Základy moderní optiky a fotoniky - NAFY027

• Anglický název: Fundamentals of Modern Optics and Photonics
• Zajišťuje: Katedra chemické fyziky a optiky (32-KCHFO)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2022
• Semestr: zimní
• E-Kredity: 6
• Rozsah, examinace: zimní s.:2/2, Z+Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština, angličtina
• Způsob výuky: prezenční
• Způsob výuky: prezenční
• Poznámka: povolen pro zápis po webu
• Garant: doc. RNDr. Martin Kozák, Ph.D.; prof. RNDr. Petr Němec, Ph.D.

Anotace

čeština

Poslední úprava: 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.

angličtina

Poslední úprava: 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.

Podmínky zakončení předmětu

čeština

Poslední úprava: 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.

angličtina

Poslední úprava: 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.

Literatura

čeština

Poslední úprava: 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.

angličtina

Poslední úprava: 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.

Požadavky ke zkoušce

čeština

Poslední úprava: prof. RNDr. Petr Němec, Ph.D. (06.10.2017)

Zkouška je ústní, požadavky odpovídají sylabu předmětu.

angličtina

Poslední úprava: prof. RNDr. Petr Němec, Ph.D. (11.05.2023)

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

Sylabus

čeština

Poslední úprava: 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.

angličtina

Poslední úprava: 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