Detail předmětu

Quantum and Laser Electronics

FEKT-MPA-KVEAk. rok: 2026/2027

Studenti se seznámí se základními postuláty kvantové mechaniky, Schrödingerovou rovnicí, vlnovou funkcí, principem neurčitosti, statistickou termodynamikou, vzájemným působením záření a látky, základními vlastnostmi laserového záření, principem funkce a vlastnostmi laserů, detekcí laserového záření, účinky laserového záření na lidský organismus a využitím laserů v lékařství, průmyslu a telekomunikacích. Studenti získají přehled o elektromagnetické spektroskopii a elektronové a optické mikroskopii. V individuálním projektu studenti budou řešit konkrétní aplikace laseru.

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

5

Garant předmětu

doc. Ing. Lucie Hudcová, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav radioelektroniky (UREL)

Nabízen zahraničním studentům

Pouze domovské fakulty

Vstupní znalosti

Jsou požadovány znalosti na úrovni bakalářského studia.

Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby znalé pro samostatnou činnost“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

 

Způsob zakončení předmětu a pravidla hodnocení studentů

Hodnotí se: 2 nepovinné testy (až 10 bodů za oba testy), 5 povinných laboratorních úloh (až 10 bodů, minimálně je potřeba 5 bodů). Zkouška má povinnou písemnou část (až 60 bodů, minimálně je potřeba 30 bodů).  Projekt je hodnocen maximálně 20 body.  Obsah zkoušky odpovídá anotaci předmětu. 


Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty se základy kvantové a laserové elektroniky, kvantovou teorií a statistickou termodynamikou, objasnit interakci záření a látky, ukázat speciální vlastnosti laserového záření a vysvětlit princip funkce laserů. Dalším cílem je seznámit studenty s druhy laserů, jejich parametry a použitím, rozebrat účinky laserového záření na lidský organismus a ukázat využití laserů v lékařství, průmyslu a telekomunikacích. Studenti se také seznámí s principem elektromagnetické spektroskopie, elektronovou a optickou mikroskopií a pokročilými fotonickými systémy.
Absolvent předmětu bude schopen: (a) popsat základní principy kvantové teorie a statistické termodynamiky; (b) popsat interakci záření a látky; (c) vysvětlit princip funkce laseru; (d) porovnat jednotlivé druhy laserů a diskutovat jejich výhody a nevýhody; (e) popsat účinky laserového záření na lidský organismus; (f) vyjmenovat a popsat využití laserů v praxi; (g) popsat a vysvětlit principy elektromagnetické spektroskopie; (h) popsat princip funkce a porovnat elektronové a optické mikroskopy.

Základní literatura

Murphy, D., B., Davidson, M., W.: Fundamentals of Light Microscopy and Electronic Imaging. Wiley-Blackwell, 2012. ISBN 978-0471692140. (EN)
Saleh, B., E., Teich, M., C.: Fundamentals of photonics. Wiley , 2012. ISBN 978-8126537747. (EN)
Uysal, M., Capsoni, C., Ghassemlooy, Z., Boucouvalas, A., C., Udvary E.: Optical Wireless Communications: An Emerging Technology (Signals and Communication Technology). Springer 2016. ISBN 978-3319302003 (EN)

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPAD-BIO magisterský navazující 1 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
  • Program MPA-EEN magisterský navazující 1 ročník, zimní semestr, povinně volitelný, základní teoretický předmět profilujícího základu
  • Program MPA-BIO magisterský navazující 2 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
  • Program MPA-NCP magisterský navazující 1 ročník, zimní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Lucie Hudcová, Ph.D.

Osnova

1. Historie kvantové a laserové elektroniky.
2. Elementární částice a jejich vlastnosti.
3. Struktura hmoty a statistická termodynamika.
4. Interakce záření a látky.
5. Optické rezonátory.
6. Teorie laseru.
7. Teorie laserových diod a LED.
8. Plynové, pevnolátkové a kapalinové lasery.
9. Vláknové a polovodičové lasery.
10. Elektromagnetická spektroskopie.
11. Elektronová a optická mikroskopie.
12. Pokročilé fotonické systémy.
13. Aplikace laserové a kvantové elektroniky. 

Cvičení odborného základu

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Lucie Hudcová, Ph.D.

Osnova

    1. Index lomu prostředí, statistická analýza
    2. Optická intenzita, optický výkon
    3. Polarizace optického záření
    4. Jevy v kvantové a laserové elektronikce
    5. Elementární částice
    6. Statistická termodynamika
    7. Návrh rezonátoru 1
    8. Návrh rezonátoru 2
    9. 3H lasery
    10. 4H lasery
    11. Laserové diody a LED
    12. Fotonické systémy
 

Laboratorní cvičení

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Lucie Hudcová, Ph.D.

Osnova

1 Měření energetických vlastností záření polovodičového laseru
2 Měření vlnové délky laserového záření
3 Měření šířky laserového svazku a poloměru křivosti vlnoplochy laserového svazku
4 Měření světelné charakteristiky laserové diody a LED
5 Bezpečnost práce při manipulaci se zdroji laserového záření

Individuální příprava na cvičení

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Lucie Hudcová, Ph.D.

Osnova

Samostatné studium podkladů k tématu cvičení; příprava výpočtů, návrhů a postupů pro řešení praktických úloh; studium návodů a technické dokumentace; průběžná příprava na ověření znalostí.

 

Individuální příprava na laboratoře

13 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Lucie Hudcová, Ph.D.

Osnova

Samostatné studium principů a návodů k laboratorní úloze; seznámení s pracovním postupem, vybavením a bezpečnostními požadavky; příprava potřebných výpočtů a podkladů pro provedení a vyhodnocení úlohy.

  

Individuální příprava na závěrečnou zkoušku

30 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Lucie Hudcová, Ph.D.

Osnova

Samostatné opakování a systematizace učiva probraného během semestru; studium výukových materiálů; procvičování teoretických znalostí a praktických dovedností; řešení vzorových úloh a komplexní příprava na závěrečnou zkoušku. 

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz