🗊Презентация Физическая оптика «ФОТОНИКА». Лекция 1: Введение

Физическая оптика «ФОТОНИКА» А.В. Шамрай, д.ф.- м.н. Курс лекций 2014 г.

Преподаватель Преподаватель Шамрай Александр Валерьевич д.ф.-м.н., ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН Книги Борн М. Вольф Э. Основы оптики. Ахманов С.А., Никитин С.Ю. Физическая оптика: Учебник (МГУ) Агравал Г. Нелинейная волоконная оптика. 1996. Ярив А., Юх П. Оптические волны в кристаллах. Ландсберг, Г. С. Оптика : учеб. пособие для вузов / Г. С. Ландсберг .— Изд. 5-е, перераб., доп. — М. : Наука, 1976 — 926 с. Фриман, Роджер. Волоконно-оптические систе-мы связи / Р. Фриман ; пер. с англ. под ред. Н. Н. Слепова .— 3-е изд., доп .— М. : Техносфера, 2006 .— 495 с Интернет ресурсы http://optdesign.narod.ru/book.htm http://www.ph4s.ru/book_ph_opt_volok.html http://x311.siteedit.ru/books

Содержание курса лекций Базовые фундаментальные понятия классической и квантовой оптики. Основные практические применения. Новые направления и тенденции развития оптики (фотоника).

Требования для экзамена Активность в решение и защите домашних заданий (экзамен автоматом) Устный экзамен: теоретический вопрос + решение задачи

Лекция 1: Введение

Развитие оптики Древняя греция (Пифагор, Платон, Аристотель) Прямолинейное распространение лучей, закон отражения Законы преломления не удалось объяснить Оптические приборы (Г. Галилей) Природа света Корпускулярная (Ньютон) Волновая (Юнг, Френель) Электромагнитная (Максвелл) Взаимодействие света с веществом Квантовая теория света Оптика в информационных технологиях Связь Память Датчики

Что такое фотоника? Термин возник в области информационных технологий по аналогии с электроникой. Электроника - генерация и управления электронами. Фотоника - генерация и управление фотонами

«Фотоника» - производная слова фотон

Электромагнитная шкала

Закон Мура

Рост температуры процессора с ростом частоты

Электронные интегральные схемы или оптические

Ключевые компоненты и технологии

Ключевые компоненты и технологии

Области применения Информационные технологии Увеличение скорости управления светом Уменьшение размеров устройств Управление света светом Новые применения Медицина Спектроскопия с высоким временным и пространственным разрешением Уникальное научное оборудование Обработка материалов Энергетика Новые оптические материалы

Области применения Кремниевые интегральные схемы симбиоз фотоники и электроники уменьшение радиуса поворота волноводов

Области применения Биомедицинские применения Новая быстро развивающаяся область

Области применения Уникальное научное оборудование Lawrence Livermore Laboratory построен лазер с пиковой мощностью более 1015 Вт

Области применения Обработка материалов

Области применения Энергетика

Области применения Новые материалы Органическая (полимерная) фотоника Фотонные кристаллы и метаматериалы

Новая физика Нано Новые необычные свойства Быстрее скорости света

Лекция 1: Лучевая оптика

«Фотоника» - производная слова фотон

Лучевая оптика (геометрическая оптика) Оперирует с понятием лучей, независимых друг от друга и подчиняющихся определенным законам распространения. Луч –абстрактное понятие , а геометрическая оптика предельный случай длина волны гораздо меньше размеров объектов) В изотропных средах (стекло, воздух) лучи эквивалентны направлению распространения света Применяется для расчета оптических систем формирования изображений (объективы, микроскопы, телескопы и т.п.

Постулаты геометрической оптики Свет распространяется в виде независимых лучей Показатель преломления определяет скорость распространения света Принцип Ферма (1660)

Лучи Однородная среда [n( r )= const] Луч прямая Неоднородная среда В неоднородной среде луч изгибается в сторону увеличения показателя преломления

Законы геометрической оптики Закон преломления (Закон Снелла XVII век) Закон отражение (вывести самостоятельно) Экстремум означает не только минимум Пример: отражение от эллиптической поверхности

Построение изображений Точка в точку - точечные изображения (стигматическое, волновая поверхность сфера) Точка – источник расходящихся лучей Параболическое зеркало F –фокус Фокус положительный Сферическое зеркало Для параксиальных лучей (малый угол к оптической оси R – отрицательный для вогнутой поверхности и Положительный для выпуклой

Построение изображений Сферическое зеркало

Построение изображений Преломление на сферической поверхности (параксиальное приближение) Сферическая линза

Построение изображений Тонкая линза

Аберрации Ошибки, или погрешности изображения, вызываемые отклонением луча от направления в идеальной оптической системе. Сферическая Кома (греч. волосы) Без нарушения симметрии Для удаленных от оси точек Астигматизм Кривизна поля Дисторсия Хроматическая

Матричная оптика