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
|
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 2021/22" (zakończony)
Okres: | 2021-10-01 - 2022-02-20 |
Przejdź do planu
PN WT WYK
CW
ŚR CZ PT |
Typ zajęć: |
Ćwiczenia, 30 godzin
Wykład, 30 godzin
|
|
Koordynatorzy: | Piotr Targowski | |
Prowadzący grup: | Ashish Gupta, 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. |
Zajęcia w cyklu "Semestr zimowy 2022/23" (zakończony)
Okres: | 2022-10-01 - 2023-02-19 |
Przejdź do planu
PN WT WYK
ŚR CZ CW
PT |
Typ zajęć: |
Ćwiczenia, 30 godzin
Wykład, 30 godzin
|
|
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. |
Zajęcia w cyklu "Semestr zimowy 2023/24" (zakończony)
Okres: | 2023-10-01 - 2024-02-19 |
Przejdź do planu
PN CW
WT ŚR CZ WYK
PT |
Typ zajęć: |
Ćwiczenia, 30 godzin
Wykład, 30 godzin
|
|
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. |
Właścicielem praw autorskich jest Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu.