Optika - NFUF201

• Anglický název: Optics
• Zajišťuje: Katedra didaktiky fyziky (32-KDF)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2020 do 2021
• Semestr: zimní
• E-Kredity: 7
• Rozsah, examinace: zimní s.:3/2 Z+Zk [hodiny/týden]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• Virtuální mobilita / počet míst: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština
• Způsob výuky: prezenční
• Garant: prof. RNDr. Josef Štěpánek, CSc.; prof. RNDr. Vladimír Baumruk, DrSc.; prof. RNDr. Helena Štěpánková, CSc.
• Kategorizace předmětu: Fyzika > Učitelství fyziky
• Neslučitelnost : NUFY102
• Záměnnost : NUFY102
• Je záměnnost pro: NUFY102

Anotace

Poslední úprava: RNDr. Jitka Houfková, Ph.D. (22.01.2018)

Základy vlnové, paprskové a fyzikální optiky. Vlastnosti optického záření a jeho šíření v různých prostředích. Ohyb a interference. Interakce optického záření s látkami z pohledu klasické i kvantové fyziky. Praktické uplatnění optického záření. Optické zobrazování. Vidění. Základy optické spektroskopie.

Podmínky zakončení předmětu

Poslední úprava: RNDr. Jitka Houfková, Ph.D. (22.01.2018)

Předmět je zakončen ústní zkouškou, účast na zkoušce je podmíněná získáním zápočtu ze cvičení.

Pro studenty prezenčního studia je podmínkou získání zápočtu aktivní účast na cvičeních

a absolvování dvou písemných testů (první v termínu ke konci první poloviny semestru a druhý

před zápočtovým týdnem) s minimálně 50% úspěšností u každého. V případě testů jsou možné

nejvýše dva opravné termíny v navazujícím zkouškovém období.

Pro studenty CŽV a kombinovaného studia je podmínkou pro zápočet získání

stanoveného počtu bodů za vypracování zadaných úloh podobného typu, jaké se řeší

na cvičeních, a prezentace řešení některých z nich.

Literatura

Poslední úprava: RNDr. Jitka Houfková, Ph.D. (27.05.2022)

Základní:

1. Malý P.: Optika, Nakladatelství Karolinum, Praha 2013

2. Klier E.: Optika, Universita Karlova, Praha 1980 (skripta)

3. Štrba A.: Optika (Všeobecná fyzika 3), Alfa a SNTL, Bratislava a Praha 1979

Doplňková:

4. Sedlák B., Štoll I.: Elektřina a magnetismus, Academia-Karolinum, Praha 2012

5. Halliday D., Resnick R., Walker J.: Fyzika, část 4, Nakladatelství Vutium, Praha 2000

6. Horák Z., Krupka F.: Fyzika, SNTL, Praha 1981

7. Prosser V. a kol.: Experimentální metody biofyziky, Academia, Praha 1989

Požadavky ke zkoušce

Poslední úprava: RNDr. Jitka Houfková, Ph.D. (22.01.2018)

Předmět je zakončen ústní zkouškou, účast na zkoušce je podmíněná získáním zápočtu ze cvičení.

Sylabus

Poslední úprava: RNDr. Jitka Houfková, Ph.D. (27.05.2022)

1. Optické záření jako elektromagnetické vlnění

Vývoj názorů na podstatu světla. Měření rychlosti světla. Maxwellovy rovnice a jejich řešení ve vakuu, vlnová rovnice, rovinná a kulová vlna. Rovinná harmonická vlna a její charakteristiky: spektrální parametry, polarizace, hustota a tok energie. Šíření záření, ohyb a interference: průchod rovinné vlny štěrbinou a kruhovým otvorem, dvojitou štěrbinou, optickou mřížkou. Princip holografie. Spektrum optického záření. Skládání reálných vln a pojem koherence, nepolarizované a částečně polarizované záření.

2. Interakce optického záření s látkou

Lokálně vázaná soustava nabitých částic (atom, molekula) v poli elektromagnetické vlny, polarizovatelnost, mechanismus šíření elmag vln v homogenní látce. Řešení M. r. v homogenním izotropním prostředí, dynamická permitivita. Index lomu a jeho disperze, praktické důsledky - grupová rychlost, rozklad světla hranolem, duha.

Průchod optickým rozhraním: odraz a lom, úplný odraz, úhlová závislost odrazivosti. Interference při dělení vlnoplochy, průchod optického záření planparalelní vrstvou, interferometry.

Optické záření v anizotropním prostředí, šíření záření v jednoosém krystalu, optické prostředí se stáčením roviny polarizace. Hranolové polarizátory, půlvlnná a čtvrtvlnná destička.

Optické záření v nehomogenním prostředí - elastický rozptyl.

3. Optické zobrazování

Popis šíření optického záření v rámci paprskové (geometrické) optiky. Osové kolineární zobrazení, kardinální body, zobrazovací rovnice. Zobrazení kulovou odraznou a lámavou plochou v aproximaci paraxiálních paprsků. Centrované soustavy, čočka. Vady zobrazení a jejich korekce. Zobrazovací optické přístroje - lupa, mikroskop, dalekohled.

4. Člověk a světlo

Stavba lidského oka. Zobrazovací funkce, vady a jejich korekce. Mechanismus vidění, vnímání barev, prostoru a pohybu. Optické klamy.

5. Základy kvantové optiky a optické spektroskopie

Záření absolutně černého tělesa, Planckův zákon, kvantování energie elektromagnetického pole. Vnější fotoelektrický jev, pojem fotonu a jeho vlastnosti. Zářivé přechody mezi stacionárními stavy atomů a molekul. Absorpce, stimulovaná a spontánní emise. Průchod optického záření absorbujícím prostředím, Lambertův-Beerův zákon. Luminiscence. Zdroje a detektory optického záření, princip a vlastnosti laserových zdrojů. Základní metody optické spektroskopie.

Vstupní požadavky

Poslední úprava: RNDr. Jitka Houfková, Ph.D. (22.01.2018)

Absolvování předmětu „Elektřina a magnetismus“.

Studijní opory

Poslední úprava: RNDr. Jitka Houfková, Ph.D. (22.01.2018)

http://fu.mff.cuni.cz/biomolecules/media/files/courses/Real_opt_zar_UFY102.pdf

http://fu.mff.cuni.cz/biomolecules/media/files/courses/Metody_mereni_rychlosti_svetla.pdf