You are hereOPTU

OPTU


Předmět: Optika

Katedra/Zkratka: OPT/OPTU

Rok: 2017

Garant: 'Mgr. Jan Říha, Ph.D.', 'RNDr. Ivo Vyšín, CSc.'

Anotace: Cílem tohoto modulu je seznámení studentů se základy paprskové a vlnové optiky jako dvou základních oborů optiky, které jsou založeny na použitých metodách zkoumání optických jevů a procesů. Studenti by měli pochopit principy aplikací těchto oborů na řešení optických problémů, jejich přednosti a případné nedostatky, a především jejich vzájemnou souvislost. Měli by získat přehled o praktických aplikacích optiky a o aplikacích optiky v jiných fyzikálních a přírodovědných oborech.

Přehled látky:
1. Historický úvod, dělení optiky podle metod zkoumání. Pojem zobrazení na základě paprskové optiky. 2. Paraxiální vlastnosti optické soustavy. Propočet průchodu poledníkového paprsku sférickou plochou, paraxiální zobrazovací rovnice pro soustavou lámavých sférických ploch. Zvětšení optických soustav. Základní body a roviny optické soustavy, pravidla pro významné paprsky. Významné délky - polohy základních bodů, ohniskové vzdálenosti optické soustavy. Zobrazovací rovnice. 3. Omezení paprskových svazků v optické soustavě. 4. Optické vady soustavy, jejich projev, rozdělení a základní charakteristiky. 5. Optické soustavy základních optických přístrojů z hlediska paprskové optiky. Lupa, mikroskop, dalekohled. 6. Fotometrie. Základní fotometrické pojmy a veličiny. Jednotky a měření fotometrických veličin. 7. Vlnová optika. Podstata a šíření světla z pohledu Maxwellovy teorie elektromagnetického pole. 8. Difrakce světla. Fresnelova a Fraunhoferova difrakce, jejich projevy. 9. Interference světla. Interferometry. Princip holografie. 10. Optické jevy v anizotropních prostředích, optické krystaly. Obsah cvičení: 1. Paraxiální zobrazovací rovnice pro soustavou lámavých sférických ploch - výpočet polohy obrazu, ohnisek a hlavních bodů, ohniskové vzdálenosti, příčného, úhlového a osového zvětšení. 2. Soustava tenkých čoček - řešení úloh. 3. Stigmatické zobrazení - výpočet Descarteových ploch. 4. Základní optické přístroje z hlediska paprskové optiky - řešení úloh. 5. Úlohy z fotometrie - výpočet svítivosti, osvětlení, zářivosti a jasu. 6. Polarizace světla - diskuse typů polarizace, příklady. 7. Odraznost a propustnost rozhraní - výpočet pro dopad pod Brewsterovám úhlem, kolmý a tečný dopad. 8. Výpočet Fraunhoferovy difrakce na obdélníkovém otvoru. 9. Optické jevy v anizotropních prostředích - výpočet plochy indexu lomu pro jednoosé a dvojosé krystaly. Náplň praktických cvičení: 1. Měření ohniskové vzdálenosti objektivů. Porrova metoda měření, metoda Besselova, jejich využití pro měření ohniskové vzdálenosti snímacích objektivů. 2. Měření indexu lomu skla goniometrem metodou měření minimální odchylky svazku světla (Fraunhoferovou metodou). 3. Měření hlavních parametrů dalekohledů. Měření polohy a velikosti vstupní a výstupní pupily. Měření zvětšení dalekohledu. Měření velikosti zorného pole. Měření rozlišovací meze. 4. Měření hlavních parametrů mikroskopů. Měření polohy a velikosti výstupní pupily. Měření číselné apertury objektivu mikroskopu. Měření velikosti zorného pole mikroskopu. Měření zvětšení mikroskopu. 5. Měření rozlišovací schopnosti snímacích objektivů. 6. Světlo a barva. Vnímání barev, měření barev. Barevné modely. Skládání barev. 7. Spektrální analýza zdrojů záření. Spektrální fotometry. Spektrální analýza zdrojů bílého světla. 8. Interference světla. Demonstrace interference pomocí stavebnice interferometrů. Využití stavebnice interferometrů pro sestavení interferometrů různých typů (Mach - Zenderova, Twyman - Greenova, Fizeauova, střihového interferometru Murtyho). Počítačová simulace interference a interferenčních polí. 9. Ohyb světla. Demonstrace Fraunhoferovy a Fresnelovy difrakce pomocí soustavy optických prvků a digitální kamery na optické lavici. Počítačová simulace difrakce. 10. Polarizace světla. Pokusy s polarizovaným světlem - demonstrace Malusova zákona, interference s polarizovaným světlem, průchod světla dvojlomným krystalem, vliv anizotropní vrstvy mezi dvěma zkříženými polarizátory, zviditelnění vnitřního napětí v průhledných materiálech (fotoelasticimetrie), polarizace odrazem při dopadu pod Brewsterovým úhlem.