Detail předmětu
Základy optiky
FSI-TZO Ak. rok: 2025/2026 Zimní semestr
V kurzu budou prezentovány základy geometrické a vlnové optiky, které poslouží k rozšíření znalostí nabyté v základním kurzu. Zvláštní pozornost je věnována možným aplikacím, především návrhům optických přístrojů.
Obsah kurzu je založen na následujících tématech: světlo jako elektromagnetické vlnění; základní jevy vlnové optiky; šíření světla v izotropním prostředí; základní zákonitosti optického zobrazení; základní optické přístroje; optika anizotropního prostředí; zdroje světla.
Jazyk výuky
čeština
Počet kreditů
6
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Vstupní znalosti
Absolvování kurzu Obecná fyzika III.
Pravidla hodnocení a ukončení předmětu
Zápočet: alespoň 75% účast ve cvičeních, absolvování dvou předem ohlášených písemných testů. Zkouška: písemná a ústní.
Přítomnost na cvičení je povinná a je sledována vyučujícím. Způsob nahrazení zmeškané výuky ve cvičení bude stanovena vyučujícím na základě rozsahu a obsahu zmeškané výuky.
Učební cíle
Cílem kursu je seznámit studenty (z pohledu geometrické a vlnové optiky) se základními vlastnostmi optických materiálů, vztahy na rozhraní opticky isotropních prostředí a vlastnostmi reálných optických prvků a jejich kombinací. Úkolem kursu je aplikace těchto základních znalostí geometrické optiky při řešení a konstrukci optických přístrojů.
Absolvování kursu geometrické optiky dá studentům základní znalosti potřebné pro návrh a orientační výpočet soustav optických prvků. V rámci cvičení budou studenti řešit výpočty reálných optických soustav se zaměřením na jejich možné praktické využití.
Použití předmětu ve studijních plánech
Program N-PMO-P: Přesná mechanika a optika, magisterský navazující, povinně volitelný
Program B-FIN-P: Fyzikální inženýrství a nanotechnologie, bakalářský, povinný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
26 hod., nepovinná
Osnova
- Světlo jako elektromagnetické vlnění. Vlnová funkce, superpozice. Rovinné, kulové a válcové vlny. Harmonické vlny. Komplexní notace harmonických vln. Maxwellovy rovnice. Energie vlny.
- Polarizace světla. Polarizační elipsa, základní druhy polarizovaného světla. Popis polarizace harmonickými funkcemi a Jonesovými vektory. Metody polarizace světla. Optická aktivita.
- Optika anizotropních prostředí. Šíření světla v anizotropním prostředí. Elipsoid indexu lomu. Jednoosé a dvouosé krystaly. Polarizační prvky.
- Základy geometrické optiky. Eikonálová rovnice, paprsková rovnice, Fermatův princip, odvození zákona lomu. Šíření světla – rozptyl, odraz, lom. Skla, disperze, duha. hranoly, zrcadla.
- Geometrická teorie zobrazování. Paraxiální prostor. Kulová plocha, čočky, zrcadla, základní body optické soustavy, grafické řešení zobrazování.
- Maticová optika.
- Omezení paprsků, apertury, clony, telecentrické soustavy, rozlišení.
- Optické vady I – barevná vada, aberační funkce, Seidlovy koeficienty. Otvorová vada, koma.
- Optické vady II – astigmatismus, zklenutí, korekce. Maticový zápis, trasování paprsků.
- Optické přístroje – oko, mikroskopy, teleskopy, spektrometry.
- Základy z teorie interference a koherence světla. Podmínky koherence. Interferenční zákon pro dvě částečně koherentní vlny.
- Dvousvazková a mnohosvazková interference světla a jejich příklady.
- Základy z teorie difrakce světla. Huygensův-Fresnelův princip. Fresnelova a Fraunhoferova difrakce. Příklady.
Laboratorní cvičení
26 hod., povinná
Osnova
1. Polarizace
2. Difrakce
3. Práce s goniometrem
4. Vlastnosti tlustých čoček
5. Fotometrie
6. Vláknová optika
7. Rychlost světla
8. Základní optické přístroje
9. LCD (display z kapalných krystalů)
10. Interference
Cvičení
26 hod., povinná
Osnova
1. Maxwellovy rovnice, diferenciální operátory.
2. Vlnová rovnice a její řešení. Helmholtzova rovnice.
3. Polarizace světla. Malusův zákon.
4. Odvození eikonálové rovnice. Řešení paprskové rovnice pro jednoduchá prostředí.
5. Fresnelovy vztahy a jejich důsledky.
6. Paraxiální optika – zobrazování. Zobrazovací rovnice, znaménková konvence, určení základních parametrů optické soustavy.
7. Příklady na zobrazování (zrcadla, tenká a tlustá čočka, sestava čoček).
8. Barevná a sférická vada.
9. Jednoduché optické přístroje – příklady na zobrazování.
10. Test.
11. Vlnová optika – interference.
12. Fraunhoferova difrakce na různých otvorech.
13. Zápočtová písemka.