Объем дисциплин и виды учебной работы

Тематический план дисциплины

Содержание дисциплины

Краткое содержание тем

Тема 1. Введение. Описание электромагнитных волн. Лекций – 6 часов; практических занятий: для направления «Физика» - 14 часов, для направления «Радиофизика» - 8 часов.

Электромагнитная природа света. Характеристика оптического диапазона электромагнитных волн. Особенности видимого диапазона. Экспериментальное доказательство электромагнитной природы света. Место оптики в физической науке и ее роль в научно-техническом прогрессе. Структура плоской электромагнитной волны и ее представление в комплексной форме. Сферические волны. Сходящиеся и расходящиеся сферические волны. Регистрируемые характеристики световых волн. Плотность потока энергии и импульса электромагнитных волн. Давление света, его открытие, проявления и приложения. Суперпозиция электромагнитных волн. Стоячие волны. Биения. Поляри­зация электромагнитных волн. Виды поляризации. Закон Малюса. Число независимых поляризаций. Волна с круговой или эллиптической поляризацией как суперпозиция волн с линейными поляризациями и линейно поляризованная волна как суперпозиция волн с круговой поляризацией. Параметры Стокса. Сфера Пуанкаре. Усреднения физических волн. Зависимость результата усреднения от интервала усреднения.

Тема 2. Немонохроматическое излучение. – 4 часа лекций.

Спектр амплитуд и спектр фаз излучения. Спектр импульсов излучения. Соотношение между продолжительностью импульса и шириной спектра. Смысл отрицательных частот при использовании рядов и интегралов Фурье в комплексной форме. Энергетические спектры. Естественная ширина линии излучения. Уширение спектральных линий. Модулированные волны и волновые пакеты. Общая характеристика их спектрального состава в зависимости от временных свойств.

Тема 3. Распространение, преломление и отражение света в изотропных средах. Лекций – 5 часов; практических занятий: для направления «Физика» - 12 часов, для направления «Радиофизика» - 8 часов.

Распространение света в диэлектриках. Классическая теория дисперсии. Нормальная и аномальная дисперсии. Групповая и фазовая скорости света. Формула Рэлея. Отражение и преломление света на границе между диэлектриками. Закон Снеллиуса. Формулы Френеля. Полное отражение света. Слоистые среды. Энергетические соотношения при преломлении и отражении света. Распространение света в проводящих средах. Глубина проникновения. Закон Бугера. Отражение света от поверхности проводника.

Тема 4. Геометрическая оптика и простейшие оптические приборы. Матричная оптика. Лекций – 4 часа; практических занятий: для направления «Физика» - 6 часов, для направления «Радиофизика» - 6 часов.

Геометрическая оптика как предельный случай волновой оптики. Уравнение Гельмгольца. Уравнение эйконала и объяснение искривления луча в оптически неоднородных средах. Распространение света в световодах. Идеальная оптическая система и ее кардинальные элементы. Параксиальная оптика. Построение изображения в оптических системах. Реальные оптические системы. Ограничение пучков лучей, зрачки и люки. Аберрации оптических систем. Простейшие оптические приборы.

Тема 5. Интерференция света. Лекций – 4 часа; практических занятий: для направления «Физика» - 8 часов, для направления «Радиофизика» - 4 часа.

Двухлучевая интерференция, осуществляемая делением амплитуды. Интерферометр Майкельсона. Причины размывания полос интерференции. Видность интерференционной картины. Принцип Фурье-спектроскопии. Типы интерферометров. Двухлучевая интерференция, осуществляемая делением волнового фронта. Принцип Гюйгенса. Схема Юнга. Интерференция при белом свете. Временная и пространственная когерентности. Многолучевая интерференция, осуществляемая делением амплитуды. Интерферометр Фабри-Перо. Разрешающая способность. Факторы, ограничивающие разрешающую способность. Дисперсионная область. Сканирующий интерферометр Фабри-Перо. Интерференционные фильтры. Интерференция в тонких пленках. Полосы равного наклона и равной толщины. Кольца Ньютона. Слои с нулевой и высокой отражательной способностями. Диэлектрические зеркала.

Тема 6. Дифракция света. Лекций – 4 часа; практических занятий: для направления «Физика» - 8 часов, для направления «Радиофизика» - 4 часа.

