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:

Základní kurzy teorie elektromagnetického pole a optiky.

´Zápočtový test na závěr semestru, ústní zkouška.

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] Elektronické texty a materiály v Microsoft Teams

Doporučená literatura:

[2] Hecht E.: Optics, 5th edition, Pearson Press, 2017

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

[4] B. E. A. Saleh, M. C. Teich, Fundamentals of Photonics, 3. vydání, John Wiley & Sons, 1919.

[5] S. A. Maier, Plasmonics: fundamentals and applications, Springer Science + Business Media LLC, 2007.

[7] R. W. Boyd, Nonlinear Optics, Academic Press, London, 4th edition, 2020.

[6] G. Lifante, Integrated Photonics: Fundamentals, Wiley, 2003.

[7] J. D. Love. A. W. Snyder, Optical Waveguide Theory, Chapman and Hall, 1983.

[8] K. Okamoto, Fundamentals of optical waveguides, Academic press, 2006.

[9] J. D. Joannopoulos, R. D. Meade, J. N. Winn, Photonic Crystals: Molding the Flow of Light. Princeton University Press, 2008.

[10] C. F. Bohren, D. R. Huffman, Absorption and scattering of light by small particles, Wiley-VCH, 2004.

[11] W. Cai, V. Shalaev, Optical Metamaterials Fundamentals and Applications, Springer-Verlag, 2010.

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2025/2026:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2025/2026:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Kvantové technologie (povinný předmět programu)