Detail předmětu

Vlnová optika

FSI-TVOAk. rok: 1999/2000

Část předmětu věnovaná interferenci světla je zaměřena především na interferometrii a problematiku interferenčního experimentu.Jsou vyloženy a prakticky dokumentovány: koherence světla,kontrast interferenčního obrazce, lokalizace interferenční strukturya interpretace interferogramů získaných klasickou i holografickouinterferenční metodou. Hlavní náplní části věnované difrakci je výklad difrakčního integrálu a jeho použití k výpočtu rozloženíintenzity a fáze v difrakčních obrazcích Fresnelovaa Fraunhoferova typu. Difrakční integrál je odvozen třemi způsoby:a) superpozicí rovinných vln,b) intuitivně z Huygensova-Fresnelova principu,c) z vlnové rovnice pomocí vět integrálního počtu funkcí dvou a více proměnných. Podrobně je též odvozena Rubinowiczova reprezentace okrajové vlny. Součástí cvičení jsou demonstrace difrakčních a interferenčních jevů v laboratořích.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc.

Zajišťuje ústav

Ústav fyzikálního inženýrství (ÚFI)

Výsledky učení předmětu

1. Znalost teorie optických interferenčních a difrakčních jevů.
2. Experimentální erudice pro práci v laboratoři optické interferometrie
a difrakce.
3. Schopnost detailní interpretace difrakčních a interferenčních jevů.

Způsob a kritéria hodnocení

Podmínka k udělení zápočtu: Aktivní účast na cvičeních.
Zkouška: Písemná zkouška z části interference. Ústní zkouška
z části difrakce světla.

Učební cíle

Úkolem předmetu je vytvořit solidní znalosti interferencního jevu a
skalární teorie difrakce a jejích aplikací.

Základní literatura

Born M., Wolf E.: Principles of Optics. 7th ed. Cambridge University Press 1999.
Sommerfeld A.: Optik. 2. Auflage. Akademische Verlagsgesellschaft Geest & Portig K.-G., Leipzig 1959. (Též Optics. Academic Press, New York 1954.)
Zacharevskij A. N.: Inteferometry. Gosudarstvěnnoje izdatěľstvo oboronnoj promyšlennosti, Moskva 1952.

Doporučená literatura

Saleh B. E. A., Teich C.: Základy fotoniky 1. Matfyzpress, Praha 1994.
Iizuka K.: Engineering Optics. 2nd ed. Springer Verlag., Berlin 1987.
Komrska J.: Vlnová optika, část Difrakce světla. Akademické nakladatelství CERM, s.r.o., Brno 2004.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program M2301-5 magisterský

    obor , 1. ročník, zimní semestr, povinný
    obor , 1. ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

28 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc.

Osnova

Interference světla
1. Rozdělení intenzity v oblasti superpozice dvou rovinných
monochromatických vln stejné frekvence. Šířka interferenčního
proužku. Kontrast interferenční struktury. Youngův experiment.
Šířka proužků. Vliv velikosti použitého zdroje na interferenční
strukturu. Interference v bílém světle.
2. Interference světla pomocí Fresnelových zrcadel. Šířka
interferenčních proužků. Vliv velikosti zdroje na kontrast
interferenčních kroužků. Interference na vrstvě. Planparalelní
destička. Klínová vrstva. Proužky stejného sklonu. Proužky
stejné tloušťky.
3. Citlivost interferenčních metod. Lokalizace interferenčních proužků.
Diskuse lokalizace při interferenci na vrstvě.
4. Michelsonův interferometr. Ekvivalence s interferencí odrazem
na tenké vrstvě. Použití interferometru
k odměřování délek, ke zjišťování kvality ploch. Mikrointerferometr.
Machův-Zehnderův interferometr. Vizualizace fázových objektů.
5. Mnohasvazkový interferometr. Fabryův-Perotův interferometr. Spektroskopie
s vysokou rozlišovací schopností. Laserové optické rezonátory.
6. Holografická interferometrie. Vizualizace fázových objektů. Zjišťování
malých deformací a malých posunutí objektů s difusním povrchem.
7. Koherenční zrnitost. Její použití.
Difrakce světla
1. Vlnová rovnice a její řešení ve tvaru rovinných a sférických vln.
Harmonické vlny, komplexní notace. Helmholtzova rovnice,
paraxiální Helmholtzova rovnice, Fresnelova aproximace kulové vlny.
2. Difrakční integrál odvozený superpozicí rovinných vln.
3. Fresnelova difrakce. Fresnelův propagátor. Fresnelovy integrály.
Cornuova spirála. Lommelovy funkce. Typické Fresnelovy difrakční
jevy: difrakce na nepropustné polorovině, vlákně, štěrbině,
obdélníkovém otvoru, kruhovém otvoru, kruhové překážce.
4. Fraunhoferova difrakce. Typické Fraunhoferovy difrakční jevy: difrakce
na štěrbině, kruhovém otvoru, soustavě identických a stejně orientovaných
otvorů.
5. Huygensův-Fresnelův princip. Intuititivní formulace. Odvození z vlnové
rovnice pomocí vět integrálního počtu funkcí více proměnných.
6. Okrajová vlna. Rubinowiczova reprezentace. Fraunhoferova difrakce
a její souvislost s okrajovou vlnou. Abbeova transformace a Abbeova věta.
7. Historie teorie difrakce.

Cvičení odborného základu

14 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc.

Laboratorní cvičení

14 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc.