Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Podstawy fotoniki I
Koordynator przedmiotu:
dr inż. Leszek Wawrzyniuk
Status przedmiotu:
Obowiązkowy
Poziom kształcenia:
Studia I stopnia
Program:
Mechatronika
Grupa przedmiotów:
Obowiązkowe
Kod przedmiotu:
PTF1
Semestr nominalny:
7 / rok ak. 2019/2020
Liczba punktów ECTS:
5
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
1) Liczba godzin bezpośrednich (45h): a) Wykład: 36h, b) Egzamin: 3h, c) Konsultacje: 6h 2) Liczba godzin pracy własnej studenta (80h): a) studia literaturowe 40h, b) przygotowanie do egzaminu: 40h, RAZEM 125h (5 ECTS).
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
2 punkty ECTS - liczba godzin bezpośrednich (45h): a) Wykład: 36h, b) Egzamin: 3h, c) Konsultacje: 6h,
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:
  • Wykład45h
  • 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.
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 falowodach, 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

Charakterystyka PTF1_nst_W01
Zna podstawowe prawa interferencji i dyfrakcji oraz potrafi dobrać układ wykorzystujące oba zjawiska do wyznaczonego zadania pomiarowego
Weryfikacja: egzamin końcowy
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W02, K_W18
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG.o
Charakterystyka PTF1_nst_W02
Zna podstawowe zjawiska fizyczne leżące u podstaw działania laserów, budowę podstawowych typów laserów oraz własności generowanego promieniowania
Weryfikacja: Egzamin końcowy
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W18, K_W02, K_W12
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG.o, III.P6S_WG
Charakterystyka PTF1_nst_W03
Zna właściwości materiałów stosowanych w konstrukcji elementów optycznych i optoelektronicznych
Weryfikacja: Egzamin końcowy
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W15
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG.o, III.P6S_WG

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Charakterystyka PTF1_nst_U01
Potrafi wyjasnic zasadę działania wybranych urządzeń optycznych i fotonicznych
Weryfikacja: Egzamin końcowy
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U01, K_U05, K_U12
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UW.o, I.P6S_UK, I.P6S_UO, I.P6S_UU, III.P6S_UW.o

Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne

Charakterystyka PTF1_nst_K01
Potrafi dostrzec korzyści płynące ze stosowania nowoczesnych i zaawansowanych rozwiązań technicznych w różnych gałęziach inżynierii
Weryfikacja: Egzamin końcowy
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_K01, K_K03
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_KK, I.P6S_KO, I.P6S_KR