- Nazwa przedmiotu:
- Podstawy fotoniki I
- Koordynator przedmiotu:
- Prof. dr hab. inż. Krzysztof Patorski, prof. zwyczajny PW
- Status przedmiotu:
- Obowiązkowy
- Poziom kształcenia:
- Studia I stopnia
- Program:
- Mechatronika
- Grupa przedmiotów:
- Obowiązkowe
- Kod przedmiotu:
- PTF1
- Semestr nominalny:
- 7 / rok ak. 2014/2015
- Liczba punktów ECTS:
- 5
- Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
- 1) Liczba godzin bezpośrednich (46h):
a) Wykład: 36h,
b) Egzamin: 5h,
c) Konsultacje: 5h
2) Liczba godzin pracy własnej studenta (40h):
a) Opracowanie prezentacji na wybrany temat fotoniczny: 20h,
b) Przygotowanie do egzaminu: 60h,
RAZEM 126h (5 ECTS).
- Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
- 2 punkty ECTS - liczba godzin bezpośrednich (46h):
a) Wykład: 36h,
b) Egzamin: 5h,
c) Konsultacje: 5h,
- Język prowadzenia zajęć:
- polski
- Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
- 0 ECTS
- Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
-
- Wykład540h
- Ćwiczenia0h
- Laboratorium0h
- Projekt0h
- Lekcje komputerowe0h
- Wymagania wstępne:
- Fizyka 1 i 2 (podstawy optyki);
Optomechatronika;
Propedeutyka informatyki;
Podstawy automatyki;
Robotyka;
- Limit liczby studentów:
- wykład - bez ograniczeń
- Cel przedmiotu:
- Poznanie związków między dziedzinami fotoniki: optyką geometryczną, falową elektromagnetyczną i kwantową; podstaw teoretycznych tych dziedzin; ich miejsca w nauce
i technice; przykładowych zastosowań w przyrządach optycznych i fotonicznych. Zapoznanie z praktyką numeryczną i laboratoryjną.
- Treści kształcenia:
- (W) Wprowadzenie. Optyka, elektronika i fotonika. Związki między głównymi dziedzinami fotoniki. Opisy światła. Interferencja. Opis interferencji dwuwiązkowej. Interferometryczne kodowanie i dekodowanie informacji z zastosowaniem jednej i dwóch długości fali. Podstawowe konfiguracje interferometrów. Interferometry z wiązką odniesienia i repliką wiązki przedmiotowej. Przykłady zastosowań: pomiary odchyłek kształtu, niejednorodności materiałów optycznych i jakości elementów optycznych. Dyfrakcja światła. Dyfrakcja Fraunhofera i Fresnela. Kryteria zdolności rozdzielczej. Polaryzacja i optyka kryształów. Opis geometryczny polaryzacji światła. Elementy układów polaryzacyjnych: polaryzatory, płytki opóźniające.
Podstawowe elementy optyczne: soczewki , zwierciadła, płytki i pryzmaty. Podstawowe przyrządy optyczne: luneta, mikroskop, układ projekcyjny i fotograficzny.
Mikrooptyka dyfrakcyjna i refrakcyjna: soczewki GRIN, mikrosoczewki, projektowanie elementów dyfrakcyjnych i holograficznych. Aktywność optyczna: nieliniowość optyczna, akustooptyka, przestrzenne modulatory światła. Technika światłowodowa i falowodowa: podstawy, propagacja w światłowodach i falowodoach, typy światłowodów, elementy toru światłowodowego, sprzęgacze, złącza światłowodowe i światłowody fotoniczne.
Technika laserowa. Wprowadzenie. Zasada działania lasera. Rezonatory i modowość wiązki lasera: mody poprzeczne; wiązka gaussowska i jej parametry; podstawowe typy rezonatorów; mody podłużne - widmo promieniowania, filtracja modów. Techniki impulsowe: kształt impulsu przy swobodnej generacji, modulacja dobroci, synchronizacja modów (generacja impulsów femtosekundowych). Podstawowe typy laserów: gazowe, jonowe, molekularne, na ciele stałym, półprzewodnikowe, włóknowe, Wybrane zastosowania techniki laserowej. Praca z laserami - BHP. Normy.
Materiały w fotonice. Rodzaje, charakterystyka, zastosowanie. Technologia wytwarzania elementów optycznych. Specyfika wymagań podstawowych elementów optycznych i mikrooptycznych. Struktura procesu technologicznego. Przegląd technologii wytwarzania elementów optyki refrakcyjnej i dyfrakcyjnej, optyki planarnej i zintegrowanych struktur fotonicznych.
Techniki pozyskiwania obrazów: percepcja wizualna, tworzenie, akwizycja i reprezentacja obrazów w wersji analogowej i cyfrowej. Przygotowanie sceny do akwizycji. Podstawy radiometrii i fotometrii. Optyczne systemy wizualizujące obiekty 2D i 3D. Analiza pełnej drogi od źródła do detektora. Detektory obrazowe (analogowe i cyfrowe). Przegląd komercyjnych systemów pozyskiwania informacji obrazowej o obiektach 2D i 3D (kamery CCD i CMOS, systemy stereowizyjne, oświetlenia strukturalnego, tomograficzne, skanery). Analiza i rozpoznawanie obrazu: Architektura systemu widzenia maszynowego. Podstawowy sprzęt dla potrzeb przetwarzania obrazu. Próbkowanie i kwantyzacja obrazu. Metody polepszania jakości obrazu. Dwuwymiarowa filtracja cyfrowa w płaszczyźnie obrazu i częstości przestrzennych. Metody segmentacji obrazu i opisu kształtu obiektów 2D. Klasyfikacja i rozpoznanie obiektów (wektory cech). Analiza obiektów barwnych. Metody analizy obiektów w ruchu. Metody analizy obiektów 3D (metody fotogrametryczne, fazowe i tomograficzne). Kompresja obrazu. Standardy JPEG i MPEG. Formaty plików graficznych.
- Metody oceny:
- (W) Egzamin
- Egzamin:
- tak
- Literatura:
- R. Jóźwicki, Podstawy inżynierii fotonicznej, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2006;
K. Patorski, M. Kujawińska, L. Sałbut, Interferometria laserowa z automatyczną analizą obrazu, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2005;
R.Jóźwicki, Technika laserowa i jej zastosowania, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2009;
A. Szwedowski, Materiałoznawstwo optyczne i optoelektroniczne, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1996;
A. Szwedowski, R. Romaniuk, Szkło optyczne i fotoniczne. Właściwości techniczne. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 2009;
J. Dziuban, Technologia i zastosowanie mikromechanicznych struktur krzemowych i krzemowo-szklanych w technice mikrosystemów, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2012.
R.Tadeusiewicz, R. Korohoda, Komputerowa analiza i przetwarzanie obrazów, Wydawnictwa Fundacji Postępu Telekomunikacji, Kraków 1997.
- Witryna www przedmiotu:
- brak
- Uwagi:
Efekty uczenia się
Profil ogólnoakademicki - wiedza
- Efekt PTF1_nst_W01
- Zna podstawowe prawa interferencji i dyfrakcji oraz potrafi dobrać układ wykorzystujące oba zjawiska do wyznaczonego zadania pomiarowego
Weryfikacja: egzamin końcowy
Powiązane efekty kierunkowe:
K_W02, K_W18
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_W01, T1A_W05
- Efekt PTF1_nst_W02
- Zna podstawowe zjawiska fizyczne leżące u podstaw działania laserów, budowę podstawowych typów laserów oraz własności generowanego promieniowania
Weryfikacja: Egzamin końcowy
Powiązane efekty kierunkowe:
K_W02, K_W12, K_W18
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_W01, T1A_W02, T1A_W05
- Efekt PTF1_nst_W03
- Zna właściwości materiałów stosowanych w konstrukcji elementów optycznych i optoelektronicznych
Weryfikacja: Egzamin końcowy
Powiązane efekty kierunkowe:
K_W15
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_W02
Profil ogólnoakademicki - umiejętności
- Efekt PTF1_nst_U01
- Potrafi wyjasnic zasadę działania wybranych urządzeń optycznych i fotonicznych
Weryfikacja: Egzamin końcowy
Powiązane efekty kierunkowe:
K_U01, K_U05, K_U12
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_U01, T1A_U05, T1A_U16
Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne
- Efekt PTF1_nst_K01
- Potrafi dostrzec korzyści płynące ze stosowania nowoczesnych i zaawansowanych rozwiązań technicznych w różnych gałęziach inżynierii
Weryfikacja: Egzamin końcowy
Powiązane efekty kierunkowe:
K_K01, K_K03
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_K01, T1A_K02, T1A_K07