Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu - Centralny punkt logowaniaNie jesteś zalogowany | zaloguj się
katalog przedmiotów - pomoc

Optyka laserowa

Informacje ogólne

Kod przedmiotu: 0800-OPTLAS Kod Erasmus / ISCED: (brak danych) / (0533) Fizyka
Nazwa przedmiotu: Optyka laserowa
Jednostka: Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej
Grupy: Fizyka s2, przedmioty wszystkie
Fizyka s2. Przedmioty specjalistyczne do wyboru
Strona przedmiotu: http://www.fizyka.umk.pl/~ptarg/dydaktyka.html
Punkty ECTS i inne: 5.00 LUB 3.00 (zmienne w czasie)
zobacz reguły punktacji
Język prowadzenia: polski
Wymagania wstępne:

Znajomość podstaw rachunku wektorowego, w tym stosowania operatorów różniczkowych (gradient, dywergencja, rotacja, Laplasjan) oraz elektrodynamiki ośrodków izotropowych, jednorodnych.

Znajomość podstaw fizyki laserów, zjawisko emisji wymuszonej.

Wiedza z zakresu optyki geometrycznej, w tym konstrukcja Gaussa, działanie lupy, lunety, mikroskopu. Zjawisko interferencji i dyfrakcji

Rodzaj przedmiotu:

przedmiot obowiązkowy

Całkowity nakład pracy studenta:

Godziny realizowane z udziałem nauczycieli ( 65 godz.):

- udział w wykładach - 30

- udział w ćwiczeniach – 30

- konsultacje z nauczycielem akademickim - 5

Czas poświęcony na pracę indywidualną studenta ( 85 godz.):

- przygotowanie do wykładu- 15

- przygotowanie do ćwiczeń – 20

- przygotowanie do egzaminu- 30

- przygotowanie do kolokwium - 20

- Czas wymagany do odbycia obowiązkowej praktyki: nie dotyczy

Łącznie: 150 godz. (5 ECTS)



Efekty uczenia się - wiedza:

W01 - Rozumie związek pomiędzy optyką w ujęciu geometrycznym (promienie) i falowym (równania Maxwella) – K_W01 efekt kierunkowy dla kierunku fizyka techniczna, 2st; K_W04 dla fizyki, 2st

W02 - Rozumie pojęcia przybliżenia optycznego oraz eikonału optycznego i promienia świetlnego i zna związek pomiędzy nimi – K_W01 efekt kierunkowy dla kierunku fizyka techniczna, 2st; K_W01 dla fizyki, 2st

W03 - Zna pojęcie optycznego odwzorowania liniowego – K_W01 efekt kierunkowy dla kierunku fizyka techniczna, 2st; K_W04 dla fizyki, 2st

W04 - Rozumie pojęcie wiązki gaussowskiej i sens fizyczny jej parametrów – K_W01 efekt kierunkowy dla kierunku fizyka techniczna, 2st; K_W02 dla fizyki, 2st

W05 - Rozumie różnicę pomiędzy stabilnym i niestabilnym modem rezonatora optycznego – K_W01 efekt kierunkowy dla kierunku fizyka techniczna, 2st; K_W04 dla fizyki, 2st

W06 - Rozumie zjawisko formowania się modów w płaskim światłowodzie aktywnym – K_W01 efekt kierunkowy dla kierunku fizyka techniczna, 2st; K_W04 dla fizyki, 2st

W07 - Rozumie metodę optyki macierzowej wraz ze sposobem opisu elementów składowych układów optycznych – K_W01 efekt kierunkowy dla kierunku fizyka techniczna, 2st; K_W01 dla fizyki, 2st

W08 - Zna warunek stabilności rezonatora sferycznego – K_W03 efekt kierunkowy dla kierunku fizyka techniczna, 2st; K_W04 dla fizyki, 2st

W09 - Zna twierdzenie Kogelnika dla wiązek gaussowskich – K_W01 efekt kierunkowy dla kierunku fizyka techniczna, 2st; K_W05 dla fizyki, 2st

W10 - Rozumie różnicę pomiędzy radiometrią a fotometrią (subiektywną), zna definicje wielkości fizycznych stosowanych w obu działach fotometrii – K_W03 efekt kierunkowy dla kierunku fizyka techniczna, 2st; K_W03 dla fizyki, 2st

W11 - Zna zasady BHP w pracy z laserami, w tym klasyfikację źródeł promieniowania laserowego pod względem rodzaju zagrożeń – K_W10 efekt kierunkowy dla kierunku fizyka techniczna, 2st; K_W06 dla fizyki, 2st

Efekty uczenia się - umiejętności:

U01 - Posiada umiejętność wyznaczania biegu promieni światła przez złożone układy optyczne za pomocą metod optyki macierzowej – K_U01 efekt kierunkowy dla kierunku fizyka techniczna, 2st; K_U01 dla fizyki, 2st

U02 - Potrafi określić czy dany rezonator lasera jest stabilny – K_U02 efekt kierunkowy dla kierunku fizyka techniczna, 2st; K_U01 dla fizyki, 2st

U03 - Potrafi wyznaczyć stabilne mody gaussowskie rezonatora sferycznego lasera – K_U01 efekt kierunkowy dla kierunku fizyka techniczna, 2st; K_U01 dla fizyki, 2st

U04 - Potrafi posługiwać się wielkościami z zakresu radiometrii i fotometrii – K_U04 efekt kierunkowy dla kierunku fizyka techniczna, 2st; K_U03 dla fizyki, 2st


Efekty uczenia się - kompetencje społeczne:

K01 – ma świadomość zakresu własnej wiedzy i potrafi formułować właściwie pytania. Rozumie potrzebę dalszego kształcenia – K_K01 efekt kierunkowy dla kierunku fizyka techniczna, 2st; K_K01 dla fizyki, 2st


Metody dydaktyczne:

Wykład z zastosowaniem prezentacji w PowerPoincie, pdf oraz symulacji w LabView i Mathcad

Ćwiczenia audytoryjne z wykorzystaniem pakietu Mathcad do obliczeń przykładowych oraz środowiska LabView do symulacji

Metody dydaktyczne podające:

- wykład informacyjny (konwencjonalny)

Metody dydaktyczne poszukujące:

- ćwiczeniowa

Metody dydaktyczne w kształceniu online:

- metody ewaluacyjne

Skrócony opis:

Celem wykładu i ćwiczeń jest zapoznanie studentów z wybranymi zagadnieniami optyki współczesnej, ze szczególnym uwzględnieniem optyki rezonatorów laserowych. Wstęp do wykładu stanowi fotometria, następnie krótko przypominane są podstawy optyki falowej i geometrycznej, w tym metoda macierzowa opisu elementów optycznych. W dalszej kolejności analizowany jest ogólny warunek stabilności rezonatora laserowego. Po zapoznaniu studentów z optyka wiązek gaussowskich, omawiane jest generowanie takich wiązek w rezonatorze lasera prowadzące do wzbudzania modów gaussowskich.

Następnie omawiane jest formowanie się modów w płaskim falowodzie aktywnym (rezonatorze lasera półprzewodnikowego).

Wykład uzupełnia omówienie zasad bezpieczeństwa pracy z laserami

Pełny opis:

Wykład

1. Fotometria.

1.1. Promieniowanie ciała doskonale czarnego.

1.2. Fotometria obiektywna.

1.3. Fotometria subiektywna.

2. Fale elektromagnetyczne w ośrodku jednorodnym.

2.1. Podstawy - fala płaska.

2.2. Zjawiska na granicy dwu ośrodków - wzory Fresnela.

3. Fale elektromagnetyczne w ośrodku niejednorodnym, liniowym.

3.1. Równanie falowe - eikonał optyczny.

3.2. Przybliżenie optyczne.

3.3. Równanie eikonału.

3.4. Zasada Fermata.

3.5. Równanie wektorowe dla promienia.

3.6. Wektor krzywizny promienia, prawo załamania.

4. Optyczne odwzorowanie liniowe w ujęciu macierzowym.

5. Rezonator lasera i warunki stabilności.

6. Wiązki gaussowskie.

6.1. Własności.

6.2. Twierdzenie Kogelnika dla wiązek gaussowskich.

6.3. Mody gaussowskie rezonatora sferycznego.

7. Mody płaskiego falowodu aktywnego

8. Zasady bezpieczeństwa pracy z laserami

Ćwiczenia

Ćwiczenia bezpośrednio nawiązują do wykładu. W szczególności omawiane są przykłady z zakresu:

1. Fotometrii.

2. Zastosowań równań Fresnela.

3. Zastosowania równania promienia do światłowodów i soczewek gradientowych.

4. Obliczania układów optycznych metodami optyki macierzowej.

Dodatkowo, wykład jest ściśle powiązany z następującymi zadaniami Pracowni Optoelektroniki:

1. Fotometria. Pomiary spektroskopowe.

2. Badanie wiązki gaussowskiej.

3. Wyznaczanie macierzy ABCD układu optycznego.

4. Badanie własności łącza światłowodowego.

Literatura:

Literatura podstawowa:

1. M. Born, E. Wolf, Principles of Optics.

2. R. Jóźwicki, Optyka instrumentalna.

3. J. T. Verdeyen, Laser Electronics.

4. A. Gerrard, J. M. Burch, Introduction to Matrix Methods in Optics, (tłumaczenie na rosyjski: Wwedenije w matrithnuju optiku)

5. Glen D. Gillen, Katharina Gillen, and Shekhar Guha, Light Propagation in Linear Optical media

6. B. Ziętek, Lasery

7. B. Ziętek, Optoelektronika

8. http://www.phys.uni.torun.pl/~ptarg > dydaktyka >Optyka laserowa

Literatura uzupełniająca:

1. instrukcje do zadań Pracowni optoelektroniki i fizyki laserów: https://wwwold.fizyka.umk.pl/wfaiis/?q=node/228

Metody i kryteria oceniania:

Zajęcia będą oceniane wg. następujących reguł:

a. ćwiczenia: zaliczenie na ocenę na podstawie aktywności na zajęciach i kolokwiów. podstawą zaliczenia jest osiągniecie kompetencji:

dla kierunku fizyka techniczna, 2st: U01..U04

dla kierunku fizyka, 2st: U01..U04

ndst -(<50%)

dst- (>50 %)

dst plus- (>60%)

db- pkt (>70%)

db plus- pkt (>80%)

bdb- pkt (>90%)

b. Wykład: egzamin ustny, sprawdza kompetencje: W01 - W10 dla kierunku fizyka techniczna, 2st i dla kierunku fizyka, 2st

ndst - (<50%)

dst- (>50 %)

dst plus- … pkt (>60%)

db- (>70%)

db plus- (>80%)

bdb- (>90%)

Uwaga: podane zagadnienia nie muszą być tożsame z pytaniami na egzaminie. Pytania mogą stanowić ich pewną kombinację albo dotyczyć jedynie fragmentu zagadnienia:

1. Fotometria obiektywna

2. Fotometria subiektywna

3. Własności emisyjne ciała doskonale czarnego (wzór Plancka)

4. Własności płaskiej i kulistej fali elekromagnetycznej.

5. Czego dotyczą wzory Fresnela? Proszę omówić istotne szczególne przypadki (treść wzorów będzie podana)

6. Eikonał optyczny - definicja i własności (w tym równanie eikonału)

7. Czego dotyczy zasada Fermata? - Proszę podać przykłady (opisowo).

8. Równanie wektorowe dla promienia w ośrodku niejednorodnym

9. Podstawowe prawa optyki macierzowej

10. Punkty kardynalne odwzorowania

11. Znaczenie zerowania poszczególnych elementów macierzy odwzorowania optycznego

12. Transformacja fali kulistej w układzie optycznym opisanym macierzą odwzorowania

13. Transformacja wiązki gaussowskiej w układzie optycznym opisanym macierzą odwzo-rowania

14. Podstawowe własności wiązki gaussowskiej

15. Mody wyższych rzędów we wiązce gaussowskiej

16. Warunek stabilności rezonatora laserowego

17. Mody gaussowskie rezonatora optycznego

18. Mody podłużne rezonatora optycznego

19. Mody rezonatora płaskiego

20. Falowód rzeczywisty a falowód wzmocnieniowy

21. Klasy bezpieczeństwa laserów

Praktyki zawodowe:

Nie dotyczy

Zajęcia w cyklu "Semestr zimowy 2017/18" (zakończony)

Okres: 2017-10-01 - 2018-02-25
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Ćwiczenia, 30 godzin więcej informacji
Wykład, 30 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Piotr Targowski
Prowadzący grup: Piotr Targowski
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Przedmiot - Egzamin
Ćwiczenia - Zaliczenie na ocenę
Wykład - Egzamin

Zajęcia w cyklu "Semestr zimowy 2018/19" (zakończony)

Okres: 2018-10-01 - 2019-02-24
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Ćwiczenia, 30 godzin więcej informacji
Wykład, 30 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Piotr Targowski
Prowadzący grup: Piotr Targowski
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Przedmiot - Egzamin
Ćwiczenia - Zaliczenie na ocenę
Wykład - Egzamin

Zajęcia w cyklu "Semestr zimowy 2019/20" (zakończony)

Okres: 2019-10-01 - 2020-02-28
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Ćwiczenia, 30 godzin więcej informacji
Wykład, 30 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Piotr Targowski
Prowadzący grup: Piotr Targowski
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Przedmiot - Egzamin
Ćwiczenia - Zaliczenie na ocenę
Wykład - Egzamin

Zajęcia w cyklu "Semestr zimowy 2020/21" (zakończony)

Okres: 2020-10-01 - 2021-02-21
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Ćwiczenia, 30 godzin więcej informacji
Wykład, 30 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Piotr Targowski
Prowadzący grup: Piotr Targowski
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Przedmiot - Egzamin
Ćwiczenia - Zaliczenie na ocenę
Wykład - Egzamin
Uwagi:

zajęcia i zaliczenie w trybie zdalnym z wykorzystaniem platformy TEAMS.

Opisy przedmiotów w USOS i USOSweb są chronione prawem autorskim.
Właścicielem praw autorskich jest Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu.