Optics - NFUF201

• Title: Optika
• Guaranteed by: Department of Physics Education (32-KDF)
• Faculty: Faculty of Mathematics and Physics
• Actual: from 2022
• Semester: winter
• E-Credits: 7
• Hours per week, examination: winter s.:3/2, C+Ex [HT]
• Capacity: unlimited
• Min. number of students: unlimited
• 4EU+: no
• Virtual mobility / capacity: no
• State of the course: taught
• Language: Czech
• Teaching methods: full-time
• Teaching methods: full-time
• Guarantor: prof. RNDr. Marek Procházka, Ph.D.; prof. RNDr. Helena Štěpánková, CSc.
• Classification: Physics > Teaching
• Incompatibility : NUFY102
• Interchangeability : NUFY102
• Is interchangeable with: NUFY102

Annotation

Last update: 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.

Course completion requirements

Last update: 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.

Literature

Last update: prof. RNDr. Marek Procházka, Ph.D. (29.09.2023)

Základní:

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

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

3. Hlídek P., Franc J. podklady k přednášce NOFY022 - Fyzika III. Optika.

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

Requirements to the exam

Last update: RNDr. Jitka Houfková, Ph.D. (22.01.2018)

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

Syllabus

Last update: 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.

Entry requirements

Last update: RNDr. Jitka Houfková, Ph.D. (22.01.2018)

Absolvování předmětu „Elektřina a magnetismus“.

Learning resources

Last update: 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