Optoelektronika

Zakłada się, że student posiada wiedzę fizyczną oraz matematyczną właściwą dla absolwenta pierwszego stopnia studiów.

Wykład wraz z ćwiczeniami zajmuje 60 godzin; razem z przygotowaniem się do egzaminu oraz do zaliczeń ćwiczeń student powinien poświęcić na ten przedmiot ok. 150 godzin.

K_W01 - ma uporządkowaną, rozszerzoną wiedzę z matematyki, fizyki, w szczególności z optoelektroniki; ma wiedzę o trendach rozwojowych i najistotniejszych osiągnięciach w dziedzinie optoelektroniki i jej zastosowań;

K_W03 - zna zasadę działania układów pomiarowych i aparatury, badawczej specyficznych dla obszaru zastosowań optoelektronicznych;

K_W04 - zna podstawowe metody, techniki, narzędzia potrzebne do rozwiązywania zadań inżynierskich z zakresu optoelektroniki

K_U01 - potrafi zastosować metodę naukową w rozwiązywaniu problemów optoelektronicznych, w realizacji eksperymentów w ramach tej dziedziny i interpretacji

K_U03 - potrafi dokonać krytycznej analizy wyników pomiarów optoelektronicznych, obserwacji lub obliczeń teoretycznych wraz z oceną dokładności wyników

K_U04 - potrafi znajdować niezbędne informacje z zakresu optoelektroniki w literaturze fachowej, zarówno z baz danych jak i innych źródeł, potrafi odtworzyć tok rozumowania lub przebieg eksperymentu opisanego w literaturze z uwzględnieniem poczynionych założeń i przybliżeń

K_U07 - potrafi przedstawić wyniki badań (eksperymentalnych, teoretycznych lub numerycznych) w formie pisemnej, ustnej, prezentacji

multimedialnej lub plakatu, potrafi skutecznie komunikować się

zarówno ze specjalistami jak i niespecjalistami w zakresie optoelektroniki, potrafi popularyzować osiągnięcia optoelektroniki;

K_U08- potrafi określić kierunki dalszego uzupełniania wiedzy i umiejętności (w tym samokształcenia) w dziedzinie optoelektroniki

K_K01 - zna ograniczenia własnej wiedzy i umiejętności; potrafi precyzyjnie formułować pytania; rozumie potrzebę dalszego kształcenia się

K_K02 - potrafi pracować indywidualnie i w zespole; ma świadomość

odpowiedzialności za wspólnie realizowane zadania

K_K04 - rozumie potrzebę popularyzacji wiedzy z zakresu studiowanego

kierunku studiów w tym także najnowszych osiągnięć naukowych i

technologicznych w optoelektronice;

- klasyczna metoda problemowa

- obserwacji

- ćwiczeniowa

- opis
- wykład informacyjny (konwencjonalny)
- wykład problemowy

- ćwiczeniowa

Celem wykładu „Optoelektronika” jest przekazanie wiedzy z zakresu:

- fizyki laserów, działania poszczególnych typów laserów,

- właściwości światła laserowego,

- modulacji światła,

- transmisji światła,

- detekcji promieniowania elektromagnetycznego,

- wyświetlaczy,

- zastosowań optoelektroniki.

Do zrozumienia treści wykładu niezbędna jest wiedza z podstaw optyki geometrycznej i falowej, ciała stałego, mechaniki kwantowej oraz analizy matematycznej (rozwiązywanie elementarnych równań różniczkowych).

Wykład ma zadanie dać podstawy studentom do sprawnego operowania wiedzą w zakresie nowoczesnych technik optycznych, przygotować ich do korzystania z literatury, w tym obcojęzycznej (szeroko wprowadzane terminy angielskie) oraz przygotować do podejmowania decyzji przy użyciu i wykorzystaniu konkretnych urządzeń optoelektronicznych.

W szczególności chodzi o:

a. wskazanie roli poszczególnych elementów laserów w generacji światła i ich wpływu na właściwości światła laserowego,

b. opis optyki laserowej i elementów spektroskopii ośrodków czynnych, w szczególności ciał stałych,

g. opis właściwości wybranych laserów gazowych, barwnikowych, stałych oraz laserów na swobodnych elektronach,

c. szczegółowy opis działania laserów półprzewodnikowych, typy laserów półprzewodnikowych, właściwości generowanego światła, warunki generacji, lasery niskowymiarowe, modulacja wewnętrzna,

d. opis metod modulacji światła wewnętrznej i zewnętrznej, (efekty nieliniowe Pockelsa i Kerra, anizotropia optyczna, synchronizacja modów, modulatory światłowodowe), budowa i ograniczenia typów modulatorów, parametry modulatorów, modulacja laserów półprzewodnikowych,

e. fizyka i technika światłowodów (warunki propagacji światłowodów, mody światłowodowe, opis światłowodów planarnych, paskowych, cylindrycznych i specjalnych), światłowody na kryształach fotonicznych, sposoby produkcji, zastosowania,

f. detektory światła termiczne (komórki Golaya itd.) i fotonowe (fotopowielacze, pn, pin, lawinowe, Schottky’ego, kamery CCD, detektory na studniach kwantowych, transoptory, detektory z supesieciami, reżimy pracy, ich parametry), szumy detektorów, wzmacniacze obrazu,

h. opis działania wyświetlaczy (LCD, plazmowe, elektroluminescencyjne, CRT), parametry wyświetlaczy, jakość obrazu (kontrast, odświeżanie, oddawanie barwy itd.)), wyświetlacze 3D,

j. wybrane zastosowania optoelektroniki w życiu codziennym, nauce, technice (zwłaszcza w telekomunikacji), medycynie, ekologii, holografii itd.,

k. bezpieczeństwo pracy z laserami.

- B. Ziętek, Optoelektronika. Wydanie rozszerzone i poprawione, Wyd. UMK, Toruń 2005.

- B. Ziętek, Lasery, Wyd. Nauk.UMK, Toruń 2008

- A. K. Ghatak, K. Thyagarajan, Optical electronics, Cambridge University Press, Cambridge 1989.

- J. Wilson, J. F. Hawkes, Optoelectronics - an introduction, Prentice Hall, New York 1989.

- A. K. Ghatak, K. Thyagarajan, Introduction to Fiber Optics, Cambridge University Press, Cambridge 1998.,

- J. A. Buck, Fundamentals of Optical Fibers, John Wiley & Sons, New York 2004.

- A. Majewski, Nieliniowa optyka światłowodowa, PW, Warszawa 1993.

- R. W. Boyd, Nonlinear Optics, Academic Press, New York-Tokyo 1992.

- G. P. Agraval, Nonlinear Fiber Optics, Acad. Press, San Diego 2001.

- W. Lauterborn, T. Kurz, W. Wiesenfeldt, Coherent Optics, Springer-Verlag, Berlin 1993.

- A. Majewski, Nieliniowa optyka światłowodowa, PW, Warszawa 1993.

- J. T. Verdeyen, Laser electronics, Prentice Hall, New Jersey 1989.

- K. Booth, S. Hill, The essence of optoelectronics, Prentice Hall, London-New York-Paris 1998.

- Z. Bielecki, A. Rogalski, Detekcja Sygnałów Optycznych, WNT, Wraszawa 2001.

- A. Kowalski, Podstawy telekomunikacji, Oficyna PW, Warszawa 1998..

- M. Malinowski, Lasery światłowodowe, Oficyna PW, Warszawa 2003.

- J. Siuzdak, Wstęp do współczesnej telekomunikacji światłowodowej, WKŁ, Warszawa 1999.

- Materiały zawarte na stronie http://fizyka.umk.pl/~bezet/,

Wykład wspomagany jest prezentacjami w Power Point. Szczegółowe wyjaśnienia są przeprowadzane klasycznie, na tablicy. Studenci mają prawo żądać wyjaśnień w trakcie wykładu. Mogą też przygotować się do wykładu, ponieważ wszystkie prezentacje wraz z licznymi uzupełnieniami w formie esejów są udostępnione na stronie internetowej:

http://fizyka.umk.pl/~bezet/

Przedmiot obejmuje 30 godzin wykładu i 30 godzin ćwiczeń rachunkowych oraz 60 godzin laboratorium.

Zaliczenie przedmiotu „Optoelektronika” odbywa się na podstawie pozytywnej oceny z ćwiczeń rachunkowych (W01, W04, U03, U07, K02) oraz wyniku egzaminu pisemnego z zagadnień teoretycznych (W01,W03, W04, U01, U07, K04). Zagadnienia do egzaminu dostarczane są miesiąc przed egzaminem.

Kryteria oceniania:

50-60% - ocena: 3

60-70% - ocena: 3+

70-80% - ocena: 4

80-90% - ocena: 4+

90-100% - ocena 5