Κωδικός
Φ-565
Επίπεδο
Μεταπτυχιακό
Κατηγορία
Β
Διδάσκων
Δ. Παπάζογλου
ECTS
5
Ώρες
4
Εξάμηνο
Χειμερινό
Ανοικτό
Ναι
Προσφέρεται
Ναι
Ιστοσελίδα Διδάσκοντα
Σκοπός Μαθήματος
Το μάθημα απευθύνεται σε μεταπτυχιακούς φοιτητές και διδάσκεται στην Αγγλική γλώσσα. Ο φοιτητής αποκτά γνώσεις για τις βασικές έννοιες των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, τις αρχές της γεωμετρικής οπτικής και το σχεδιασμό και τη λειτουργία των οπτικών συστημάτων.
Διδακτέα Ύλη
• Εισαγωγή:
Ιστορική εισαγωγή
Κύματα: αρμονικά κύματα, διαμήκη, εγκάρσια
• Βασικές αρχές:
Ηλεκτρομαγνητισμός, εξισώσεις Maxwell: κυματική εξίσωση, ταχύτητα κυματικής διάδοσης.Φάσμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίαςΔείκτης διάθλασης: διασπορά, αριθμός AbbeΠόλωση:
Γραμμικά, ελλειπτικά, κυκλικά πολωμένο φως, Γραμμικοί πολωτές• Απεικόνιση: o Γεωμετρική οπτική: οπτικές ακτίνες, η προσέγγιση της γεωμετρικής οπτικήςΔιαδικασία της απεικόνισης, στιγματική απεικόνιση.Ανάκλαση, Διάθλαση (εξίσωση Snell), ολική ανάκλαση, ανακλαστικότητα (συντελεστές Fresnel)Αρχή του Fermat, εφαρμογή στην ανάκλαση και την διάθλασηΠρίσματα ανάκλασης, Πρίσματα διασποράς: ελάχιστη εκτροπή, μονοχρωμάτορες.o Απλά οπτικά συστήματαΑνάκλαση από επίπεδο κάτοπτρο, αντανακλαστήρες, διάθλαση από επίπεδη επιφάνεια, διάδοση από διαφανές πλακίδιο. Σφαιρικά δίοπτρα, Σφαιρικοί φακοί, Σφαιρικά κάτοπτρα. Παραξονική προσέγγιση.Απεικόνιση με λεπτούς φακούς και κάτοπτρα, χρήση των χαρακτηριστικών σημείων, παραδείγματα, τρισδιάστατα αντικείμενα, μεγέθυνση.o Μέθοδος πινάκων: Διάνυσμα ακτίνας. Πίνακες μετατόπισης ακτίνας, διάθλασης και ανάκλασης, πίνακας οπτικού συστήματος, υπολογισμός χαρακτηριστικών σημείωνΑπεικόνιση με την βοήθεια πινάκων, σύνθεση οπτικών συστημάτων (όμοια – συμμετρικά υποσυστήματα), μεγέθυνση.Βασικές αρχές ανάλυσης και σχεδίασης οπτικών συστημάτων με χρήση πινάκωνo Φωτισμός ειδώλου: Διάφραγμα ανοίγματος, διάφραγμα πεδίου, κόρη εισόδου – εξόδου, παράθυρο εισόδου – εξόδου, τηλεκεντρικά συστήματα.o Σφάλματα απεικόνισηςσφάλμα ακτίνας, σφάλμα μετώπου κύματος. Μονοχρωματικά σφάλματα. Κύρια σφάλματα Seidel: σφαιρική εκτροπή, κόμη, αστιγματισμός, καμπύλωση πεδίου, παραμόρφωση.Χρωματικά σφάλματα: διάμηκες – εγκάρσιο, σφαιρο-χρωματικό.Αχρωματικοί φακοί, αποχρωματικοί φακοί, ασφαιρικοί φακοί.• Ανίχνευση ακτινοβολίας: Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, φωτοπολλαπλασιαστές, φωτοαντιστάσεις, φωτοδίοδοι, φωτοτρανζίστορ, ανιχνευτές CCD, φίλμ.• Πηγές ακτινοβολίας: Ακτινοβολία μέλανος σώματος, λάμπες πυρακτώσεως, τόξου, φθορισμού, φασματικές λυχνίες, LED, Λέιζερ: βασικές αρχές λειτουργίας, άντληση – ενίσχυση φωτός, κοιλότητα λέιζερ, λέιζερ αερίου, λέιζερ στερεάς κατάστασης, διοδικά λέιζερ.• Γκαουσιανές δέσμες: Διάδοση, εστία , συνεστιακή παράμετρος, απεικόνιση με γκαουσιανές δέσμες, περιγραφή με πίνακες
Ιστορική εισαγωγή
Κύματα: αρμονικά κύματα, διαμήκη, εγκάρσια
• Βασικές αρχές:
Ηλεκτρομαγνητισμός, εξισώσεις Maxwell: κυματική εξίσωση, ταχύτητα κυματικής διάδοσης.Φάσμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίαςΔείκτης διάθλασης: διασπορά, αριθμός AbbeΠόλωση:
Γραμμικά, ελλειπτικά, κυκλικά πολωμένο φως, Γραμμικοί πολωτές• Απεικόνιση: o Γεωμετρική οπτική: οπτικές ακτίνες, η προσέγγιση της γεωμετρικής οπτικήςΔιαδικασία της απεικόνισης, στιγματική απεικόνιση.Ανάκλαση, Διάθλαση (εξίσωση Snell), ολική ανάκλαση, ανακλαστικότητα (συντελεστές Fresnel)Αρχή του Fermat, εφαρμογή στην ανάκλαση και την διάθλασηΠρίσματα ανάκλασης, Πρίσματα διασποράς: ελάχιστη εκτροπή, μονοχρωμάτορες.o Απλά οπτικά συστήματαΑνάκλαση από επίπεδο κάτοπτρο, αντανακλαστήρες, διάθλαση από επίπεδη επιφάνεια, διάδοση από διαφανές πλακίδιο. Σφαιρικά δίοπτρα, Σφαιρικοί φακοί, Σφαιρικά κάτοπτρα. Παραξονική προσέγγιση.Απεικόνιση με λεπτούς φακούς και κάτοπτρα, χρήση των χαρακτηριστικών σημείων, παραδείγματα, τρισδιάστατα αντικείμενα, μεγέθυνση.o Μέθοδος πινάκων: Διάνυσμα ακτίνας. Πίνακες μετατόπισης ακτίνας, διάθλασης και ανάκλασης, πίνακας οπτικού συστήματος, υπολογισμός χαρακτηριστικών σημείωνΑπεικόνιση με την βοήθεια πινάκων, σύνθεση οπτικών συστημάτων (όμοια – συμμετρικά υποσυστήματα), μεγέθυνση.Βασικές αρχές ανάλυσης και σχεδίασης οπτικών συστημάτων με χρήση πινάκωνo Φωτισμός ειδώλου: Διάφραγμα ανοίγματος, διάφραγμα πεδίου, κόρη εισόδου – εξόδου, παράθυρο εισόδου – εξόδου, τηλεκεντρικά συστήματα.o Σφάλματα απεικόνισηςσφάλμα ακτίνας, σφάλμα μετώπου κύματος. Μονοχρωματικά σφάλματα. Κύρια σφάλματα Seidel: σφαιρική εκτροπή, κόμη, αστιγματισμός, καμπύλωση πεδίου, παραμόρφωση.Χρωματικά σφάλματα: διάμηκες – εγκάρσιο, σφαιρο-χρωματικό.Αχρωματικοί φακοί, αποχρωματικοί φακοί, ασφαιρικοί φακοί.• Ανίχνευση ακτινοβολίας: Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, φωτοπολλαπλασιαστές, φωτοαντιστάσεις, φωτοδίοδοι, φωτοτρανζίστορ, ανιχνευτές CCD, φίλμ.• Πηγές ακτινοβολίας: Ακτινοβολία μέλανος σώματος, λάμπες πυρακτώσεως, τόξου, φθορισμού, φασματικές λυχνίες, LED, Λέιζερ: βασικές αρχές λειτουργίας, άντληση – ενίσχυση φωτός, κοιλότητα λέιζερ, λέιζερ αερίου, λέιζερ στερεάς κατάστασης, διοδικά λέιζερ.• Γκαουσιανές δέσμες: Διάδοση, εστία , συνεστιακή παράμετρος, απεικόνιση με γκαουσιανές δέσμες, περιγραφή με πίνακες
Βιβλιογραφία
“Lecture handouts and collection of solved exercises”, Dimitris Papazoglou
“Optics”, Eugene Hecht
“Principles of Optics”, Max Born, Emil Wolf
“Introduction to Modern Optics”, Grant R. Fowles
“Optics”, Eugene Hecht
“Principles of Optics”, Max Born, Emil Wolf
“Introduction to Modern Optics”, Grant R. Fowles
