УЧЕБНА ПРОГРАМА
ПО ДИСЦИПЛИНАТА: ОПТИКА
ВКЛЮЧЕНА В УЧЕБНИЯ ПЛАН НА СПЕЦИАЛНОСТ: ФИЗИКА
СТЕПЕН НА ОБУЧЕНИЕ: БАКАЛАВЪР
КРЕДИТИ (ECTS): 7.5
КАТЕДРА: ФИЗИКА НА КОНДЕНЗИРАНАТА МАТЕРИЯ
ИЗВАДКИ ОТ УЧЕБНИЯ ПЛАН
Вид на занятията:
|
Семестър:
|
Хорариум-часа/
седмично:
|
Хорариум-часа
Общо:
| Лекции |
IV
|
4
|
60
|
Семинарни упражнения
|
IV
|
2
|
30
|
Практически упражнения
|
-
|
-
|
-
|
Общо часа:
|
|
6
|
90
|
Форма на контрол:
а) за семинарите:
б) за дисциплината:
|
Текущ контрол и семестриално контролно;
Изпит.
|
А. АНОТАЦИЯ
Курсът по Оптика е четвъртата част от курса по Обща физика. Той е предназначен за студенти от сспециалнистта “Физика” от четвърти семестър и при изложението му се използват познанията от предишните три части на общия курс и особено познанията по електромагнитни вълни от курса по електромагнитни явления, а също от теорията на относителността, някои познания за структурата на веществото, термодинамиката и статистическата физика и др. Необходимият математичен апарат включва изучаваните от студентите части от математичния анализ, векторното смятане, диференциалните уравнения и др.
Програмата на курса следва традициите в преподаването на оптиката в катедрата по ФКМ от времето на акад. Г. Наджаков най-напред в курса по Опитна физика, а от 60-те – 70-те години на ХХ век в курса по Обща физика. Новото развитие на оптиката, свързано преди всичко с лазерите, е причина за включването на нови раздели към курса като нелинейната оптика, а също – за промяна на изложението на други въпроси.
Както и в курса по електричество и магнетизъм, използваните модели са по възможност прости и адекватни на оптичните явления. Целта е чрез моделите да се обяснят експериментите и процесите, като обясненията отговарят на съвременните схващания за електромагнетизма, линейното и нелинейното взаимодействие на светлината с веществото, квантовата механика и др. В курса по оптика се започва от явленията, по метода на индукцията се излагат основни закономерности и се достига до общо изложение на основните идеи от геометричната, вълновата и квантовата оптика. Особено внимание се отделя на оптични апарати и методики, светлинни източници и детектори, спектрални апарати, холографски методи и др.
В курса се следват трите основни линии в развитието на оптиката като раздел от общата физика:
Развитието на възгледите за същността на светлината като вълна, електромагнитна вълна, а също – повратът от класическа към квантова физика, осъществен именно в оптиката при изследванията по излъчване и поглъщане на светлината.
Приложната оптика – изложение на физичните характеристики на окото, лещите, оптичните апарати – лупа, микроскоп, телескоп и др., фотометрията и колориметрията, светлинните източници и детектори, интерференчни, дифракционни и поляризационни методики, спектрални апарати и др.
Взаимодействие на светлината с веществото в линейната и нелинейната оптика. При изследванията на взаимодействието на електронната подсистема на атомите и молекулите в газово и кондензирано състояние с електромагнитните вълни от оптичния диапазон се проявяват квантовите особености на светлината. В курса се излагат накратко основните идеи на квантовата електроника н някои явления в нелинейната оптика.
Неделима част от лекциите са многобройните физични демонстрации, които в оптиката са особено красиви и впечатляващи и непосредствено се използват при развитието на съответните въпроси.
Семинарните упражнения към курса включват решаването на задачи от основните раздели. Тяхната цел е да илюстрират оптичните явления и закони с подходящи количествени примери и да се развият умения за намиране на решения и интерпретация на резултатите в конкретни ситуации.
Б. СЪДЪРЖАНИЕ НА УЧЕБНАТА ПРОГРАМА:
Лекции (упражнения)
№
|
Тема
|
Часове
|
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
|
І. Основни свойства на светлината
Основни оптични явления в природата и в началните изследвания по оптика (отражение, пречупване, цвят, температурно излъчване); теории за същността на светлината – исторически преглед; измерване на скоростта на светлината; ефекти на Доплер и на Черенков.
