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

Optyka

Informacje ogólne

Kod przedmiotu: 0800-OPTYKA Kod Erasmus / ISCED: (brak danych) / (0533) Fizyka
Nazwa przedmiotu: Optyka
Jednostka: Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej
Grupy: Przedmioty do wyboru dla Fizyki Technicznej
Przedmioty z fizyki
Uzupełniające przedmioty z fizyki ogólnej
Punkty ECTS i inne: 6.00
Język prowadzenia: polski
Wymagania wstępne:

- zaliczenie kursów: "Fizyka ogólna 1", "Fizyka ogólna 2", "Fizyka ogólna 3", "Fizyka ogólna 4", "Elektryczność i magnetyzm", "Fizyka kwantowa 1"

- znajomość optyki geometrycznej i podstaw optyki falowej

- znajomość podstaw elektrodynamiki (pole elektryczne, pole magnetyczne, równania Maxwella)

- znajomość rachunku różniczkowego, całkowego, wektorowego oraz liczb zespolonych

Rodzaj przedmiotu:

przedmiot obowiązkowy

Całkowity nakład pracy studenta:

Godziny realizowane z udziałem nauczycieli ( 60 godz.):

- udział w wykładach - 30

- udział w ćwiczeniach – 30


Czas poświęcony na pracę indywidualną studenta ( 100 godz.):

- powtórzenie materiału z wykładu - 30

- przygotowanie do ćwiczeń – 30

- przygotowanie do egzaminu- 20

- przygotowanie do kolokwium - 20


Łącznie: 160 godz. (6 ECTS)

Efekty uczenia się - wiedza:

W1 - posiada wiedzę o podstawowych koncepcjach, zasadach i teoriach oraz ich historycznym rozwoju w zakresie optyki i fotoniki (fizyka: K_W01, fizyka techniczna: K_W01)

W2 - zna podstawowe prawa optyki falowej i fotoniki (fizyka: K_W05, fizyka techniczna: K_W02)

W3 – rozumie rolę eksperymentu i symulacji komputerowych w procesie projektowania zagadnień inżynierskich, posiądzie świadomość ograniczeń technicznych i technologicznych aparatury w modelowaniu zjawisk fizycznych związanych z optyką (fizyka: K_W02, fizyka techniczna: K_W03)

Efekty uczenia się - umiejętności:

U1 - potrafi w sposób zrozumiały, używając formalizmu matematycznego, przedstawiać podstawowe prawa fizyki falowej i optyki (fizyka: K_U01, fizyka techniczna: K_U01)

Efekty uczenia się - kompetencje społeczne:

K1 - zna ograniczenia własnej wiedzy i rozumie potrzebę dalszego kształcenia (fizyka: K_K01, fizyka techniczna: K_K01)

Metody dydaktyczne:

Metoda dydaktyczna podająca:

- wykład informacyjny (konwencjonalny)

- wykład konwersatoryjny


Metoda dydaktyczna poszukująca:

- ćwiczeniowa

- studium przypadku

Metody dydaktyczne podające:

- wykład informacyjny (konwencjonalny)
- wykład konwersatoryjny

Metody dydaktyczne poszukujące:

- ćwiczeniowa
- studium przypadku

Skrócony opis:

Wykład z optyki mający na celu przekazanie wiedzy na temat natury światła oraz jego opisu w ujęciu falowym oraz korpuskularnym, a także wprowadzenie formalizmu pozwalającego na opis układów i efektów optycznych. W ramach wykładu zostanie zwięźle opisany szereg zjawisk optycznych, zawierający m. in. interferencję i dyfrakcję, polaryzację światła, efekty akusto- i elektro-optyczne czy efekty związane z optyką nieliniową. Zjawiska te będą omawiane w kontekście wykorzystania zarówno w urządzeniach życia codziennego jak również w urządzeniach pomiarowych i nauce. W celu wykształcenia umiejętności przewidywania parametrów prostych układów optycznych i zjawisk fizycznych metodami analitycznymi na zajęciach rachunkowych zostanie rozwiązanych szereg zagadnień problemowych.

