Podstawy fizyki III (Optyka i elementy fizyki współczesnej) 1100-2Ind12

Wykład kursowy należący do kategorii "wstęp do fizyki". Jego naczelnym celem jest zapoznane słuchaczy z podstawami optyki geometrycznej, falowej oraz elektromagnetyzmu w zakresie dotyczącym promieniowania elektromagnetycznego. Ponadto, wprowadzamy także elementy fizyki kwantowej: kwantyzacja pola EM, budowa atomu, wzmacnianie światła, lasery.

Program:
1. Fale: równanie falowe, fronty falowe, prędkość fazowa, prędkość grupowa, fala płaska, sferyczna, cylindryczna.
2. Fale elektromagnetyczne (EM); równania Maxwella, prędkość światła, gęstość energii, przepływ energii i pęd fali EM, efekt Dopplera, źródła fal EM, promieniowanie drgającego dipola, detektory fal EM, propagacja w dielektrykach, model Lorentza na współczynnik załamania, fale EM w przewodnikach, widmo fali, widzenie barwne, barwy czyste i mieszane.
3. Odbicie i załamanie światła; lustro, granica pomiędzy dielektrykami, zasada Fermata, wzory Fresnela, kąt Brewstera, całkowite wewnętrzne odbicie, falowody.
4. Optyka geometryczna; eikonał, propagacja w ośrodku z gradientem współczynnika załamania, owale Kartezjusza, sferyczna granica pomiędzy dielektrykami, przybliżenie przyosiowe, cienka soczewka, układy gaussowskie i ich opis macierzami ABCD, punkty kardynalne układu soczewkowego, apertury, aberracje układów soczewkowych, przyrządy soczewkowe.
5. Superpozycja fal EM, interferometry, powłoki dielektryczne, siatka dyfrakcyjna, pryzmat, interferencja w dziedzinie czasu - impulsy, wiązka gaussowska.
6. Dyfrakcja światła: konstrukcja Huyghensa, całka Fresnela-Kirchoffa, całka Sommerfelda, przybliżenie Fraunhofera, przybliżenie Fresnela, optyka fourierowska, zdolność rozdzielcza układów obrazujących.
7. Dwójłomność: fala zwyczajna i nadzwyczajna, polaryzatory krystaliczne, płytki falowe
8. Polaryzacja fali EM, formalizm Jonesa, wektor Stokesa, sfera Poincare, polaryzacja częściowa.
9. Modulacja światła, efekty: elastooptyczny, elektrooptyczny, Kerra, Faradaya.
10. Rozpraszanie światła; Rayleigha, Mie, Ramana, luminescencja, fluorescencja, fosforescencja.
11. Optyka nieliniowa; nieliniowa polaryzacja ośrodka, dopasowanie fazowe.
12. Elementy fizyki kwantowej; kwantyzacja promieniowania EM; efekt fotoelektryczny, własności fotonu, statystyka Poissona, interferencja z pojedynczymi fotonami, stan koherentny, interferencja 2 fotonów, kryptografia kwantowa, promienie katodowe i anodowe, fale materii, równanie Schrodingera, doświadczenia Rutherforda i Francka-Hertza, kwantowy moment pędu, atom wodoru, procesy radiacyjne w atomach, współczynniki Einsteina, wzmocnienie światła, nasycenie wzmocnienia, laser, niektóre zastosowania laserów.

Wymagania wstępne: Podstawy Fizyki I-II lub równoważny kurs fizyki, kurs algebry i analizy matematycznej (1100-1Ind01, 1100-1Ind02, 1100-1Ind03, 1100-1Ind05, 1100-1Ind06, 1100-1Ind07, 1100-2Ind01).

Obecność na zajęciach obowiązkowa.
Zaliczenie ćwiczeń (warunek dopuszczenia do egzaminu) - nie mniej niż 50% punktów z kolokwiów.
Egzamin: pisemny i ustny.

Opis sporządził Czesław Radzewicz, czerwiec 2009.