, Univerzita Karlova v Praze (UK).

Materiál	Typ	Datum	Počet stažení

Sylabus

1. Základní vztahy teorie elektromagnetického pole. Maxwellovy rovnice v diferenciálním tvaru. Hraniční podmínky. Maxwellovy rovnice v integrálním tvaru a plochy nespojitosti vektorů elektromagnetického pole. Vlnová rovnice, Helmholtzova rovnice, fázová a grupová rychlost. Energie a moment hybnosti elektromagnetické vlny.2. Polarizace světla. Polarizace rovinné harmonické vlny, polarizační elipsa. Důležité speciální případy eliptické polarizace. Úhlový moment hybnosti elektromagnetické vlny. Polarizační zařízení – polarizátory, fázové destičky, polarizační rotátory. Jonesovy vektory a matice. Komplexní parametr polarizace. Stokesovy parametry a Poincarého sféra.3. Šíření rovinné elektromagnetické vlny vrstevnatým prostředím. Maxwellovy rovnice vrstevnatého prostředí. Charakteristické matice vrstevnatého prostředí. 4. Přiblížení geometrické optiky. Eikonál a eikonálová rovnice. Paprsková rovnice. Astronomická refrakce. Lagrangeův-Poincaréeho integrální invariant, Fermatův princip. Maticová optika. 5. Světelné vlny v absorbujícím prostředí. Optické charakteristiky absorbujícího prostředí. Šíření elektromagnetické vlny z dielektrika do vodiče. Fresnelovy vzorce - odraz rovinné elektromagnetické vlny od povrchu absorbujícího dielektrika a změna její polarizace. Kramersovy-Kronigovy relace.6. Problematika vnímání barev. Primární barvy, míchání barev. Odčítací a sčítací zabarvování.7. Úvod do teorie optické koherence. Komplexní reprezentace monochromatických vln. Komplexní reprezentace polychromatických vln. Fourierova transformace. Reálný a analytický signál a jejich spektra. Statistická optika, princip ergodicity. Časová koherence, časová koherenční funkce, komplexní stupeň časové koherence, koherenční doba a délka. Spektrální hustota výkonu, Wienerova-Chinčinova věta. Prostorová koherence, vzájemná koherenční funkce, komplexní stupeň koherence, vzájemná intenzita, koherenční plocha. Podélná koherence. Interference částečně koherentního světla. Interference a časová koherence, měření komplexního stupně časové koherence, princip Fourierových spektrometrů. Interference a prostorová koherence, Fresnelovo přiblížení sférické vlny, vliv spektrální šířky na interferenci, počet pozorovatelných proužku v Youngově dvouotvorovém pokusu Částečná polarizace, koherenční matice, stupeň polarizace, zcela polarizované a nepolarizované světlo. 8. Fourierovská optika. Dvourozměrná Fourierova transformace, prostorové frekvence. Amplitudová a frekvenční modulace obrazu. Přenosová funkce zobrazovací soustavy. Funkce impulzové odezvy. Optický výpočet Fourierovy transformace v dalekém poli (Fraunhoferova aproximace) a pomocí čočky. Souvislost optického výpočtu FT transformace a difrakce světla. Prostorová filtrace. 9. Holografie. Princip holografie, záznam a rekonstrukce obrazu. Holografické prostorové filtry. Objemové hologramy. 10. Gaussovské svazky a optické rezonátory. Paraxiální Helmholtzova rovnice. Komplexní amplituda gaussovského svazku. Parametry gaussovského svazku - intenzita, poloměr, divergence, fáze a vlnoplochy. Šíření gaussovského svazku ve volném prostoru. Tvarování gaussovského svazku(průchod tenkou čočkou, odraz na zrcadle), čočkový vlnovod, zákon ABCD. Hermiteovské-gaussovské svazky, besselovské svazky. Optický rezonátor, rezonanční podmínka, rezonanční frekvence, příčné a podélné mody rezonátoru. Hustota modů v jednorozměrném, dvourozměrném a třírozměrném rezonátoru. Vliv ztrát v rezonátoru. Boydův-Kogelnikův diagram stability.

Literatura

základní:M. Born, E. Wolf: Principles of Optics, Cambridge University Press, 7. rozšířené vydání, Cambridge 2003.B. E. A. Saleh, M.C, Teich: Základy fotoniky 1 a 2, matfyzpress, Praha 1994.P. Malý: Optika, Karolinum, 2008.E. Hecht: Optics, Addison Wesley, 4. vydání, San Francisco 2002. doplňková:Luneburg,R.K.: Mathematical Theory of Optics, University of California Press, Berkeley, CA, 1964 M. Francon: Optical Interferometry D. Marcuse: Light Transmission Optics D. Marcuse: Theory od Dielectric Optical Waveguides H.-G. Unger: Planar Optical Waveguides and Fibers J. Schr#fel, K. Novotný: Optické vlnovody S. Solimeno, B. Crosignani a P. DiPorto: Guiding, Diffraction and Confinement of Optical Radiation V. Vrba: Moderní aspekty klasické fyzikální optiky J. Peřina: Coherence of Light J. Peřina: Teorie koherence H. Haken: Light A. K. Ghatak, K. Thyagarajan: Contemporary Optics A. K. Ghatak: An Introduction to Modern Optics C. Curry: Wave Optics J. A. Arnaud: Beam and Fiber Optics A. Yariv: Quantum Electronics A. Papoulis: Systems and Transform with Applications in Optics J. W. Goodman: Introduction to Fourier Optics M. Francon: Holography H. A. Haus: Waves and Fields in Optoelectronics M. Miler: Holografie J. Čtyroký: Integrovaná optika L. Mandel, E. Wolf: Optical Coherence and Quantum Optics B. G. Koreněv: Úvod to teorie Besselových funkcí

Garant

prof. RNDr. Petr Němec, Ph.D.