Wykłady z fizyki ogólnej

 

Optyka

(II rok fizyki, semestr letni, 1998)

 

Andrzej J. Wojtowicz

Instytut Fizyki UMK

 

 

1. OPTYKA GEOMETRYCZNA

 

1.1 Podstawowe pojêcia i prawa:

promieñ świetlny, zasada Fermata, prawa odbicia i załamania, wyprowadzenie prawa odbicia i prawa Snella z zasady Fermata, załamanie światła na granicy dwóch ośrodków jednorodnych o różnej gêstości, pojêcie długości drogi optycznej, znaczenie zasady Fermata, interpretacja zasady Fermata w oparciu o mechanikê kwantową, zastosowania zasady Fermata: rozchodzenie siê światła w ośrodkach z gradientem współczynnika załamania, działanie idealnego układu optycznego w oparciu o zasadê Fermata

1.2 Własności optyczne powierzchni opisanych krzywymi stożkowymi w oparciu o zasadê Fermata:

własności skupiające elipsoidy obrotowej, własności skupiające hiperboloidy obrotowej, zwierciadło paraboliczne

1.3 Własności ogniskujące powierzchni kulistej w oparciu o zasadê Fermata:

równanie pojedynczej powierzchni, reguła znaków

1.4 Dwie powierzchnie sferyczne - soczewka cienka:

równanie szlifierzy soczewek, równanie soczewkowe Gaussa, równanie soczewkowe Newtona

1.5 Układy sferyczne:

odwzorowanie obiektów trójwymiarowych w przybliżeniu promieni przyosiowych, wytyczanie biegu promieni przez układ optyczny, powiêkszenie poprzeczne i podłużne obrazu utworzonego przez soczewkê cienką, układy złożone i soczewki grube - koncepcja płaszczyzn głównych i punktów kardynalnych, moc optyczna układu soczewek

1.6 Rachunek macierzowy:

wprowadzenie do rachunku macierzowego, macierz promienia, macierze translacji, załamania na powierzchni płaskiej i sferycznej, konstrukcja macierzy złożonego układu optycznego – przypadki specjalne (zerowanie siê kolejnych elementów macierzy wypadkowej)

1.7 Zastosowania rachunku macierzowego:

soczewka gruba w ujêciu macierzowym: ogniskowa i położenie płaszczyzn głównych, równanie soczewkowe

 

2. OPTYKA FALOWA - ODDZIAŁYWANIE ŚWIATŁA Z MATERIĄ

 

2.1 Fale

Opis matematyczny drgañ (oscylacji) - zapis zespolony, fale - wielkości charakteryzujące ruch falowy, równanie falowe, fale płaskie, fale kuliste, fale walcowe, polaryzacja

2.2 Równania Maxwella

Energia i moc w polu elektromagnetycznym, fale elektromagnetyczne w próżni, monochromatyczne fale płaskie w ośrodkach materialnych

2.3 Zespolony współczynnik załamania

parametry makro- i mikroskopowe ośrodka materialnego, polaryzowalnośæ atomowa - prosty model Lorentza atomu/cząsteczki, poprawki do prostego modelu Lorentza, własności optyczne izolatorów i ośrodków przewodzących

2.4 Wzory Fresnela

2.5 Rozpraszanie światła

2.6 Polaryzacja

monochromatyczne fale płaskie w ośrodku jednorodnym i anizotropowym, płytki falowe, wektor Jonesa, rachunek Jonesa

 

 

3. OPTYKA FALOWA - INTERFERENCJA, DYFRAKCJA, SPÓJNOŚÆ

 

3.1 Zasada Huyghensa-Fresnela, Babineta, przybliżenie Fraunhofera

3.2 Dyfrakcja i interferencja Fraunhofera

dyfrakcja i interferencja Fraunhofera na dwóch jednakowych otworach - doświadczenie Younga, dyfrakcja i interferencja Fraunhofera na N jednakowych i równoodległych otworach leżących na prostej, siatki dyfrakcyjne, kryterium Rayleigha i rozdzielczośæ siatki dyfrakcyjnej, dyfrakcja i interferencja Fraunhofera na prostokątnym układzie otworów, dyfrakcja Fraunhofera na otworze prostokątnym, dyfrakcja Fraunhofera na otworze kołowym

3.3 Dyfrakcja w ujêciu Fresnela-Kirchhoffa

całka dyfrakcyjna Fresnela-Kirchhoffa w przybliżeniu Fraunhofera, przykłady

3.4 Spójnośæ światła

klasyczny opis rzeczywistych źródeł światła, spójnóśæ poprzeczna i podłużna, spójnośæ poprzeczna w polu promieniowania źródła rozciągłego - twierdzenie van Citterta-Zernikego, spójne i niespójne oświetlenie płaszczyzny przez rozciągłe źródło światła w oparciu o tw. van Citterta-Zernikego, interferometr gwiezdny Michelsona w oparciu o tw van Citterta-Zernikego - pomiar średnicy kątowej gwiazd

3.5 Holografia