Pełny opis:

W trakcie wykładu zostaną zaprezentowane następujące zagadnienia:

1) Ruch falowy: matematyczny opis fali, równanie falowe, charakterystyka wielkości opisujących falę, zasada superpozycji, fale płaskie i sferyczne.

2) Optyka jako część elektrodynamiki: równanie fali elektromagnetycznej dla pól E i B, poprzeczny charakter fal elektromagnetycznych, energia i pęd niesione przez fale elektromagnetyczne, dualizm korpuskularno-falowy światła.

3) Wytwarzanie promieniowania elektromagnetycznego i jego propagacja w ośrodku materialnym, zjawisko absorpcji i dyspersji fal elektromagnetycznych.

4) Zjawisko odbicia i załamania światła w ujęciu teorii rozpraszania oraz elektromagnetycznym (wzory Fresnela), zasada Fermata, całkowite wewnętrzne odbicie (fala zanikająca), właściwości optyczne metali.

5) Superpozycja fal: dodawanie fal (dudnienia), prędkość fazowa i grupowa, nieharmoniczne fale okresowe (szeregi Fouriera), fale nieokresowe (impulsy i paczki falowe).

6) Polaryzacja fal elektromagnetycznych: typy polaryzacji, prawo Malusa, polaryzatory, otrzymywanie światła spolaryzowanego, kryształy dwójłomne, płytki falowe, aktywność optyczna, wymuszone efekty optyczne (efekt Faradaya, Kerra, Pockelsa), matematyczny opis polaryzacji: wektory Jonesa.

7) Interferencja fal elektromagnetycznych: matematyczny opis interferencji fal, koherencja czasowa i przestrzenna, interferencja przez podział czoła fali (eksperyment Younga) oraz amplitudy (prążki jednakowego nachylenia, prążki jednakowej grubości, interferometr Michelsona, Macha-Zehndera), interferencja wielu wiązek - wzór Airy, interferometr Fabry'ego-Perota, warstwy antyrefleksyjne.

8) Dyfrakcja fal elektromagnetycznych: dyfrakcja Fraunhofera, dyfrakcja Fresnela, dyfrakcja na różnych aperturach (prostokątnej, kołowej), rozdzielczość układów obrazujących, siatki dyfrakcyjne i spektroskopia na siatkach dyfrakcyjnych, dyfrakcja promieniowania rentgenowskiego.

9) Podstawy teorii koherencji: widzialność prążków, funkcja korelacji wzajemnej, stopień koherencji, koherencja czasowa i przestrzenna.

10) Podstawy optyki nieliniowej: generacja drugiej harmonicznej, mieszanie fal.

11) Wybrane zagadnienia optyki.

Literatura:

Literatura podstawowa:

1. F.C. Crawford, "Fale", PWN, Warszawa 1975

2. E. Hecht, „Optyka”, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 2012

3. D. J. Griffiths, "Podstawy elektrodynamiki", Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2005

4. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, "Podstawy fizyki", część 3 i 4, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2003

5. M. Baj, G. Szeflińska, M. Szymański, D. Wasik, "Zadania i problemy z fizyki", Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 1996

Literatura uzupełniająca:

1. Y. B. Band „Light and Matter” John Wiley & Sons, New Jersey, 2007

2. B.E.A. Saleh, M. C. Teich “Fundametals of Photonics” John Wiley & Sons, New Jersey, 2007

3. A. M. Weiner “Ultrafast Optics”, John Wiley & Sons, New Jersey, 2009

4. B. Crowell, "Optics", http://lightandmatter.com

5. F. L. Pedrotti, L. S. Pedrotti "Introduction to optics", second edition, Prentice-Hall Inc., 1993

Metody i kryteria oceniania:

Metody oceniania:

egzamin- osiągnięcie efektów kształcenia: W1, W2, W3, U1

ćwiczenia- osiągnięcie efektów kształcenia: W1, W2, U1

Kryteria oceniania:

Wykład kończy się egzaminem pisemnym. Warunkiem przystąpienia do egzaminu jest wcześniejsze uzyskanie pozytywnej oceny z ćwiczeń rachunkowych. Egzamin weryfikuje stopień przyswojenia wiedzy wyniesionej z wykładu oraz jej praktyczne zastosowanie w rozwiązywaniu zadań rachunkowych. Egzamin składa się z części testowej (weryfikującej przyswojenie podstawowej wiedzy z przedmiotu) oraz pytań otwartych (dotyczących zarówno teorii jak i zadań rachunkowych).

Ocena z ćwiczeń uzależniona jest od sumarycznej liczby punktów uzyskanych z dwóch kolokwiów oraz aktywności na ćwiczeniach. Warunkiem zaliczenia ćwiczeń jest uzyskanie minimum 50% możliwych do uzyskania punktów

Kryteria oceniania egzaminu oraz ćwiczeń:

ndst: <50% (możliwych do uzyskania punktów)

dst: 50-60%

dst plus: 60-70%

db: 70-80%

db plus: 80-90%

bdb: 90-100%

W okresie nauczania zdalnego egzamin może odbywać się w formie ustnej (jego realizacja może być w trybie zdalnym) natomiast ćwiczenia mogą zostać zaliczone na podstawie prac domowych.

Praktyki zawodowe:

brak

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

Okres: 2019-02-25 - 2019-09-30
Wybrany podział planu:


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

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

Okres: 2020-02-29 - 2020-09-20
Wybrany podział planu:


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

Zajęcia w cyklu "Semestr letni 2020/21" (w trakcie)

Okres: 2021-02-22 - 2021-09-20
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Ćwiczenia, 30 godzin więcej informacji
Wykład, 30 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Winicjusz Drozdowski
Prowadzący grup: Mirosław Bylicki, Winicjusz Drozdowski
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Przedmiot - Egzamin
Ćwiczenia - Zaliczenie na ocenę
Wykład - Egzamin
Pełny opis:

Zagadnienia kluczowe:

1) Optyka geometryczna (prawa odbicia i załamania w ujęciu empirycznym; wyprowadzenie w ramach modelu falowego, korpuskularnego i w oparciu o zasadę Fermata; zwierciadło, soczewka, pryzmat i przyrządy optyczne; formalizm macierzowy);

2) Optyka falowa (oddziaływanie światła z różnymi ośrodkami w ujęciu falowym; równania Maxwella; zespolony współczynnik załamania; prawa odbicia i załamania w ujęciu falowym; rozpraszanie światła; polaryzacja; dyfrakcja i interferencja; spójność światła; interferometry).

Możliwe jest wprowadzenie przez wykładowcę dodatkowych treści w razie potrzeby.

Literatura:

Literatura podstawowa:

1. E. Hecht, "Optics", Addison Wesley, San Francisco 2002 (lub E. Hecht, "Optyka", PWN, Warszawa 2012)

2. F.C. Crawford, "Fale", PWN, Warszawa 1975

3. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, "Podstawy fizyki", t. 2-4, PWN, Warszawa 2007 (lub nowsze wydanie)

Literatura uzupełniająca:

1. B. Crowell, "Optics", http://lightandmatter.com

2. S. Szczeniowski, "Optyka" ("Fizyka doświadczalna", cz. 4), PWN, Warszawa 1983

3. W. Gorzkowski, A. Szymacha, "Pola i ruch", WSiP, Warszawa 1986

5. "Fizyka dla szkół wyższych", praca zbiorowa, OpenStax, tłumaczenie polskie Katalyst Education, http://openstax.org/details/books/fizyka-dla-szkół-wyższych-tom-1, http://openstax.org/details/books/fizyka-dla-szkół-wyższych-tom-2, http://openstax.org/details/books/fizyka-dla-szkół-wyższych-tom-3

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