Електромагнітні хвилі в анізотропних середовищах.

Вплив анізотропного розподілу елементарних випромінювачів на оптичні властивості середовища. Явища дихроїзму та подвійного променезаломлення. Тензор діелектричної проникності для ТЕМ хвиль в анізотропному середовищі. Еліпсоїд хвильових нормалей та променів. Рівняння хвильових нормалей та променів. Одновісні та двовісні кристали. Застосування принципу Гюйгенса для кристалів з однією віссю. Головна площина, звичайний та незвичайний промені.

Способи отримання лінійно поляризованого світла. Закон Малюса. Поляризаційні призми, поляроїди, поляризаційні стопи, інтерференційні поляризатори. Оптичні копенсатори та фазові пластинки. Інтерференційні явища в поляризованому світлі. Штучна анізотропія та її використання, ефекти Кера та Покельса. Явище Фарадея, природна оптична активність.

 

ЕЛЕМЕНТИ КВАНТОВОЇ ОПТИКИ.

Рівноважне випромінювання, закон Кірхгофа. Формула Планка та її зв”язок з формулами Віна, Релея–Джинса та законом Стефана–Больцмана. Основи пірометрії.

Фотоефект та його закономірності. Фотоефект в металах, напівпровідниках та діелектриках. Фотоелектричні прилади.

Фотохімія та її основні закономірності. Фотохімічні процеси в природі, фотосинтез. Фотографічні процеси. Основні властивості фотоемульсії.

Лазери, принцип дії та основні складові елементи. Активне середовище, методи накачування. Розповсюдження світла в середовищі з інверсним заселенням рівнів. Основні характеристики лазерного випромінювання. Застосування лазерів.

 

12. ЕЛЕМЕНТИ НЕЛІНІЙНОЇ ОПТИКИ.

Нелінійна поляризація діелектрика. Явище насичення поглинання в сильному світовому полі. Явище самофокусування, каналізація променів, світловий пробій. Генрація другої оптичної гармоніки. Параметрича ганерація. Вимушене комбінаційне розсіяння та вимушене розсіяння Мандельштама-Бріллюена.

 

ОПТИКА РУХОМИХ СЕРЕДОВИЩ.

Швидкість світла та методи її вимірювання. Експерементальні основи спеціальної теорії відносності. Досліди Фізо та Майкельсона. Ефект Доплера в оптиці. Ефект Саньяка.

 

 

Змістовий модуль 1

Тема 1. ВСТУП.

Лекція 1. Вступ.

Короткий історичний огляд розвитку оптики. Роль оптики в розвитку науки і техніки та у формуванні сучасного світогляду. [1] c.7-10, [2] c.19-31, [3] c.13-25, [4] c.15-22, [5] c.5-9, [6] c.9-16, [14] c.20-30

Око та зір. Основи фотометрії. Зв’язок між енергетичними та світловими одиницями. Фотометричні одиниці. Еталон сили світла. [2] c.132-154, [3] c.43-61, [4] c.211-215, [5] c.34-44, 202-204

Колориметрія. Колориметричні системи: яскравість, колірний тон, насиченість (B,λ,p); R,G,B; X,Y,Z. Номограми кольорів. [14] c.5-42, 68-74

Демонстрації: Змішування кольорів (R, G, B). Спектр лампи розжарювання. Спектри пропускання світлофільтрів.

Семінар 1. Фотометрія – 2 год.

1. Аудиторія: 5.4, 5.7, 5.9

2. Самостійна робота: 5.2, 5.41

Лабораторна робота 4. Закон обернених квадратів. Анізотропія точкового джерела світла. – 4 год.

Завдання для самостійної роботи (8 год.)

1. Фотометричні вимірювання. [3] c.56-61, [5] c.44-53

Контрольні запитання та завдання

1. Фотометричні одиниці та зв’язок між ними. Крива видності ока. Зв’язок між енергетичними та світловими одиницями.

2.Колір світла. Колориметричні системи B,λ,p; R,G,B; X,Y,Z. Трикутник кольорів.

