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

Wprowadzenie do projektowania systemów optycznych cz.2

Informacje ogólne

Kod przedmiotu: 0800-WPROSOP-2 Kod Erasmus / ISCED: (brak danych) / (0530) Nauki fizyczne nieokreślone dalej
Nazwa przedmiotu: Wprowadzenie do projektowania systemów optycznych cz.2
Jednostka: Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej
Grupy:
Punkty ECTS i inne: 4.00
Język prowadzenia: polski
Wymagania wstępne:

Kurs z optyki elementarnej

Rodzaj przedmiotu:

przedmiot obowiązkowy

Całkowity nakład pracy studenta:

Godziny realizowane z udziałem nauczycieli: 60 godz.

- udział w wykładach – 30 godz.

- udział w ćwiczeniach – 30 godz.


Czas poświęcony na pracę indywidualną studenta: 45 godz.

- przygotowanie do ćwiczeń – 30

- przygotowanie do egzaminu- 15


Łącznie: 105 godz. (4 ECTS)

Efekty uczenia się - wiedza:

W01 – Ma rozszerzoną wiedzę z optyki i podstawową wiedzę z inżynierii optycznej i metod projektowania systemów optycznych;

W02 – Ma wiedzę o trendach rozwojowych w optyce i inżynierii optycznej;

W03 - zna metody, techniki oraz narzędzia komputerowe potrzebne do rozwiązywania problemów i zadań projektowych z zakresu projektowania systemów optycznych.

Powyższe efekty przedmiotowe realizują następujące efekty kierunkowe: K_W01, K_W02, K_W05

Efekty uczenia się - umiejętności:

U01 - potrafi zastosować metodę naukową w rozwiązywaniu problemów z zakresu projektowania systemów optycznych, posiada umiejętność łączenia metod i typowych rozwiązań w zakresie projektowania systemów optycznych, potrafi zaprojektować proste urządzenie optyczne używając właściwych metod, narzędzi oraz technik komputerowych,

U02 - potrafi znajdować niezbędne informacje w literaturze fachowej (podręczniki, publikacje naukowe, publikacje patentowe, bazy danych elementów optycznych, strony internetowe producentów elementów optycznych) i zrozumieć istotę opisanych rozwiązań jak również odtworzyć schematy przedstawionych układów i systemów optycznych.

U03 - potrafi dokonać krytycznej analizy wyników komputerowego modelowania systemów optycznych

U04 – potrafi przedstawić wyniki wyżej wymienionej analizy w postaci pisemnej,

U05 - potrafi określić kierunki dalszego uzupełniania wiedzy i umiejętności (w tym samokształcenia) w zakresie inżynierii optycznej oraz innych dziedzin inżynierii powiązanych z inżynierią optyczną.

Powyższe efekty przedmiotowe realizują następujące efekty kierunkowe: K_U01, K_U03, K_U04, K_U07, K_U09

Efekty uczenia się - kompetencje społeczne:

K01 - zna ograniczenia własnej wiedzy i umiejętności; potrafi precyzyjnie formułować pytania; rozumie potrzebę dalszego kształcenia się w zakresie fizyki, optyki i projektowania układów optycznych oraz ciągłej aktualizacji wiedzy z zakresu dostępnych technik komputerowych projektowania układów optycznych oraz z zakresu nowych rozwiązań i wynalazków z obszaru optyki i inżynierii optycznej, potrafi indywidualnie pracować nad rozwiązywaniem problemów z zakresu projektowania układów optycznych oraz konsultować wiedzę i zastosowane rozwiązania w zespołach złożonych z osób o podobnych kompetencjach zawodowych/naukowych jak również prezentować i konsultować wyniki realizowanych zadań z kierownikami/liderami zespołów eksperckich,

K02 - rozumie i docenia znaczenie rzetelności w wykonywaniu powierzonych zadań projektowych własnych i innych osób; ma świadomość problemów etycznych w kontekście rzetelności badawczej (plagiat czy autoplagiat),

K03 - rozumie potrzebę popularyzacji wiedzy z zakresu inżynierii optycznej a także najnowszych osiągnięć naukowych i technologicznych,

Powyższe efekty przedmiotowe realizują następujące efekty kierunkowe: K_K01, K_K02, K_K03

Metody dydaktyczne eksponujące:

