Základy klasické optiky a elektrodynamiky

Garant předmětu:

Ivan Richter

Přednášející:

Pavel Kwiecien, Ivan Richter, Milan Šiňor

Cvičící:

Pavel Kwiecien, Ivan Richter, Milan Šiňor

Předmět zajišťuje:

katedra laserové fyziky a fotoniky

Anotace:

Předmět je zaměřen na základy klasické optiky a elektrodynamiky, důležité zejména v návaznosti na kvantové optické teorie. Přednáška se zabývá elektromagnetickou teorii, lineární fyzikální optikou a materiálovými vlivy, základy nelineárních pohledů a náhledem na optiku geometrickou. Vysvětluje základ lineární a nelineární odezvy v materiálovém prostředí a disperzní vlastnosti, včetně důsledků v prostředí anizotropním. Pozornost je dále věnována optickým vlnovým svazkům. Zmiňuje se o důsledcích statistiky, vysvětluje základy teorie difrakce a holografie. Řeší podmínky přechodu na geometrické přiblížení, základy zobrazení dle geometrického přístupu, nastiňuje základy přístrojové optiky. Dále zahrnuje základy vedených vln a rezonátorů – teorii šíření optického záření ve vlnovodech a v optických vláknech, módy a disperzi vlnovodů, reciprocitu a teorii rezonátorů.

Požadavky:

Osnova přednášek:

1. Vlnová rovnice, Maxwellovy rovnice a základy šíření rovinné optické vlny ve vakuu; základní typy vln,

paraxiální vlny. Admitance vakua, energie vlny ve vakuu.

2. Šíření optické vlny v izotropním prostředí, vektor polarizace; admitance prostředí, důsledek prostředí: absorpce

a disperze homogenního prostředí, disperzní vlastnosti, nelineární vlastnosti.

3. Procesy na rozhraní dvou homogenních prostředí; Brewsterův úhel a úhel totálního odrazu.

4. Optické vlnové svazky – popis, vlastnosti, klasifikace, parabolická rovnice, Gaussův svazek.

5. Polarizace, popis a šíření anizotropním prostředím, polarizační prvky, krystalooptika.

6. Polychromatická vlna, interferenční zákon, základy statistiky a koherence druhého řádu, měřitelnost statistických vlastností interferencí.

7. Interference světla – dvouvlnová, vícevlnová, optické interferometry.

8. Skalární teorie difrakce, Fresnelův a Fourierův integrál a difrakce v blízké a vzdálené zóně, grafická podoba, holografie a difraktivní optika.

9. Šíření elektromagnetického záření v nehomogenním prostředí – paprsková rovnice, rovnice eikonálu, základní postuláty geometrické optiky.

10. Základní vlastnosti ideálního zobrazení a zobrazení paraxiálními svazky, optická mohutnost, optické aberace, základní optické přístroje – lupa, okulár, mikroskop, teleskop.

11. Vlnovody a optická vlákna – šíření optického záření ve vlnovodech a v optických vláknech, vedené, zářivé

a evanescentní módy vlnovodu, disperze vlnovodů.

12. Teorém reciprocity, dutinové rezonátory, otevřené rezonátory, diagram stability, vlastní módy rezonátoru.

Osnova cvičení:

Cíle studia:

Studijní materiály:

Povinná literatura:

[1] Fiala, P., Richter, I.: Fyzikální optika, Skriptum FJFI ČVUT v Praze, Praha, 2005

[2] Hecht E.: Optics, 5th edition, Pearson, 2016

[3] Griffiths D.: Introduction to Electrodynamics, 4th edition, Cambridge University Press, Cambridge, 2017

Doporučená literatura:

[4] Born M., Wolf E.: Principles of Optics, 7th edition, Cambridge University Press, Cambridge, 1999

[5] Saleh, B.E.A., Teich, M. C.: Fundamentals of Photonics, 7th edition, Wiley-Interscience, Hoboken, 2007 (český překlad Základy fotoniky, Matfyzpress, Praha, 1995)

[6] Stratton J.A.: Teorie elektromagnetického pole, SNTL, Praha, 1961

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Kvantové technologie (povinný předmět programu)
• Kvantové technologie (povinný předmět programu)