Проблемні теми для обговорення

1. Залежність кольору предмета від умов освітлення. Синтез кольорів.

 

Тема 2. ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ПРИРОДА СВІТЛА.

Лекція 2. Властивості електромагнітних хвиль.

Електромагнітна природа світла. Зв’язок оптики з електричними та магнітними явищами. Шкала електромагнітних хвиль. Рівняння Максвела. Хвильове рівняння. Одновимірне хвильове рівняння та його аналіз. Швидкість розповсюдження електромагнітних хвиль.

Рівняння Максвелла для електромагнітних хвиль в однорідних діелектриках. Плоскі гармонічні ТЕМ хвилі та їх властивості. Фазова швидкість, хвильовий вектор, абсолютний показник заломлення, закон дисперсії. Комплексні амплітуди. Густина та потік енергії.

Стоячі хвилі. Досліди Вінера. [1] c.12-18, 25-35, 72-82, [2] c.36-42, [3] c. 25-39, 113-119, 400-416, [4] c. 25-61, 308-313, [5] c.10-28, 84-87, [6] c.17-55

Семінар 2. Властивості електромагнітних хвиль. – 2 год.

1. Аудиторія: 4.421, 4.427, 4.254

2. Самостійна робота: 4.230, 4. 231, 4.255

Контрольні запитання та завдання

1. Рівняння Максвелла. Хвильове рівняння для електромагнітних хвиль в однорідних діелектриках. Плоскі гармонічні хвилі. Фазова швидкість, хвильовий вектор, абсолютний показник заломлення, закон дисперсії..

2. Рівняння Максвелла для плоских гармонічних ТЕМ хвиль. Властивості плоских гармонічних ТЕМ хвиль. Комлексні ампдітуди. Густина та потік енергії.

3. Стоячі хвилі. Досліди Вінера.

Лекція 3. Поляризація світла.

Типи поляризації світла. Елементарний дипольний випромінювач. Сферичні хвилі. Частково поляризоване світло. [1] c.18-25, 35-44, [3] c.370-379, [4] c.50-57, [6] c.55-60

Контрольні запитання та завдання

1. Типи поляризації світла. Частково поляризоване світло.

Завдання для самостійної роботи (4 год.)

1. Сферичні хвилі. Гармонічні хвилі довільної форми. [1] c.35-44, [4] c.38-43, 57-61

ПОШИРЕННЯ, ВІДБИВАННЯ ТА ЗАМОВЛЕННЯ СВІТЛА.

Лекція 4. Відбивання та заломлення світла на межі поділу двох діелектриків.

Поширення електромагнітних хвиль в діелектриках. Граничні умови для електричного та магнітного полів на межі поділу двох оптичних середовищ. Замовлення та відбивання світла на плоскій межі поділу двох діелектриків. Формули Френеля. Амплітудні та енергетичні коефіцієнти відбивання. Кут Брюстера. Нормальне падіння. Зсув фаз при відбиванні. [1] c.142-153, [2] c.402-412, [3] c.470-481, [4] c.62-72, [5] c.218-230

Демонстрації: Відбивання та заломлення світла на плоскій межі поділу двох діелектриків. Повне внутрішнє відбивання. Поширення світла у світловодах. Застосування повного внутрішнього відбивання: світловодні джгути; кутикові відбивачі. Поширення світла у градієнтних середовищах.

Семінар 3. Формули Френеля. – 2 год.

1. Аудиторія: 5.179, 5.180, 5.183

2. Самостійна робота: 5.182, 5.186

Лабораторна робота 15. Формули Френеля. – 4 год.

Контрольні запитання та завдання

1. Закони відбивання та заломлення світла.

2. Формули Френеля для s –поляризованого світла.

3. Формули Френеля для р –поляризованого світла.

4. Амплітудні та енергетичні коефіцієнти відбивання та заломлення світла. Кут Брюстера. Нормальне падіння. Зсув фаз при відбиванні.