- pokaz
- symulacyjna (gier symulacyjnych)

Metody dydaktyczne podające:

- pogadanka
- wykład informacyjny (konwencjonalny)
- wykład konwersatoryjny
- wykład problemowy

Metody dydaktyczne poszukujące:

- doświadczeń
- klasyczna metoda problemowa
- projektu
- studium przypadku

Skrócony opis:

Na wykładzie zostaną wyjaśnione podstawowe pojęcia i wyłożone podstawowe problemy związane z projektowaniem układów optycznych. Główny nacisk będzie położony na wyjaśnienie specyfiki działania gotowych elementów optycznych uwzględniające ich wpływ na propagację światła (rozdzielczość, aberracje, dystorsje), na własności widmowe i polaryzacyjne światła. Uwzględnione będą elementy wykorzystywane w układach optyki otwartej oraz w układach światłowodowych, elementy pasywne oraz aktywnie modyfikujące sposób propagacji światła w układach optycznych.

Na ćwiczeniach studenci będą uczyć się symulowania i projektowania systemów optycznych wykorzystujących gotowe elementy optyczne, z wykorzystaniem jednego z programów do projektowania optyki: Zemax, OSLO lub Code V (w zależności od dostępnej w danym semestrze licencji).

Pełny opis:

1) Wprowadzenie podstawowych pojęć z inżynierii systemów optycznych oraz podstaw opisu układów optycznych.

2) Zagadnienia związane z przestrzenną kontrolą propagacji światła:

a) wiązki gaussowskie:

- propagacja, transformacja przez układy optyczne (podstawowe pojęcia dotyczące aberracji wiązek gaussowskich)

- kolimowanie, ogniskowanie, poszerzanie wiązek światła, filtracja przestrzenna (podstawowe pojęcia i wzory oraz realizacja praktyczna),

- kontrola natężenia światła: filtry neutralne, metoda polaryzacyjna,

- najczęściej stosowane elementy optyczne: soczewki, i obiektywy, kondensatory optyczne, zwierciadła, elementy światłodzielące, dyfuzory optyczne, itp.

- sterowanie kierunkiem propagacji wiązek światła (układy peryskopowe, deflektory, skanery i ich różne typy, itp.)

- aktywne elementy optyczne: soczewki zmiennoogniskowe, zwierciadła deformowalne,

b) wiązki typu „flat-top”: podstawowe zagadnienia dotyczące propagacji światła w układach mikroskopowych,

c) wprowadzenie do wiązek wektorowych

3) Zagadnienia związane z rozdzielczością obrazowania

a) metody opisu jakości odwzorowania obrazu przez układy optyczne

- aberracje w układach optycznychy: źródła, klasyfikacja, metody opisu, podstawowe metody minimalizacji aberracji,

- metody opisu jakości odwzorowania obrazu: funkcja rozmycia punku, funkcja przenoszenia optycznego (w tym funkcja przenoszenia kontrastu)

b) rozdzielczość obrazowania: wiązki gaussowskie vs. wiązki „flat-top”

- „klasyczne” wzory i definicje (plamka Airy, przewężenie wiązki gaussowskiej, głębokość ogniska, niezmienniki w transformacji wiązek, itp.)

- metody „optyki fizycznej”: funkcja przenoszenia kontrastu,

- wpływ dyskretyzacji rejestrowanego rozkładu natężenia światła na rozdzielczość obrazowania,

- wpływ szumu na rozdzielczość obrazowania

c) metody badania rozdzielczości układów optycznych

- wzorce: drukowane/grawerowane, mikrokulki, wzorce fluorescencyjne ,

- knife-edge,

- analizatory rozkładu natężenia światła w przekroju wiązek,

- analizatory frontu falowego (pełna analiza aberracji frontu falowego)

d) metody badania kolimacji wiązek gaussowskich:

- analiza rozbieżności wiązki,

- interferometr typu „shear plate”,

- w przypadku światłowodów metoda „zawracania wiązki”,

- analiza frontu falowego

4) kontrola własności widmowych

a) filtry optyczne, zwierciadła dichroiczne, monochromatory, siatki dyfrakcyjne

b) systemy optyczne: spektrometr, monochromator, analizator widm optycznych

5) kontrola polaryzacji

a) podsumowanie pojęć związanych z polaryzacją światła i sposobów opisu polaryzacji światła – sfera Poincare

b) podstawowe „pasywne” elementy optyczne do kontroli stanu polaryzacji światła: polaryzatory, płytki „falowe”,

c) zjawisko Faradaya i izolatory optyczne

d) podstawowe „aktywne” urządzenia do kontroli stanu polaryzacji światła: komórka Pockelsa,…