Метод зон Френеля. Зоны Френеля. Графическое вычисление амплитуды. Пятно Пуассона. Зонная пластинка как линза. Трудности метода зон Френеля. Приближение Кирхгофа. Оптическое приближение. Формула дифракции Френеля-Кирхгофа. Вторичные источники. Приближение Френеля. Дифракция Фраунгофера. Область дифракции Фраунгофера. Дифракция на прямоугольном отверстии, щели и круглом отверстии. Дифракционная решетка. Наклонное падение лучей на решетку. Качественное рассмотрение дифракции на непрерывных периодических и непрерывных непериодических структурах. Сравнение характеристик спектральных аппаратов. Дифракция Френеля. Область дифракции Френеля. Дифракция на прямолинейном крае полубесконечного экрана. Спираль Корню.

Тема 7. Основы голографии. – 2 часа лекций.

Физические основы метода голографической записи изображений. Схемы записи и восстановления тонкослойных голограмм. Схемы записи и восстановления толстослойных голограмм. Получение цветных объемных изображений. Особенности голограмм как носителей информации. Применения голограмм.

Тема 8. Распространение света в анизотропных средах. Лекций – 4 часа; практических занятий: для направления «Физика» - 6 часов, для направления «Радиофизика» - 4 часа.

Описание анизотропных сред. Тензор диэлектрической проницаемости. Распространение плоской электромагнитной волны в анизотропной среде. Зависимость лучевой скорости от направления. Эллипсоид лучевых скоростей. Анализ хода лучей с помощью эллипсоида лучевых скоростей. Оптическая ось. Двуосные и одноосные кристаллы. Двойное лучепреломление. Обыкновенный и необыкновенный лучи. Построение Гюйгенса для различных случаев преломления лучей на поверхности кристалла. Поляризация при двойном лучепреломлении. Поляроиды. Поляризационные и двоякопреломляющие призмы. Полихроизм. Интерференция поляризованных волн при прохождении через кристаллы. Пластинка в четверть, половину и целую волну. Анализ состояния поляризации света. Вращение плоскости поляризации в кристаллических и аморфных веществах. Элементарная феноменологическая теория вращения плоскости поляризации. Вращение плоскости поляризации в магнитном поле. Искусственная анизотропия, создаваемая деформациями, электрическим и магнитным полем (качественное описание).

Тема 9. Рассеяние света. – 4 часа лекций.

Типы рассеяния. Модель элементарного рассеивателя. Рэлеевское рассеяние. Закон Рэлея. Угловое распределение и поляризация света при рэлеевском рассеянии. Ослабление интенсивности света. Рассеяние Ми. Распределение интенсивности по углам и поляризация излучения в рассеянии Ми. Рассеяние Мандельштама – Бриллюэна. Комбинационное рассеяние.

Тема 10. Генерация света. – 4 часа лекций.

Экспериментальные законы излучения абсолютно черного тела. Теорема Кирхгофа. Закон Вина. Формулы Рэлея-Джинса и Планка. Элементарная квантовая теория. Спонтанные и вынужденные переходы. Коэффициенты Эйнштейна. Создание инверсной заселенности. Лазеры. Принципиальная схема лазера.

Тема 11. Основы фотометрии и колориметрии. – 2 часа лекций.

Энергетические и световые единицы. Методы фотометрии. Особенности лазерной и некогерентной фотометрии. Фотометрические приборы. Визуальные и объективные фотометры. Источники и приемники излучения. Основные понятия о цвете и цветности. Физические основы цветообразования. Феноменология цвета. Теория цвета. Трихроматическая теория Юнга–Гельмгольца. Аддитивное и субтрактивное образование цвета. Соотношение колориметрии и спектрометрии.

Тема 12. Основы нелинейной оптики. – 2 часа лекций.

Линейная и нелинейная поляризованности. Квадратичная нелинейность. Нелинейная восприимчивость. Комбинационные частоты. Генерация гармоник. Волны нелинейной поляризованности. Условие пространственного синхронизма. Длина когерентности. Осуществление пространственного синхронизма. Векторное условие пространственного синхронизма. Генерация суммарных и разностных частот. Параметрическое усиление света. Параметрические генераторы света. Самовоздействие света в нелинейной среде Нелинейная поправка к показателю преломления. Самофокусировка и дефокусировка пучка. Длина самофокусировки. Пороговая мощность. Основные причины возникновения нелинейности показателя преломления.

Тема 13. Фотоэффект и его применения. – 2 часа лекций.

Основные экспериментальные закономерности фотоэффекта и их истолкование. Фотоэлектрические приемники света (фотоэлементы, фотоумножители, фотодиоды и электронно-оптические преобразователи).

Тема 14. Оптика движущихся сред. – 4 часа лекций.

Элементы теории относительности. Преобразования Лоренца. Эффект Доплера. Продольный и поперечный эффекты Доплера и их использование в оптических измерениях. Оптические измерения в неинерциальных системах (эффект Саньяка). Принцип действия лазерного гироскопа. Методы измерения скорости света.