Optyka laserowa 0800-OPTLAS

http://www.fizyka.umk.pl/~ptarg/dydaktyka.html

Wykład
1. Fotometria.
1.1. Promieniowanie ciała doskonale czarnego.
1.2. Fotometria obiektywna.
1.3. Fotometria subiektywna.
2. Fale elektromagnetyczne w ośrodku jednorodnym.
2.1. Podstawy - fala płaska.
2.2. Zjawiska na granicy dwu ośrodków - wzory Fresnela.
3. Fale elektromagnetyczne w ośrodku niejednorodnym, liniowym.
3.1. Równanie falowe - eikonał optyczny.
3.2. Przybliżenie optyczne.
3.3. Równanie eikonału.
3.4. Zasada Fermata.
3.5. Równanie wektorowe dla promienia.
3.6. Wektor krzywizny promienia, prawo załamania.
4. Optyczne odwzorowanie liniowe w ujęciu macierzowym.
5. Rezonator lasera i warunki stabilności.
6. Wiązki gaussowskie.
6.1. Własności.
6.2. Twierdzenie Kogelnika dla wiązek gaussowskich.
6.3. Mody gaussowskie rezonatora sferycznego.
7. Mody płaskiego falowodu aktywnego
8. Zasady bezpieczeństwa pracy z laserami

Ćwiczenia
Ćwiczenia bezpośrednio nawiązują do wykładu. W szczególności omawiane są przykłady z zakresu:
1. Fotometrii.
2. Zastosowań równań Fresnela.
3. Zastosowania równania promienia do światłowodów i soczewek gradientowych.
4. Obliczania układów optycznych metodami optyki macierzowej.
Dodatkowo, wykład jest ściśle powiązany z następującymi zadaniami Pracowni Optoelektroniki:
1. Fotometria. Pomiary spektroskopowe.
2. Badanie wiązki gaussowskiej.
3. Wyznaczanie macierzy ABCD układu optycznego.
4. Badanie własności łącza światłowodowego.

Całkowity nakład pracy studenta

Godziny realizowane z udziałem nauczycieli ( 65 godz.): - udział w wykładach - 30 - udział w ćwiczeniach – 30 - konsultacje z nauczycielem akademickim - 5 Czas poświęcony na pracę indywidualną studenta ( 85 godz.): - przygotowanie do wykładu- 15 - przygotowanie do ćwiczeń – 20 - przygotowanie do egzaminu- 30 - przygotowanie do kolokwium - 20 - Czas wymagany do odbycia obowiązkowej praktyki: nie dotyczy Łącznie: 150 godz. (5 ECTS)

Efekty uczenia się - wiedza

W01 - Rozumie związek pomiędzy optyką w ujęciu geometrycznym (promienie) i falowym (równania Maxwella) – K_W01 efekt kierunkowy dla kierunku fizyka techniczna, 2st; K_W04 dla fizyki, 2st W02 - Rozumie pojęcia przybliżenia optycznego oraz eikonału optycznego i promienia świetlnego i zna związek pomiędzy nimi – K_W01 efekt kierunkowy dla kierunku fizyka techniczna, 2st; K_W01 dla fizyki, 2st W03 - Zna pojęcie optycznego odwzorowania liniowego – K_W01 efekt kierunkowy dla kierunku fizyka techniczna, 2st; K_W04 dla fizyki, 2st W04 - Rozumie pojęcie wiązki gaussowskiej i sens fizyczny jej parametrów – K_W01 efekt kierunkowy dla kierunku fizyka techniczna, 2st; K_W02 dla fizyki, 2st W05 - Rozumie różnicę pomiędzy stabilnym i niestabilnym modem rezonatora optycznego – K_W01 efekt kierunkowy dla kierunku fizyka techniczna, 2st; K_W04 dla fizyki, 2st W06 - Rozumie zjawisko formowania się modów w płaskim światłowodzie aktywnym – K_W01 efekt kierunkowy dla kierunku fizyka techniczna, 2st; K_W04 dla fizyki, 2st W07 - Rozumie metodę optyki macierzowej wraz ze sposobem opisu elementów składowych układów optycznych – K_W01 efekt kierunkowy dla kierunku fizyka techniczna, 2st; K_W01 dla fizyki, 2st W08 - Zna warunek stabilności rezonatora sferycznego – K_W03 efekt kierunkowy dla kierunku fizyka techniczna, 2st; K_W04 dla fizyki, 2st W09 - Zna twierdzenie Kogelnika dla wiązek gaussowskich – K_W01 efekt kierunkowy dla kierunku fizyka techniczna, 2st; K_W05 dla fizyki, 2st W10 - Rozumie różnicę pomiędzy radiometrią a fotometrią (subiektywną), zna definicje wielkości fizycznych stosowanych w obu działach fotometrii – K_W03 efekt kierunkowy dla kierunku fizyka techniczna, 2st; K_W03 dla fizyki, 2st W11 - Zna zasady BHP w pracy z laserami, w tym klasyfikację źródeł promieniowania laserowego pod względem rodzaju zagrożeń – K_W10 efekt kierunkowy dla kierunku fizyka techniczna, 2st; K_W06 dla fizyki, 2st

Efekty uczenia się - umiejętności

U01 - Posiada umiejętność wyznaczania biegu promieni światła przez złożone układy optyczne za pomocą metod optyki macierzowej – K_U01 efekt kierunkowy dla kierunku fizyka techniczna, 2st; K_U01 dla fizyki, 2st U02 - Potrafi określić czy dany rezonator lasera jest stabilny – K_U02 efekt kierunkowy dla kierunku fizyka techniczna, 2st; K_U01 dla fizyki, 2st U03 - Potrafi wyznaczyć stabilne mody gaussowskie rezonatora sferycznego lasera – K_U01 efekt kierunkowy dla kierunku fizyka techniczna, 2st; K_U01 dla fizyki, 2st U04 - Potrafi posługiwać się wielkościami z zakresu radiometrii i fotometrii – K_U04 efekt kierunkowy dla kierunku fizyka techniczna, 2st; K_U03 dla fizyki, 2st

Efekty uczenia się - kompetencje społeczne

K01 – ma świadomość zakresu własnej wiedzy i potrafi formułować właściwie pytania. Rozumie potrzebę dalszego kształcenia – K_K01 efekt kierunkowy dla kierunku fizyka techniczna, 2st; K_K01 dla fizyki, 2st

Metody dydaktyczne

Wykład z zastosowaniem prezentacji w PowerPoincie, pdf oraz symulacji w LabView i Mathcad Ćwiczenia audytoryjne z wykorzystaniem pakietu Mathcad do obliczeń przykładowych oraz środowiska LabView do symulacji

Metody dydaktyczne podające

- wykład informacyjny (konwencjonalny)

Metody dydaktyczne poszukujące

- ćwiczeniowa

Metody dydaktyczne w kształceniu online

- metody ewaluacyjne

Rodzaj przedmiotu

przedmiot obligatoryjny

Wymagania wstępne

Znajomość podstaw rachunku wektorowego, w tym stosowania operatorów różniczkowych (gradient, dywergencja, rotacja, Laplasjan) oraz elektrodynamiki ośrodków izotropowych, jednorodnych. Znajomość podstaw fizyki laserów, zjawisko emisji wymuszonej. Wiedza z zakresu optyki geometrycznej, w tym konstrukcja Gaussa, działanie lupy, lunety, mikroskopu. Zjawisko interferencji i dyfrakcji

Koordynatorzy przedmiotu

W cyklu 2021/22Z:

W cyklu 2022/23Z:

W cyklu 2023/24Z:

W cyklu 2024/25Z:

Kryteria oceniania

Zajęcia będą oceniane wg. następujących reguł:
a. ćwiczenia: zaliczenie na ocenę na podstawie aktywności na zajęciach i kolokwiów. podstawą zaliczenia jest osiągniecie kompetencji:
dla kierunku fizyka techniczna, 2st: U01..U04
dla kierunku fizyka, 2st: U01..U04
ndst -(<50%)
dst- (>50 %)
dst plus- (>60%)
db- pkt (>70%)
db plus- pkt (>80%)
bdb- pkt (>90%)

b. Wykład: egzamin ustny, sprawdza kompetencje: W01 - W10 dla kierunku fizyka techniczna, 2st i dla kierunku fizyka, 2st
ndst - (<50%)
dst- (>50 %)
dst plus- … pkt (>60%)
db- (>70%)
db plus- (>80%)
bdb- (>90%)

Uwaga: podane zagadnienia nie muszą być tożsame z pytaniami na egzaminie. Pytania mogą stanowić ich pewną kombinację albo dotyczyć jedynie fragmentu zagadnienia:

1. Fotometria obiektywna
2. Fotometria subiektywna
3. Własności emisyjne ciała doskonale czarnego (wzór Plancka)
4. Własności płaskiej i kulistej fali elekromagnetycznej.
5. Czego dotyczą wzory Fresnela? Proszę omówić istotne szczególne przypadki (treść wzorów będzie podana)
6. Eikonał optyczny - definicja i własności (w tym równanie eikonału)
7. Czego dotyczy zasada Fermata? - Proszę podać przykłady (opisowo).
8. Równanie wektorowe dla promienia w ośrodku niejednorodnym
9. Podstawowe prawa optyki macierzowej
10. Punkty kardynalne odwzorowania
11. Znaczenie zerowania poszczególnych elementów macierzy odwzorowania optycznego
12. Transformacja fali kulistej w układzie optycznym opisanym macierzą odwzorowania
13. Transformacja wiązki gaussowskiej w układzie optycznym opisanym macierzą odwzo-rowania
14. Podstawowe własności wiązki gaussowskiej
15. Mody wyższych rzędów we wiązce gaussowskiej
16. Warunek stabilności rezonatora laserowego
17. Mody gaussowskie rezonatora optycznego
18. Mody podłużne rezonatora optycznego
19. Mody rezonatora płaskiego
20. Falowód rzeczywisty a falowód wzmocnieniowy
21. Klasy bezpieczeństwa laserów

Praktyki zawodowe

Nie dotyczy

Literatura

Literatura podstawowa:
1. M. Born, E. Wolf, Principles of Optics.
2. R. Jóźwicki, Optyka instrumentalna.
3. J. T. Verdeyen, Laser Electronics.
4. A. Gerrard, J. M. Burch, Introduction to Matrix Methods in Optics, (tłumaczenie na rosyjski: Wwedenije w matrithnuju optiku)
5. Glen D. Gillen, Katharina Gillen, and Shekhar Guha, Light Propagation in Linear Optical media
6. B. Ziętek, Lasery
7. B. Ziętek, Optoelektronika
8. http://www.phys.uni.torun.pl/~ptarg > dydaktyka >Optyka laserowa
Literatura uzupełniająca:
1. instrukcje do zadań Pracowni optoelektroniki i fizyki laserów: https://wwwold.fizyka.umk.pl/wfaiis/?q=node/228

Uwagi

W cyklu 2021/22Z:

zajęcia i zaliczenie w trybie zdalnym z wykorzystaniem platformy TEAMS.

W cyklu 2022/23Z:

zajęcia i zaliczenie w trybie zdalnym z wykorzystaniem platformy TEAMS.

W cyklu 2023/24Z:

zajęcia i zaliczenie w trybie zdalnym z wykorzystaniem platformy TEAMS.

W cyklu 2024/25Z:

zajęcia i zaliczenie w trybie zdalnym z wykorzystaniem platformy TEAMS.

Więcej informacji

Dodatkowe informacje (np. o kalendarzu rejestracji, prowadzących zajęcia, lokalizacji i terminach zajęć) mogą być dostępne w serwisie USOSweb:

Strona przedmiotu 0800-OPTLAS w USOSweb