Lasery a moderní fyzika – směr: Geodezie a kartografie, Geoinformatika

 Přednášející: Ing. Pavel Novák, Ph.D.

1. Přehled vývoje fyziky. Oblast tzv. moderní fyziky. Uvod do teorie relativity. Relativistické efekty.
2. Elektromagnetický popis záření. Elektromagnetické vlny, jejich popis, spektrum, energie, aplikace ve vědě a technice. Typy optického prostředí (homogennita, izotropie, linearita). Základní parametry a vlastnosti elektromagnetických vln. Amplituda, fáze, frekvence, polarizace vlnění. Polarizační vlastnosti látek. Koherence vlnění.
3. Interference elektromagnetických vln. Princip superpozice. Interference dvousvazková. Interference vícesvazková. Interference na tenké vrstvě. Různé typy interferometrů a jejich aplikace (Mach-Zenderův, Michelsonův, Sagnacův, Fabry-Perotův, Twyman-Greenův, Fizeaův interferometr).
4. Difrakce elektromagnetických vln. Vektorová a skalární teorie difrakce. Huygens-Fresnelův princip. Difrakční integrál. Fresnelova a Fraunhoferova aproximace difrakčního integrálu. Příklady difrakčních jevů při difrakci na různých typech apertur. Difrakce na mřížce. Aplikace a využití difrakčních jevů ve vědě a technice.
5. Spektrum elektromagnetického záření. Optické záření. Rentgenovské záření. Tepelné záření. Vyzařování těles. Záření černého tělesa. Planckův zákon.
6. Fotony – částicová povaha záření, vnější a vnitřní fotoelektrický jev – fotoemise, fotovodivost, Comptonův jev, tlak záření
7. Struktura atomu. Objev jádra atomu. Bohrův model atomu vodíku. Vlnová povaha mikročástic. De Broglieho vlny. Schrodingerova rovnice
8. Přehled zdrojů optického záření (spektrální a koherenční charakteristiky záření, spojité, čárové a pásové spektrum, rozdělení zdrojů - tepelné zdroje, výbojové zdroje, LED diody, lasery) a jejich základních vlastností
9. Detekce elektromagnetického záření (různé typy detektorů v závislosti na spektrální charakteristice záření). Polovodičové detektory záření (materiály, fotoelektronová emise - fotonka, fotonásobič, fotovodivost - fotodioda, lavinová fotodioda, matice detektorů – CCD, CMOS, detekce teploty)
10. Laserové zdroje (spontánní a stimulovaná emise, Boguerův-Lambertův zákon, šíření světla aktivním prostředím, podmínka generace, rezonátor, vlastnosti laserového záření, typy laserů – kontinuální a pulzní)
11. Aplikace laserů (příklady aplikací v geodézii, průmyslu, vědě, medicíně, biologii, vojenství, spotřební optoelektronika,…). Principy geodetických přístrojů (laserový dálkoměr, laserový skener, vodováha).
12. Metody měření topografie povrchů a kontroly kvality optických soustav (interferometrické metody, dvousvazková interferometrie, white-light interferometrie, spekl interferometrie, moiré interferometrie, holografická interferometrie, gradientní senzory vlnoplochy, paprskové metody, deflektometrie)
13. Moderní optické a optoelektronické prvky (difrakční prvky, gradientní optické prvky, aktivní a adaptivní optické prvky, LCD prostorové modulátory světla, deformovatelná zrcadla, tekuté čočky atd.)
14. Aplikace moderních optoelektronických prvků a laserů ve vědě, technice a biomedicíně (adaptivní optika, digitální holografie, optická pinzeta atd.)

Doporučená literatura

[1] Beiser A.: Úvod do moderní fyziky. Academia, Praha 1975

[2] Mikš A.: Aplikovaná optika. Vydavatelství ČVUT, Praha 2009

[3] Saleh BEA, Teich MC: Základy fotoniky, MatfyzPress, Praha 1994

[4] M. Vrbová, H.Jelínková, P.Gavrilov: Úvod do laserové techniky, Vydavatelství ČVUT, 1996.

[5] D.Halliday, R.Resnik, J.Walker: Fyzika, Vutium a Prometheus, Praha 2000.