Проблемні теми для обговорення

1.Вибір знаків у Формулах Френеля. Нормальне та ковзаюче падіння.

Лекція 5. Повне внутрішнє відбивання.

Явище повного внутрішнього відбивання. Граничний кут повного відбивання. Хвилі біля межі поділу середовищ. Коефіцієнти відбивання та зсув фаз при повному внутрішньому відбиванні. Зсув Гуса-Хенхен. Застосування повного внутрішнього відбивання. Ромб Френеля, призми, модулятори, рефрактометрія, спектроскопія, світловоди, інтегральна оптика. [1] c.153-161, [2] c.412-418, [3] c.482-488, [4] c.72-77, [6] c.78-85

Лабораторна робота 7. Аналіз на рефрактометрі. – 4 год.

Контрольні запитання та завдання

1. Явище повного внутрішнього відбивання. Граничний кут повного відбивання. Хвилі біля межі поділу середовищ.

2. Коефіцієнти відбивання та зсув фаз при повному внутрішньому відбиванні. Ромб Френеля.

Проблемні теми для обговорення

1. Зсув Гуса-Хенхен в призмах та світловодах. [12] c.31-35

Лекція 6. Поширення електромагнітних хвиль в поглинаючих середовищах.

Поширення електромагнітних хвиль в поглинаючих середовищах. Показники поглинання та заломлення. Коефіцієнти поглинання та відбивання. Закон Бугера. [1] c.161-167, [2] c.441-454, [3] c.489-494, [4] c.670-684, [5] c.291-293, [6] c.85-94

Лабораторна робота 6. Аналіз на фотометрі – 4 год.

Контрольні запитання та завдання

1. Поширення електромагнітних хвиль в поглинаючих середовищах. Показники поглинання та заломлення. Коефіцієнти поглинання та відбивання. Закон Бугера.

Проблемні теми для обговорення

Колективні явища в металах. Об’ємні та поверхневі плазмон-поляритони.

Тема 4. ПРОМЕНЕВА ОПТИКА.

Семінар 4. Принцип Ферма. – 2 год.

1. Аудиторія: 5.26, 5.30, 5.63

2. Самостійна робота: 5.32, 5.64

Семінар 5. Заломлення світла. Призма. – 2 год.

1. Аудиторія: 5.21, 5.23, 5.25

2. Самостійна робота: 5.19, 5.20, 5.22

Семінар 6. Оптичні системи. – 2 год.

1. Аудиторія: 5.47, 5.50, 5.53

2. Самостійна робота: 5.48, 5.51, 5.54

Лабораторна робота 1. Характеристики лінз. – 4 год.

Завдання для самостійної роботи (18 год.)

1. Геометрична оптика. Граничний перехід від хвильової оптики до геометричної. Принцип Ферма. Поняття про світловий промінь. Заломлення променів на сферичній поверхні. Параксіальне наближення. Теорема Лагранжа–Гельмгольца. Типи лінз. Формула тонкої лінзи. [2] c.42-74, [3] c.272-293, [4] c.162-193, [5] c.162-184

2. Властивості центрованих оптичних систем. Кардинальні елементи оптичної системи. Додавання ідеальних оптичних систем. Товста лінза як оптична система. [2] c.74-96, [3] c.294-301, [4] c.193-198, [5] c.184-192

3. Оптична система ока, лупи, мікроскопа та телескопа. Діафрагми оптичних систем, явище віньєтування. [2] c.162-180, [3] c.318-345, [4] c.266-286, [5] c.199-202, 204-210

Контрольні запитання та завдання

1. Заломлення променів на сферичній поверхні. Теорема Лагранжа–Гельмгольца. Формула тонкої лінзи.

2. Властивості центрованих оптичних систем. Кардинальні елементи оптичної системи. Додавання ідеальних оптичних систем. Товста лінза як оптична система.

3. Оптична система ока, лупи, мікроскопа та телескопа. Діафрагми оптичних систем, явище віньєтування.