6) Czasowa kontrola impulsów światła

- korelatory

7) systemy światłowodowe

- typy światłowodów i ich zastosowanie w systemach optycznych (jedno-, wielo-modowe, fotoniczne, utrzymujące polaryzację, itp.)

- łączenie światłowodów: spawanie, złączki, podstawowe pojęcia związane z określaniem strat światła w złączach światłowodowych,

- wprowadzanie światła do światłowodu, wyprowadzanie światła ze światłowodu (kolimacja),

- kontrola polaryzacji światła propagującego się w światłowodach,

- dyspersja w światłowodach (chromatyczna, geometryczna, wpływ na impulsy laserowe, wpływ na metody interferometryczne),

- sprzęgacze światłowodowe,

- interferometry światłowodowe,

8) Przykładowe systemy optyczne:

a) Konfokalne systemy obrazowania

b) Spektrometry

c) Oświetlacze mikroskopowe

d) Mikroskopy

e) Interferometry: Michelsona, Macha-Zehndera, wspólnej drogi,

Literatura:

Literatura Literatura podstawowa:

1. “Optical System Design”, R.E. Fischer, B Tadic-Galeb, McGraw-Hill, New York, 2000

2. "Modern Optical Engineering", Warren J. Smith, McGraw-Hill, New York, 2008,

3. "Modern lens design", Warren J. Smith, McGraw-Hill, New York, 2005,

4. “Handbook of Optical Systems”, H. Gross, ed., Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim 2005

5. “Optics”, E. Hecht, Addison Wesley, San Francisco, 2002,

Literatura uzupełniająca:

1. "Principles of Optics", M. Born and E. Wolf, eds, 7th (expanded) edition, Cambridge University Press, 1999

2. Melles Griot Optics Guide

3. „Projektowanie układów optycznych”, M. Leśniewski, Wydawnictwa Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1990

4. „Optyka, kurs elementarny”, J. Nowak, M. Zając, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 1998

5. „Instrumenty Optyczne”, F. Ratajczyk, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 2005

6. „Optyka Okularowa”, M. Zając, Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wrocław 2007

7. "Optyka dla optometrystów w zadaniach", M. Zając, Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wrocław 2011

Metody i kryteria oceniania:

Metody oceniania:

egzamin pisemny- W01

kolokwium- U01, U04, U07

Kryteria oceniania:

Wykład: zaliczenie na ocenę na podstawie egzaminu pisemnego.

Ćwiczenia: zaliczenie na ocenę na podstawie kolokwium końcowego lub projektu zaliczeniowego.

Kryteria wystawiana ocen:

50-60% - ocena: 3

60-70% - ocena: 3+

70-80% - ocena: 4

80-90% - ocena: 4+

90-100% - ocena 5

Praktyki zawodowe:

Nie wymagane

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: Iwona Gorczyńska
Prowadzący grup: Iwona Gorczyńska, Katarzyna Komar, Krzysztof Wiśniewski
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: Iwona Gorczyńska
Prowadzący grup: Iwona Gorczyńska, Ashish Gupta, Katarzyna Komar, Ebrahim Safarian Baloujeh, Krzysztof Wiśniewski
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Przedmiot - Egzamin
Ćwiczenia - Zaliczenie na ocenę
Wykład - Egzamin
Uwagi:

Ze względu na epidemię SARS CoV-2 wykłady i ćwiczenia są prowadzone w formie zdalnej z wykorzystaniem platformy MS Teams.

Nagrania i materiały pomocnicze są dostępne na platformie Moodle (po zalogowaniu):

https://moodle7.fizyka.umk.pl/course/view.php?id=128

Forma zaliczenia zajęć:

- ćwiczenia: na postawie wykonanych zdalnie zadań i/lub projektów,

- wykład: egzamin zdalny - test na platformie Moodle.

Kryteria oceniania takie jak podano w podstawowych informacjach o przedmiocie.

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