Metody numeryczne w optyce 1100-2INZ17
Celem wykładu jest wprowadzenie słuchaczy do tematyki metod numerycznych i komputerowego modelowania zjawisk fizycznych na przykładzie podstawowych zagadnień związanych z optyką. Praktyczne umiejętności obliczeniowe zdobywane są w trakcie ćwiczeń o charakterze numerycznym prowadzonych przy wykorzystaniu Matlaba i Mathematici. Te środowiska programistyczne są powszechnie używane zarówno w naukach inżynieryjno-technicznych, przemyśle, uczeniu maszynowym czy też w naukach przyrodniczych.
Wykład adresowany jest nie tylko dla osób zainteresowanych optyką, ale dla wszystkich, którzy chcą poznać przydatne w codziennym życiu narzędzia i algorytmy, zaznajomić się z praktycznymi metodami modelowania numerycznego czy też wdrożyć się w sposoby projektowania układów i urządzeń. Z kolei przedstawienie podstawowych zagadnień optycznych ma za zadanie ułatwić studentom zrozumienie bardziej zaawansowanych problemów i zjawisk omawianych na wykładzie z Fotoniki.
Program wykładu i ćwiczeń:
Zagadnienia numeryczne:
1. Wprowadzenie do środowisk Matlab i Mathematica
2. Wizualizacja danych, wykresy 2D i 3D, animacje
3. Zarządzanie danymi
4. Wybrane problemy z algebry i analizy matematycznej
Zagadnienia optyczne:
1. Wprowadzenie do optyki
2. Odziaływanie światła z materią (zasada Fermata, załamanie, odbicie, dyspersja, absorpcja, rozpraszanie)
3. Optyka geometryczna (optyka macierzowa, soczewki, zwierciadła, pryzmaty)
4. Ruch falowy (fale harmoniczne, faza i prędkość fazowa, zasada superpozycji, postać zespolona, fale płaskie, równanie falowe)
5. Interferencja i Dyfrakcja (doświadczenie Younga, siatka dyfrakcyjna, elementy optyki Fourierowskiej)
6. Analiza widmowa (sygnały czasowe i przestrzenne, impulsy światła, prędkość grupowa).
7. Polaryzacja (stany polaryzacji, dwójłomność, elementy optyczne)
8. Teoria elektromagnetyzmu (równania Maxwella, warunki brzegowe, równania Fresnela)
Realizowane projekty fotoniczne:
1. Modelowanie układów soczewkowych
2. Analiza układów podfalowych
3. Przetwarzanie obrazów
4. Projektowanie obiektów dyfrakcyjnych
5. Uczenie maszynowe
W ogólności wykład i ćwiczenia prowadzone są w języku polskim. Możliwe jest jednak spersonalizowanie ćwiczeń pod kątem studentów anglojęzycznych.
Kierunek podstawowy MISMaP
matematyka
chemia
geografia
biologia
astronomia
fizyka
Tryb prowadzenia
Założenia (opisowo)
Koordynatorzy przedmiotu
Efekty kształcenia
1. Opanowanie środowisk programistycznych Matlab i Mathematica na poziomie podstawowym, umożliwiającym wizualizację danych i oraz tworzenie prostych funkcji i skryptów.
2. Znajomość podstawowych zjawisk optycznych i pojęć z nimi związanych
3. Umiejętność używania matematycznego formalizmu związanego z falami elektromagnetycznymi
4. Umiejętność numerycznego modelowania propagacji światła w elementach optycznych
Kryteria oceniania
Egzamin w formie testu z materiału omawianego w trakcie wykładu (40%) połączony jest z zaliczeniem zadań numerycznych wykonywanych w trakcie ćwiczeń (60%). Zaliczenie poprawkowe podlega tym samym zasadom lecz w terminie poprawkowym. Brakujące zadania z ćwiczeń można uzupełnić w trakcie trwania semestru lub sesji.
Dopuszczalna jest dwukrotna nieusprawiedliwiona nieobecność na ćwiczeniach. Dopuszczalna liczba nieobecności podlegających usprawiedliwieniu jest rozpatrywana indywidualnie.
Literatura
1. Materiały do wykładu zamieszczane na stronie ZOI http://zoi.fuw.edu.pl
2. E. Hecht, Optyka, WN PWN
3. J. Brzózka, L. Dorobczyński, MATLAB: środowisko obliczeń naukowo-technicznych, Wydawnictwo Naukowe PWN
4. Stephen Wolfram, The Mathematica Book, Wolfram Media
5. D. Griffiths, Podstawy elektrodynamiki, PWN
Więcej informacji
Dodatkowe informacje (np. o kalendarzu rejestracji, prowadzących zajęcia, lokalizacji i terminach zajęć) mogą być dostępne w serwisie USOSweb: