Fakulta informačních technologií VUT v Brně

Detail předmětu

Fyzikální optika

FYO Ak. rok 2013/2014 letní semestr 5 kreditů

Vlnění, vlnová rovnice, superpozice vln. Elektromagnetické vlny, odraz vln, Fresnelovy vztahy. Koherence, interferenční jevy, interferometry. Difrakční jevy, štěrbiny, mřížky. Holografie, holografický kód, rekonstrukce optického pole. Průchod světla prostředím. Disperze. Absorpce. Rozptyl světla. Tepelné záření těles. Zdroje a detektory světla. Zobrazovací systémy. Výpočet chodu paprsků, maticová reprezentace. DeBrogliova vlna. Schrödingerova rovnice. Lasery. Luminiscence, fluorescence. Kvantová optika.

Garant předmětu

Jazyk výuky

česky

Zakončení

zkouška (písemná)

Rozsah

26 hod. přednášky, 13 hod. cvičení, 13 hod. projekty

Bodové hodnocení

60 zkouška, 10 půlsemestrální test, 30 projekty

Zajišťuje ústav

Přednášející

Cvičící

Získané dovednosti, znalosti a kompetence z předmětu

Studenti se naučí základním znalostem z oblasti fyzikální optiky potřebným pro obor počítačové grafiky. Rozšíří si obecnou znalost optiky a seznámí se s aspekty moderní optiky. Naučit se též aplikovat získané znalosti na konkrétní úlohy fyzikální optiky. Seznámí se i s dalšími fyzikálními principy důležitými pro počítačovou grafiku.

Cíle předmětu

Naučit se základním znalostem z oblasti fyzikální optiky potřebné pro obor počítačové grafiky. Rozšířit obecnou znalost optiky a seznámit studenty s aspekty moderní optiky. Naučit se aplikovat získané znalosti na konkrétní úlohy fyzikální optiky. Seznámit se s dalšími fyzikálními principy důležitými pro počítačovou grafiku.

Požadované prerekvizitní znalosti a dovednosti

Základy fyziky.

Literatura studijní

  • Schroeder, G.: Technická optika, SNTL, Praha, ČR, 1981

Literatura referenční

  • Hecht, E., Zajac, A.: Optics, Addison-Wesley, Reading, UK, 1977, ISBN 0-201-02835-2
  • Saleh, B. E. A, Teich, M. C.: Fundamentals of Photonics, Wiley 2007, USA, 978-0-471-35832-9
  • Halliday, D., Resnick, R., Walker, J.: Fundamentals of Physics, Willey, New York, USA, 1997, ISBN 0-471-10559-7

Osnova přednášek

  1. Vlnění v přírodě a technické praxi: Druhy vln. Konstrukce vlnové funkce. Komplexní amplituda, intenzita vlny. Superpozice vln, stojaté vlny. Fourierova analýza. Ilustrační příklady. Příklady na procvičení.
  2. Interference: Koherentní vlny. Interference dvou a více rovinných vln. Parabolická vlna. Interference parabolických vln. Interference rovinných a parabolických vln. Interferometry. Interference na tenkých vrstvách. Interferenční filtry. Ilustrační příklady. Příklady na procvičení.
  3. Difrakce: Huygensův princip. Difrakce na 1D štěrbině. Rovinná difrakční mřížka. Mřížkový spektroskop. Difrakce na 2D štěrbině. Fraunhoferova difrakce jako Fourierova 2D transformace aperturní funkce. Difrakce na kruhovém otvoru. Rozlišovací schopnost optických přístrojů. Ilustrační příklady. Příklady na procvičení.
  4. Holografie: Průchod vlnoplochy optickými prvky. Komplexní amplitudová propustnost. Průchod vlnoplochy tenkou transparentní destičkou, více destičkami. Průchod vlnoplochy destičkou proměnné tloušťky. Řez rovinnou vlnou. Konstrukce vlny z jejího řezu. Holografický kód. Rekonstrukce předmětové vlny. Mimoosový hologram. Objemový hologram. Ilustrační příklady.
  5. Elektromagnetické vlny: Transport elektromagnetické energie. Polarizace lineární, eliptická, kruhová. Fresnelovy vzorce. Kolmý dopad. Brewsterův úhel, Brewsterovo okno, bezztrátový lom. Mezní úhel, bezztrátový odraz. Fáze vlny při odrazu. Rozhraní dielektrikum - kov. Ilustrační příklady. Příklady na procvičení.
  6. Akustické vlny: Zvuk, jednoduchý a složený tón. Parametry prostředí. Akustický tlak. Rychlost vlny. Intenzita vlny, hladina intenzity, hladina akustického tlaku. Fyziologická akustika, hlasitost. Ultrazvuk a infrazvuk. Ilustrační příklady. Příklady na procvičení.
  7. Paprsková optika: Fermatův princip. Snellovy zákony. Zobrazování odrazem, zrcadla. Zobrazování lomem, lom na kulové ploše. Gaussova rovnice. Tlustá čočka. Optická soustava dvou a více tlustých čoček. Lidské oko. Lupa. Mikroskop. Dalekohledy. Ilustrační příklady. Příklady na procvičení.
  8. Maticová metoda zobrazování: Parametry paprsku. Charakteristická matice optického elementu. Matice jednoduchých optických elementů. Tenká čočka. Optická soustava. Koeficienty charakteristických matic. Kardinální body a roviny. Ilustrační příklady. Příklady na procvičení.
  9. Tepelné záření: Charakteristické veličiny. Absolutně černé těleso. Zákony Planckův, Stefanův - Boltzmannův a Wienův. Zdroje záření ve viditelné oblasti. Světelné veličiny. Ilustrační příklady. Příklady na procvičení.
  10. Fotony, kvantová povaha světla: Experimentální poznatky. Částicová povaha světla, fotony. Difrakce částic. Pravděpodobnostní (deBrogliova) vlna. Schrödingerova rovnice. Stacionární stavy. Výběrová pravidla. Ilustrační příklady. Příklady na procvičení.

Osnova ostatní - projekty, práce

  • Individuálně zadané projekty, předpokládá se, že programátorská část projektu bude konzultována a hodnocena v rámci jiného předmětu (orientovaného programátorsky).

Průběžná kontrola studia

  • Půlsemestrální test - až 10 bodů
  • Projekt - až 30 bodů
  • Písemná zkouška - až 60 bodů

Zařazení předmětu ve studijních plánech

Nahoru