Fundamentals of Modern Optics and Photonics - NAFY027

• Title: Základy moderní optiky a fotoniky
• Guaranteed by: Department of Chemical Physics and Optics (32-KCHFO)
• Faculty: Faculty of Mathematics and Physics
• Actual: from 2022
• Semester: winter
• E-Credits: 6
• Hours per week, examination: winter s.:2/2, C+Ex [HT]
• Capacity: unlimited
• Min. number of students: unlimited
• 4EU+: no
• Virtual mobility / capacity: no
• State of the course: taught
• Language: Czech, English
• Teaching methods: full-time
• Teaching methods: full-time
• Note: enabled for web enrollment
• Guarantor: doc. RNDr. Martin Kozák, Ph.D.; prof. RNDr. Petr Němec, Ph.D.

Annotation

English

Last update: RNDr. Vojtěch Kapsa, CSc. (11.05.2018)

This course broadens the knowledge gained in the basic course of optics. The covered topics include fundamentals of laser physics, nonlinear optics, statistical and coherent properties of light fields, Fourier optics, holography, and fundamentals of optical communications.

Czech

Last update: RNDr. Vojtěch Kapsa, CSc. (11.05.2018)

Přednáška rozšiřuje znalosti získané v úvodním kurzu optiky o základy laserové fyziky, statistického popisu světla, fourierovské optiky, holografie, nelineární optiky, kvantové optiky a optických komunikací. Důraz je kladen na získání znalostí potřebných k pochopení základných fyzikálních principů, které se využívají při konstrukci optických zařízení.

Course completion requirements

English

Last update: prof. RNDr. Petr Němec, Ph.D. (11.05.2023)

In order to be awarded credit, a credit test must be successfully written at the end of the semester. There is one regular and two reparative attempts to pass this test.

The credit must be obtained before registering for the exam.

Czech

Last update: prof. RNDr. Petr Němec, Ph.D. (06.10.2017)

Pro udělení zápočtu musí být úspěšně napsána zápočtová písemka na konci semestru. Tato písemka je uskutečněna v jeden řádný a dvou opravných termínech.

Zápočet je nutné získat před přihlášením na zkoušku.

Literature

English

Last update: RNDr. Vojtěch Kapsa, CSc. (11.05.2018)

1. B. E. A. Saleh, M.C, Teich: Fundamentals of Photonics, John Wiley and Sons, New York, 1991.

2. Handbook of Optics, M. Bass (editor), McGraw-Hill, Inc., 2nd edition, New York, 1995.

3. E. Hecht: Optics, Addison Wesley, 4th edition, San Francisco, 2002.

4. M. Born, E. Wolf: Principles of Optics, Cambridge University Press, 7th extended edition,

Cambridge, 2003.

Czech

Last update: RNDr. Vojtěch Kapsa, CSc. (11.05.2018)

1. P. Malý: Optika, Karolinum, 2008.

2. B. E. A. Saleh, M.C, Teich: Základy fotoniky 1 až 4, matfyzpress, Praha, 1994.

3. Handbook of Optics, M. Bass (editor), McGraw-Hill, Inc., 2. vydání, New York, 1995.

4. E. Hecht: Optics, Addison Wesley, 4. vydání, San Francisco, 2002.

5. M. Born, E. Wolf: Principles of Optics, Cambridge University Press, 7. rozšířené vydání,

Cambridge, 2003.

Requirements to the exam

English

Last update: prof. RNDr. Petr Němec, Ph.D. (11.05.2023)

The exam is oral, the requirements correspond to the course syllabus

Czech

Last update: prof. RNDr. Petr Němec, Ph.D. (06.10.2017)

Zkouška je ústní, požadavky odpovídají sylabu předmětu.

Syllabus

English

Last update: RNDr. Vojtěch Kapsa, CSc. (11.05.2018)

1. Fundamentals of laser physics

2. Nonlinear optics

3. Statistical and coherent properties of light fields

4. Fourier optics

5. Holography

6. Fundamentals of optical communications

Czech

Last update: RNDr. Vojtěch Kapsa, CSc. (11.05.2018)

1. Základy laserové fyziky.
· Zisková prostředí (zářivé a nezářivé přechody, spektrální šířka čáry), Einsteinovy koeficienty spontánních a indukovaných přechodů a relace mezi nimi.

· Zesílení světla indukovanou emisí, inverzní obsazení hladin, prahová podmínka. Způsoby dosažení inverze (3 a 4-hladinové systémy) a metody čerpání (pomocí částic a optické).

· Podélné a příčné mody laseru, vlastnosti gaussovských svazků. Optické rezonátory.

· Způsoby výběru laserových přechodů, polarizace, příčných a podélných modů.

· Metody generace laserových pulzů (spínání zisku, spínání jakosti dutiny, otvírání dutiny, modová synchronizace).

2. Nelineární optika.
· Původ, matematický popis a pozorovatelnost nelineárních optických jevů.

· Nelineární optické jevy 2. řádu. Generování 2. harmonické frekvence, součtové a rozdílové frekvence; podmínka sfázování. Optické usměrnění. Elektrooptický Pockelsův jev.

· Nelineární optické jevy 3. řádu. Generace 3. harmonické frekvence. Optický Kerrův jev, autofokusace a automodulace fáze. Dvoufotonová absorpce.

3. Statistické a koherenční vlastnosti optických polí.
· Optická intenzita, časová koherence a spektrum, koherenční doba a délka.

· Prostorová koherence, vzájemná intenzita, koherenční plocha.

· Prostorová a spektrální filtrace pro zlepšení koherence. Youngův interferenční pokus.

· Fourierovy spektrometry.

4. Fourierovská optika
· Prostorová frekvence rovinné vlny. Rozklad na rovinné vlny různých prostorových frekvencí (dvourozměrná Fourierova transformace)

· Optická Fourierova transformace - realizace v dalekém poli a pomocí čočky, prostorová filtrace obrazu.

· Funkce impulzové odezvy a přenosová funkce lineárního systému, mezní frekvence při šíření ve volném prostoru.

5. Holografie
· Princip holografie, záznam a rekonstrukce vlnoplochy.

· Tenký a objemový hologram.

· Využití holografie.

6. Základy optické komunikace.
· Vedení světelných vln v optických vláknech. Mody. Útlum. Disperze

· Typy a způsob výroby optických vláken.

· Pockelsův a Kerrův elektrooptický jev. Elektrooptika v kapalných krystalech. Elektrooptické modulátory a displeje.

· Akustooptické modulátory.