Програма курсу

1. Вступ.

Короткий історичний оглядрозвитку оптики. Роль оптики у розвитку науки і техніки та формуванні сучасного світогляду.

Око та зір. Основи фотометрії. Фотометричні одиниці. Еталон сили світла. Механічний еквівалент світла. Зв’язок між енергетичними та світловими одиницями.

Колориметрія. Колориметричні системи. Графік кольорів.

2. Електромагнітна природа світла.

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.

Типи поляризації світла. Елементарний дипольний випромінювач. Сферичні хвилі. Гармонічні хвилі довільної форми. Частково поляризоване світло.

3. Поширення, відбивання та замовлення світла.

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.

Явище повного внутрішнього відбивання та його застосування. Критичний кут повного відбивання. Хвилі біля межі поділу. Зсув фаз. Застосування повного внутрішнього відбивання. Ромб Френеля, призми, модулятори, рефрактометрія, спектроскопія, світловоди, інтегральна оптика.

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

4. Променева оптика.

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. Властивості центрованих оптичних систем. Кардинальні елементи оптичної системи. Додавання ідеальних оптичних систем. Товста лінза як оптична система. Оптична система ока, лупи, телескопа та мікроскопа. Діафрагми оптичних систем, явище віньєтування.

5. Квазімонохроматичне світло.

Квазімонохроматичне світло. Суперпозиція 2-х різночастотних коливань (биття). Хвильовий пакет. Фазова та групова швидкості. Амплітудно модульовані хвилі. Хвильовий цуг та його спектр. Степінь монохроматичності. Спонтанне випромінювання атома. Природний контур спектральної лінії. Розширення контурів спектральних ліній. Ширина лінії лазерного джерела випромінювання.

6. Інтерференція світла.

Інтерференція світла, принцип суперпозиції, когерентність хвиль. Інтерференція двох монохроматичних хвиль, вплив фазових співвідношень. Ширина полос. Інтерференція монохроматичних хвиль від двох точкових джерел. Форма полос та порядок інтерференції.Отримання когерентних джерел методами поділу хвильового фронту (Інтерференція типу Френеля) та поділу амплітуди (Інтерференція типу Ньютона). Дослід Юнга, бідзеркало Френеля, біпризма Френеля, білінза Бійє, дзеркало Ллойда, досліди Месліна та Поля. Інтерференція світла в плоско паралельній пластині. Полоси рівного нахилу. Полоси рівної товщини.Клин, кільця Ньютона. Локалізація інтерференційних смуг.

Інтерфереція частково когерентного світла Інтерфереція світла від протяжного монохроматичного джерела світла. Просторова когерентність. Вплив кутових розмірів джерела світла на видність інтерференційної картини. Зоряний інтерферометр Майкільсона. Інтерференція немонохроматичного світла. Часова когерентність. Довжина та час когерентності. Приклад 2-х частот. Функція видності інтерференційної картини для цугу скінченої довжини. Функція кореляції та просторово-часова когерентність Комплексна степінь когерентності.. Зв’язок функції кореляції з спектром сигналу. Світловий цуг.

Застосування двохпроменевої інтерференції. Пробні пластини. Інтерферометри Майкільсона, Жамена, Маха-Цендера, Тваймана-Гріна. Волоконно- та інтегрально-оптичні інтерферометри. Лазерні інтерферометри бокового зсуву. Просвітлення оптики. Інтерференційні дзеркала та фільтри. Інтерференційні дослідження. Основи Фур’є-спектрометрії. Фур’є-спектрометри. Доплерівські інтерферометри. Інтерферометри Саньяка. Лазерні гіроскопи.

Багатопроменева інтерференція хвиль рівної амплітуди. Монохроматичні хвилі з одинаковим зсувом фаз (фазова градка, інтерференційне дзеркало та фільтр) та зфазовані хвилі з одинаковою різницею частот (синхронізація мод). Багатопроменева інтерференція в плоско паралельній пластині. Формула Ейрі. Інтерферометр Фабрі–Перо. Розподіл інтенсивності в інтерференційній картині, форма полос, спектральний інтервал, ширина лінії, роздільна здатність.

Планарні світловоди. Умова поперечного фазового синхронізму. Дисперсійне рівняння для асиметричних світловодів. Ідеально металевий світловод. Розв’язки дисперсійного рівняння. Відсічка частоти. Фазова та групова швидкості. Діелектричний світловод. Відсічка хвильового вектора. Дисперсійне рівняння.