Введение в экспериментальную оптику

Магистратура 2023/2024

Лучший по критерию «Полезность курса для расширения кругозора и разностороннего развития»

Лучший по критерию «Новизна полученных знаний»

Статус: Курс обязательный (Физика)

Направление: 03.04.02. Физика

Кто читает: Департамент физики

Где читается: Санкт-Петербургская школа физико-математических и компьютерных наук

Когда читается: 1-й курс, 1, 2 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Охват аудитории: для своего кампуса

Преподаватели: Надточий Алексей Михайлович

Прогр. обучения: Физика

Язык: русский

Кредиты: 6

Контактные часы: 28

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Курс направлен на освещение различных аспектов постановки и проведения физических (в первую очередь — оптических) экспериментов. В курсе рассматриваются вопросы построения оптических схем для различных экспериментов, фундаментальных и инструментальных ограничений, особенностей использования оптических элементов и приборов, безопасности работы с мощными лазерными источниками излучения, а также методы подавления шумов и типовые подходы к начальной обработке данных. Данный курс рассматривается как дополнение к курсам общей физики и физической оптики для студентов, интересующихся экспериментальной физикой, и призван дать навыки грамотного, эффективного и безопасного использования приборов и инструментов, а также понимание возможностей и ограничений при проведении оптических экспериментов.

Цель освоения дисциплины

Формирование базовых знаний безопасного поведения в оптической лаборатории, постановки оптических (и не только) экспериментов, современных исследовательских методик.

Планируемые результаты обучения

Умеет строить ход луча в системах тонких линз.
Знает отличие различных видо диафрагм.
Знает особенности применения различных оптических систем.
Знает строение и особенности глаза.
Знает отличие ближней и дальней зоны дифракции.
Знает свойства преобразования Фурье.
Знает критерии оптического разрешения.
Знает принципы борьбы с аберрациями в оптических системах.
Знает принципы безопасной работы с лазерным излучением.
Знает как подобрать защитные лазерные очки.
Знает основные принципы конструирования оптических приборов.
Может рассчитать количество степеней свободы контактной пары.
Имеет представление о погрешностях в оптических приборах.
Имеет представление об основных положениях теории надежности приборов.
Знает общие принципы борьбы с шумами и наводками.
Знает характеристики излучения различных источников.
Знает особенности разных типов приемников оптического излучения.
Умеет выбрать оптимальный приемник оптического излучения для заданной задачи.
Имеет представление о типовых оптических экспериментах.
Имеет представление о современных сложных оптических экспериментах (TRPL, NSOM, BER, eye-diagram).
Знает назначение различных вспомогательных приборов (монохроматор, ПИД-регулятор, параметрический генератор и др.)
Имеет представление о начальной обработке экспериментальных данных, принципах аппроксимации зависимостей.

Содержание учебной дисциплины

Геометрическая оптика
Типы оптических систем.
Чувствительность человеческого глаза.
Дифракция Френеля и Фраунгофера. Преобразование Фурье.
Разрешение оптических систем.
Поляризация оптического излучения.
Оптические фильтры.
Принципы безопасной работы с лазерным излучением.
Базирование деталей.
Погрешности в оптических приборах.
Основы теории надежности приборов.
Шумы, наводки и фон в оптическом эксперименте
Источники излучения.
Приемники оптического излучения.
Оптические эксперименты.
Лабораторные оптические приборы.
Основы обработки данных.

Элементы контроля

Характеристики оптического излучения и свойства оптических систем.
Викторина состоит из нескольких вопросов аудитории. Цель - контроль усвоения материала первых 8ми тем, куда входит: геометрическая оптика, простые оптические системы, свойства излучения (поляризация, дифракция), особенности человеческого глаза и принципы безопасности в лаборатории.
Экзамен по всем темам.
Экзамен. Студентам случайным образом предлагается несколько контрольных вопросов (3) по всем темам курса. Студенты могут составить письменный ответ, однако потребуется его защита - пояснения и ответы на доп. вопросы.

Промежуточная аттестация

2023/2024 учебный год 2 модуль
0.4 * Характеристики оптического излучения и свойства оптических систем. + 0.6 * Экзамен по всем темам.

Программа дисциплины