Obsah přednášky lze modifikovat podle zájmu studentů podmíněným výběrem zhruba 7 témat z dále uvedených.
0.Co je optika, optoelektronika a fotonika. Fotonový(kvantový),elektromagnetický (vektorový), vlnový (skalární) a paprskový (geometrický) popis optického pole. Kvantový, semiklasický a klasický popis interakce optického pole s látkou.
1.Oscilátorový model látky. Použitelnost modelu v optice (elementární teorie disperze dielektrik a vodivých prostředí, polarizace odrazem, izotropní a anizotropní prostředí, optická aktivita, homogenní a nehomogenní prostředí - rozptyl světla). Cířka spektrální čáry: přirozená šířka, dopplerovské rozšíření, tlakové (srážkové) rozšíření. Vztah mezi střední dobou vyzařování a šířkou spektrální čáry (Fourierova transformace).
2.Lasery. Einsteinovy koeficienty spontánních a indukovaných přechodů a relace mezi nimi (střední zářivá doba, zářivé a nezářivé přechody, střední doba života stavu, kvantová účinnost). Zesílení světla indukovanou emisí, laserový zesilovač, inverzní obsazení hladin a způsoby jeho dosažení ( 2,3 a 4-hladinový systém). Laser jako saturovaný zesilovač (vlastního šumu) se zpětnou vazbou, prahová podmínka nasazení oscilací, mody laseru a jejich selekce. Příklady aktivních prostředí laserů. Režimy laserů: kontinuální, impulzní - volné oscilace, obří impulzy, modová synchronizace. Vlastnosti výstupního záření laserů (divergence, spektrální složení, časová délka impulzu, laditelnost, polarizace, energie a výkon).
3.Statistické a koherenční vlastnosti optických polí. Optická intenzita, časová koherence a spektrum, koherenční doba a délka, prostorová koherence, vzájemná intenzita, koherenční plocha. Křížová spektrální hustota, křížově spektrálně čistá pole. Podélná koherence částečně koherentního rovinného a kulového vlnění, prostorová a spektrální filtrace. Interference částečně koherentního světla, vliv časové a prostorové koherence (Michelsonův a Youngův interferometr), interference světla z plošného zdroje, vliv spektrální šířky, Michelsonův stelární interferometr.
4.Vlnový a paprskový popis optického pole. Postuláty paprskové a vlnové optiky. Eikonálová rovnice. Helmholtzova rovnice, řešení ve tvaru rovinné a kulové vlny, Fresnelovo přiblížení paraboloidních vln (podmínky platnosti, Fresnelovo číslo). Amplitudová propustnost (v paraxiálním přiblížení) tenkých optických elementů (deska, tenká čočka).
5.Maticová optika. Přenosová matice paprsku v paraxiálním přiblížení a její tvary pro volný prostor, lom na rovinném a kulovém rozhraní. Matice složených soustav (tlustá a tenká čočka, vrstevnaté prostředí), zobrazení tenkou čočkou. Matice pro odraz od rovinného a kulového zrcadla. Periodické optické soustavy a podmínka prostorového omezení paprskové trajektorie. Optický rezonátor (pro laser) a jeho stabilita. Čočkový světlovod.
6.Gradientní optika. Paprsková rovnice pro prostředí s indexem lomu závislým na jedné souřadnici. Gradientní deska s parabolickým průběhem indexu lomu, užití jako válcová čočka. Optické vlákno se skokovou změnou indexu lomu a s parabolickým průběhem (gradientní vlákno), paprskové trajektorie a numerická apertura vlákna. Gradientní optické prvky: čočka, difrakční mřížka.
7.Fourierovská optika. Prostorová frekvence rovinné vlny. Rozklad na rovinné vlny různých prostorových frekvencí (dvourozměrná Fourierova transformace). Prostorově-frekvenční multiplex, rozmítání svazku. Funkce impulzové odezvy a přenosová funkce lineárního systému (analogie se susceptibilitou), mezní frekvence při šíření ve volném prostoru (ve Fresnelově aproximaci).Optická Fourierova transformace - realizace v dalekém poli a pomocí čočky.
8.Difrakce světla a optické zobrazení. Fraunhoferova a Fresnelova difrakce na obvyklých překážkách pomocí aparátu přenosové funkce a funkce impulzové odezvy. Dvoučočkový (4f) systém a prostorová filtrace obrazu. Prostorové filtry: horní a dolní propust.
9.Holografie. Princip a realizace hologramu a rekonstrukce vlnoplochy, tenký a objemový hologram. Využití holografie.
10.Nelineární optika. Původ a podmínky pozorování NLO jevů. Příklady některých NLO jevů (generování 2. harmonické, samofokusace, fázová konjugace, optická bistabilita, dvoufotonová absorpce) a jejich využití (optická realizace matematických operací konvoluce a korelace, laserová spektroskopie saturační a bez dopplerovského rozšíření).
11.Fotonová optika. Foton, jeho energie, poloha, hybnost, polarizace, interference a časová lokalizace. Fotonové proudy, fotonová statistika. Kvantové stavy světla, koherentní stav, stlačené stavy.
12.Vláknová optika a optické komunikace. Typy vláken, numerická apertura, mody, útlum a disperze. Zdroje a detektory pro optické komunikace. Způsoby modulace, multiplexování a vazby. Hodnocení komunikačního systému, mezní hodnoty. Koherentní optické přenosové systémy.
13.Fotonické prvky a počítače. Elektrooptické a akustooptické spínače, přepínače, rozmítače a modulátory. Optooptické spínače a přepínače, bistabilní optické prvky. Optické počítače a paměti.
Last update: G_F (28.05.2003)
