Optyka falowa

Optyka okularowa z elementami optometrii

Ogólnoakademicki

Wymagania wstępne i formalne:

Wymagania wstępne: znajomość zagadnień z zakresu drgań i fal

Wymagania formalne: zaliczenie przedmiotu optyka geometryczna, podstawy fizyki I, II.

1. Kane J. W., Sternheim M. M., Fizyka dla przyrodników, wyd. PWN, tom 3.

2. Ginter J., Fizyka Fal, PWN

3. Wilk, P. Wilk, Optyka fizyczna, część I - dyfrakcja światła, Oficyna Wydawnicza PWR, Wrocław 1995

4. W.T. Cathey, Optyczne przetwarzanie informacji i holografia, PWN, Warszawa 1978

Cele przedmiotu:

C1. Zapoznanie studentów z podstawowymi prawami i pojęciami optyki falowej.

C2. Kształtowanie umiejętności rozwiązywania zadań problemowych i rachunkowych dotyczących podstawowych praw i pojęć optyki falowej.

C3. Kształtowanie umiejętności wykorzystania poznanych praw i pojęć do opisu zjawisk optycznych i wykonywania eksperymentów z zakresu optyki falowej.

C4. Kształtowanie umiejętności zastosowania poznanych praw i pojęć w konstrukcji podstawowych układów optycznych.

Treści programowe

Wykład i konwersatorium:

Fala płaska, sferyczna i cylindryczna.

Matematyczny opis fali elektromagnetycznej.

Interferencja i doświadczenie Younga. Natężenie światła w doświadczeniu Younga.

Czasowa i przestrzenna spójność (koherencja) fal świetlnych.

Interferencja w cienkich warstwach. Kryterium Rayleigha.

Interferencja fal z wielu źródeł.

Dyfrakcja światła. Dyfrakcja na pojedynczej szczelinie. Dyfrakcja Fraunhofera. Strefy Fresnela.

Natężenie światła w obrazie dyfrakcyjnym.

Interferencja i dyfrakcja na dwóch szczelinach.

Siatka dyfrakcyjna.

Dyfrakcja promieni Roentgena. Prawo Bragga.

Interferometry (Michelsona, Macha-Zehndera)

Polaryzacja liniowa, kołowa i eliptyczna fal elektromagnetycznych.

Polaryzacja przez odbicie.

Polaryzatory. Dwójłomność.

Holografia.

Zdolność rozdzielcza przyrządów optycznych. Aberracje.

Laboratorium

Badanie widm optycznych za pomocą spektrometru pryzmatycznego.

Badanie dyfrakcji światła na pojedynczej szczelinie.

Wyznaczanie długości fali świetlnej oraz stałej siatki za pomocą siatki dyfrakcyjnej.

Sprawdzanie prawa Stefana-Boltzmanna.

Wyznaczanie kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji i stężenia roztworu cukru polarymetrem kołowym.

metodą pierścieni Newtona.

Sprawdzenie prawa Malusa.

Sprawdzanie prawa Lamberta.

Wyznaczanie stałej Plancka h.

1. D.Halliday, R.Resnick, J.Walker, Podstawy fizyki. Tom 4, PWN

2. J.Meyer-Arendt, Wstęp do optyki , PWN

3. Szczeniowski S.,Fizyka doświadczalna cz.IV. Optyka, PWN

4. Siemion, A. Kołodziejczyk, M. Sypek, Laboratorium optyki falowej, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej

5. F. C. Crawford, Fale, PWN

Student w zakresie wiedzy:

Poprawnie definiuje falę elektromagnetyczną. Przedstawia matematyczny opis fali elektromagnetycznej.

Poprawnie wyjaśnia i interpretuje podstawowe prawa optyki falowej.

Wyjaśnia zjawisko interferencji światła na przykładzie doświadczenia Younga, omawia zjawisko interferencji w cienkich warstwach oraz zasadę działania interferometrów.

Przedstawia i omawia warunki koherencji fal świetlnych.

Szczegółowo omawia zjawisko dyfrakcji światła.

Charakteryzuje typowe siatki dyfrakcyjne oraz podaje przykłady ich zastosowań.

Definiuje prawo Bragga i wyjaśnia zjawisko dyfrakcji promieni X.

Wyjaśnia zjawisko polaryzacji fal świetlnych. Rozróżnia polaryzację liniową, kołową i eliptyczną.

Charakteryzuje sposoby polaryzacji fali świetlnej, opisuje zjawisko dwujłomności oraz omawia budowę polarymetrów.

Omawia zasady holografii i jej zastosowania.

Student w zakresie umiejętności:

Umiejętnie wykorzystuje pojęcia z dziedziny optyki falowej przy tłumaczeniu obserwowanych zjawisk, omawianiu zasady działania urządzeń i układów optycznych oraz rozwiązywaniu zadań rachunkowych i problemowych.

Stosuje się w praktyce do zasad bezpieczeństwa i higieny pracy wykonując eksperymenty w pracowni optycznej.

Planuje i przeprowadza eksperyment z zakresu optyki falowej, sprawnie posługując się przyrządami.

Stosując formalizm matematyczny potrafi opisać zjawiska optyki falowej.

Ocenia wpływ zjawiska dyfrakcji na działanie podstawowych układów optycznych oraz ich zdolność rozdzielczą.

Rozwiązuje zadania rachunkowe i problemowe o tematyce związanej z optyką falową i o różnym stopniu trudności.

Przygotowuje sprawozdania z wykonanych eksperymentów korzystając z programów do obliczeń symbolicznych i numerycznych oraz prezentacji wyników.

Przygotowuje się do zajęć korzystając z różnych źródeł wiedzy. Potrafi poddać je krytycznej ocenie.

Analizuje uzyskane wyniki i wyciąga z nich wnioski.

Student w zakresie kompetencji społecznych:

Formułuje pytania służące pogłębieniu własnego zrozumienia danego tematu lub odnalezieniu brakujących elementów rozwiązania.

Dokonuje oceny własnych kompetencji i doskonali umiejętności w trakcie realizowania zadań.

Jest dokładny i skrupulatny podczas rozwiązywania zadań i wykonywania ćwiczeń.

Rozumie potrzebę ciągłego dokształcania się i podnoszenia kompetencji zawodowych, osobistych i społecznych

Wykazuje odpowiedzialność za powierzony sprzęt i własną pracę.

Rozumie potrzebę formułowania i przekazywania społeczeństwu informacji i opinii dotyczących osiągnięć optyki; potrafi przekazać takie informacje w sposób powszechnie zrozumiały

Egzamin pisemny

Sprawdzian (zadania rachunkowe)

Ocena sposobu rozwiązywania zadań podczas odpowiedzi ustnej

Ocena pisemnego sprawozdania z ćwiczenia laboratoryjnego.

Ocena odpowiedzi ustnej podczas wykonywania ćwiczenia oraz sposobu wykonania eksperymentu.

Ocena podsumowująca – ocena na podstawie ocen cząstkowych (konwersatorium i laboratorium) – średnia ważona ocen cząstkowych: 60% zadania pisemne, 40% odpowiedzi ustne.

Ocena pracowitości i zaangażowania podczas zajęć.