ІІ. Геометрична оптика
Приближение и закони на геометричната оптика; принцип на Ферма; извод на законите за отражение и пречупване на електромагнитни вълни на границата на два диелектрика, формули на Френел, пълно вътрешно отражение, световоди.
Центрирани оптични системи. Пречупване от сферична повърхнина. Тънка и дебела леща. Пречупване от сложни централни оптични системи. Недостатъци на на оптичните системи. Лупа, микроскоп, телескоп, проекционен апарат. Окото като оптичен апарат.
ІІІ. Вълнова оптика
Интерференция и дифракция на светлината. Интерференция на два снопа – условия. Кохерентност – времева и пространствена. Способи за получаване на кохерентни снопове. Интерферометри с два снопа (интерферометри на Майкелсон и на Жамен). Многолъчева интерференция (интерферометри на Фабри-Перо и на Лумер-Герке). Френелова дифракция – принцип на Хюйгенс-Френел. Фраунхоферова дифракция от един процеп. Дифракционна решетка. Характеристики на спектралните апарати. Дифракция на рентгенови лъчи в кристали. Холография.
Поляризация на светлината. Свойства и видове поляризирана светлина. Поляризация при отражение. Двойно пречупване в анизотропни среди. Интерференция на поляризирана светлина. Въртене равнината на поляризация – естествена оптична активност, ефекти на Фарадей и на Кер.
ІV. Измерване интензитета на лъчението и взъимодействие на оптичните вълни с веществото
Измерване интензитета на лъчението. Източници на светлина – характеристики. Детектори – характеристики. Основи на фотометрията. Колориметрия.
Класическо взаимодействие на светлината с веществото. Дисперсия на светлината – дисперсионни апарати и теория на дисперсията в диелектрици. Поглъщане и разсейване на
|
5 (2)
7 (4)
7 (6)
12 (8)
7 (4)
4 (-)
7 (3)
|
№
|
Тема
|
Часове
|
8.
9.
|
светлината в нехомогенни среди, молекулно и раманово разсейване. Оптика на металите – разпространение, отражение и пречупване на светлината върху границата на метала.
V. Квантова оптка
Поглъщане и излъчване на светлината. Лазери. Фотоефект – обяснение. Регистрация на фотони. Спектър на излъчване, видове излъчване – некохерентно (топлинно, луминисценция), кохерентно. Закони и изследване на температурното излъчване. Стимулирано излъчване. Инверсна населеност. Лазери.
Нелинейна оптика. Нелинейна поляризация на светлината – удвояване на честотата. Нелинейни параметрични ефекти. Нелинейна поправка към показателя на пречупване – самофокусиране и самодефокусиране.
|
8 (3)
3 (-)
|
В. Формата на контрол е:
Изпит за дисциплината и текуща оценка за семинарните упражнения към нея.
Условия за допускане до изпит:
1.Оценка не по-ниска от среден (3) от текущия контрол на семинарните упражнения.
Контролът на семинарните упражнения се провежда от техния ръководител. Той се изразява в провеждане на контролни работи върху задачи от всеки изучаван раздел. Общата текуща оценка от семинарните упражнения е осреднената оценка от всички контролни.
Оценяването на изпита се извършва при устна беседа по 2 (3) въпроса от двете части на програмата. Беседата се провежда от преподавателя и ръководителя на семинарните упражнения. Следват се общоприетите във Физическия факултет академични критерии. При оформяне на общата оценка с относително тегло около 20% се взема предвид текущата оценка от семинарните упражнения.
Г. Основна литература:
-
Ив. Лалов, “Електричество, магнетизъм, оптика – първото велико обединение”, София, Издателство на СУ, 2001, 2005.
Д. Допълнителна литература:
-
М. Илиев, “Оптика”, Издателство на СУ, София, 1998.
-
Е. Наджаков, “Физика. Електромагнитни и оптични явления”, Издателство на СУ, София, 2004.
-
Д. Сивухин, “Общий курс физики. Оптика”, “Наука”, Москва, 1980.
-
Г. Ландсберг, “Оптика”, “Наука”, Москва, 1976.
Дата: 01.10.2008 г. Съставил програмата:
/проф. дфзн Иван Лалов/
Сподели с приятели: |