Optika - NFUF201

• Anglický název: Optics
• Zajišťuje: Katedra didaktiky fyziky (32-KDF)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2022
• Semestr: zimní
• E-Kredity: 7
• Rozsah, examinace: zimní s.:3/2, 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
• Způsob výuky: prezenční
• Garant: prof. RNDr. Marek Procházka, Ph.D.; prof. RNDr. Helena Štěpánková, CSc.
• Vyučující: RNDr. Tomáš Kekule, Ph.D.; RNDr. Eva Kočišová, Ph.D.; prof. RNDr. Marek Procházka, Ph.D.; prof. RNDr. Josef Štěpánek, CSc.; prof. RNDr. Helena Štěpánková, CSc.
• Kategorizace předmětu: Fyzika > Učitelství fyziky
• Neslučitelnost : NUFY102
• Záměnnost : NUFY102
• Je záměnnost pro: NUFY102

Anotace

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.

Poslední úprava: Houfková Jitka, RNDr., Ph.D. (22.01.2018)

Podmínky zakončení předmětu

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.

Poslední úprava: Houfková Jitka, RNDr., Ph.D. (22.01.2018)

Literatura

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).

Poslední úprava: Procházka Marek, prof. RNDr., Ph.D. (29.09.2023)

Požadavky ke zkoušce

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

Poslední úprava: Houfková Jitka, RNDr., Ph.D. (22.01.2018)

Sylabus

• 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.

Poslední úprava: Houfková Jitka, RNDr., Ph.D. (27.05.2022)

Studijní opory

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

Poslední úprava: Houfková Jitka, RNDr., Ph.D. (22.01.2018)

Vstupní požadavky

Absolvování předmětu „Elektřina a magnetismus“.

Poslední úprava: Houfková Jitka, RNDr., Ph.D. (22.01.2018)