Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Podstawy fotoniki
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:
brak
Semestr nominalny:
5 / rok ak. 2018/2019
Liczba punktów ECTS:
5
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
1) Liczba godzin bezpośrednich: 64, w tym: • Wykład: 45 godz. • Laboratorium: 15 godz. • Konsultacje -2 godz. • Egzamin – 2 godz. 2) Praca własna studenta: • Studia literaturowe: 20 godz. • Przygotowanie do egzaminu: 15 godz. • Przygotowanie do zajęć laboratoryjnych: 15 godz. • Opracowanie sprawozdań: 10 godz. Razem: 124 godz. = 5 ECTS
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
2,5 punktu ECTS - Liczba godzin bezpośrednich: 64, w tym: • Wykład: 45 godz. • Laboratorium: 15 godz. • Konsultacje -2 godz. • Egzamin – 2 godz.
Język prowadzenia zajęć:
polski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
1,5 punktu ECTS - Liczba godzin bezpośrednich: 40, w tym: • Laboratorium: 15 godz. • Przygotowanie do zajęć laboratoryjnych: 15 godz. • Opracowanie sprawozdań: 10 godz.
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład45h
  • Ćwiczenia0h
  • Laboratorium15h
  • Projekt0h
  • Lekcje komputerowe0h
Wymagania wstępne:
Podstawy optyki (kurs fizyki), optomechatroniki i informatyki
Limit liczby studentów:
30
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. Postulaty skalarnego modelu optyki falowej. Funkcja falowa. Gęstość mocy. Promieniowanie koherentne: fale monochromatyczne – reprezentacja zespolona, fale elementarne i przyoosiowe. Interferencja. Opis teoretyczny 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. Interferencja wielopromieniowa. Podstawy fizyczne. Interferometr Fabry-Perot’a ze źródłem rozciągłym i punktowym. Optyka cienkich warstw. Podstawy fizyczne. Pokrycia wielowarstwowe rozjaśniające i o wysokim współczynniku odbicia. Elementy światłodzielące, filtry interferencyjne, zwierciadła dichroiczne. Dyfrakcja światła. Dyfrakcja Fraunhofera i Fresnela. Optyczne przekształcenie Fouriera. Wybrane zastosowania – dyfrakcja na przedmiotach o symetrii kołowej i przestrzennie okresowych. Propagacja promieniowania przez układ optyczny w ujęciu falowym. Analiza falowa koherentnych układów optycznych. Transformacje fazowe i sygnałowe. Odwzorowanie w oświetleniu koherentnym. Odwzorowanie holograficzne. Statystyczne właściwości promieniowania: intensywność, koherencja czasowa i przestrzenna. Interferencja w świetle częściowo koherentnym. Pomiar stopnia koherencji. Odwzorowanie w oświetleniu częściowo koherentnym. Propagacja światła częściowo koherentnego. Obrazowanie w oświetleniu niekoherentnym. Kryteria zdolności rozdzielczej. Polaryzacja i optyka kryształów. Opis geometryczny i opisy macierzowe (Jonesa i Stokesa) polaryzacji światła i ich zastosowania. Analiza dowolnego stanu polaryzacji. Odbicie i załamanie na granicy dwóch ośrodków – wzory Fresnela Polaryzatory. Ośrodki anizotropowe. Przejście światła przez ośrodek anizotropowy. Elementy układów polaryzacyjnych: polaryzatory, płytki opóźniające, kompensatory. Interferometria w świetle spolaryzowanym. Elastooptyka. (L) Zajęcia wstępne; symulacje numeryczne podstawowych zjawisk interferencji, dyfrakcji i polaryza-cji. Badanie wybranych zagadnień dyfrakcji Fraunhofera. Zestawienie i justowanie laserowego układu formowania wiązki. Interferometry z podziałem amplitudy: Fizeau, Twymana-Greena, Macha-Zehndera i Sagnaca. Wybrane zagadnienia dyfrakcji Fresnela: zjawisko samoobrazowania i inter-ferometr Talbota. Achromatyzacja prążków interferencyjnych tworzonych za pomocą zwierciadła Lloyda. Polaryzacyjna metoda zmiany fazy w obrazach prążkowych
Metody oceny:
Wykład – egzamin. Ćwiczenia – ocena punktowa wykonywanego przez studenta ćwiczenia obejmująca sprawdzian ustne/pisemne weryfikujący przygotowanie się studenta do laboratorium, ocena przeprowadzanego w trakcie ćwiczeń eksperymentu, ocena sprawozdania.
Egzamin:
tak
Literatura:
R. Jóźwicki, Podstawy inżynierii fotonicznej, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2006 K. Gniadek, Optyczne przetwarzanie informacji, PWN, Warszawa 1992 K. Patorski, M. Kujawińska, L. Sałbut, Interferometria laserowa z automatyczną analizą obrazu, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2005 B.E.A. Saleh, M.C. Teich, Fundamentals of Photonics, Wiley & Sons, Inc. New York 1991 D. Goldstein, Polarized Light, Marcel Dekker, New York 2003
Witryna www przedmiotu:
studenci otrzymują CD z wykładem
Uwagi:

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Efekt FOT_w01
Zna podstawowe prawa interferencji i potrafi dobrać układ interferometru do zadania pomiarowego
Weryfikacja: Egzamin, kolokwia laboratoryjne
Powiązane efekty kierunkowe: K_W02, K_W18
Powiązane efekty obszarowe: T1A_W01, T1A_W05
Efekt FROT_w02
Zna podstawowe zagadnienia dyfrakcji i potrafi je wykorzystać do celów pomiarowych i testowych
Weryfikacja: Egzamin, kolokwia labpratoryjne
Powiązane efekty kierunkowe: K_W02, K_W18
Powiązane efekty obszarowe: T1A_W01, T1A_W05
Efekt FOT_w03
Potrafi scharakteryzować odwzorowanie optyczne o oświetleniu koherentnym i niekoherentnym
Weryfikacja: Egzamin, kolokwia laboratoryjne
Powiązane efekty kierunkowe: K_W02, K_W18
Powiązane efekty obszarowe: T1A_W01, T1A_W05
Efekt FOT_w04
Zna podstawowe zjawiska w świetle spolaryzowanym i potrafi je wykorzystać w praktyce inżynierskiej
Weryfikacja: Egzamin, kolokwia laboratoryjne
Powiązane efekty kierunkowe: K_W02, K_W18
Powiązane efekty obszarowe: T1A_W01, T1A_W05
Efekt FOT_w05
Potrafi zaproponować interferometr pracujący w świetle spolaryzowanym do badań obiektów fazowych
Weryfikacja: Egzamin, kolokwia laboratoryjne
Powiązane efekty kierunkowe: K_W02, K_W18
Powiązane efekty obszarowe: T1A_W01, T1A_W05
Efekt FOT_w06
Potrafi wybrać układ elastooptyczny do badań zagadnień wytrzymałościowych i materiałowych
Weryfikacja: Egzamin, kolokwia labpratoryjne
Powiązane efekty kierunkowe: K_W02, K_W18
Powiązane efekty obszarowe: T1A_W01, T1A_W05

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Efekt FOT_U01
Zna podstawową literaturę naukową i inżynierską z zakresu optyki i fotoniki
Weryfikacja: Egzamin, kolokwia laboratoryjne
Powiązane efekty kierunkowe: K_U01, K_U05, K_U07, K_U11, K_U12
Powiązane efekty obszarowe: T1A_U01, T1A_U05, T1A_U09, T1A_U02, T1A_U08, T1A_U09, T1A_U16
Efekt FOT_u02
Potrafi wyjasnic zasadę działania wybranych urządzeń optycznych i fotonicznych
Weryfikacja: Egzamin, kolokwia laboratoryjne
Powiązane efekty kierunkowe: K_U01, K_U05, K_U12
Powiązane efekty obszarowe: T1A_U01, T1A_U05, T1A_U16

Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne

Efekt FOT_k01
Potrafi pracować w zespole podczas prowadzenia doświadczeń i wnioskowania
Weryfikacja: Egzamin, kolokwia laboratoryjne
Powiązane efekty kierunkowe: K_K01, K_K03
Powiązane efekty obszarowe: T1A_K01, T1A_K02, T1A_K07
Efekt FOT_k02
Potrafi integrować wiedzę mechatroniczną i optyczną
Weryfikacja: Egzamin, kolokwia laboratoryjne
Powiązane efekty kierunkowe: K_K01, K_K03
Powiązane efekty obszarowe: T1A_K01, T1A_K02, T1A_K07