Faglig innhold

Geometrisk optikk. Matrisebeskrivelse av avbildningssystem. Abberasjon. Rekapitulering av bølgeteori og polarisasjon. Optisk bølgeledning og fiberoptikk. Koherens, korrelasjon og interferens. Fourierbeskrivelse av diffraksjon. Introduksjon til optiske målesystemer: øyet, kamera, teleskop, mikroskop. Introduksjon til optisk spektroskopi, lyskilder og lysdeteksjon.

Læringsutbytte

Studenten skal beherske den geometriske optikktilnærmelsen, strålebaneligninga utledet fra Fermats prinsipp (variasjonsprinsippet) og fra bølgebeskrivelsen, design av optiske systemer i den gaussiske paraksialtilnærmelsen med inngående kjennskap til gaussiske og newtonske avbildningsrelasjoner, kardinalpunkter og paraksial matriseformalisme for brytende og reflekterende optiske system. Studenten skal oppnå solid forståelse av bildedannelse (både i den geometriske optikktilnærmelsen og i gausstilnærmelsen) og grunnleggende kunnskap om bildeforvrengningsavvik fra gausstilnærmelsen. Studenten skal forstå sammenhengen mellom pupiller og bølgeoptikk med hensyn til oppløsningskriterier for optiske system. Studenten skal forstå sammenhengen mellom bildekvalitet og aperturer.
Bølgeoptikkdelen av kurset skal gi studenten solide grunnkunnskaper innen interferometri, koherens, polarisasjon, og diffraksjon, inklusive grunnleggende fourieroptikk og bølgebeskrivelsen av bildedannelse. Studenten skal kunne analysere og forstå interferens mellom plane bølger og kulebølger; refleksjon og transmisjon av planbølger; og optisk bølgeledning innen tynne flater og optiske fibrer. Studenten skal oppnå inngående kunnskap om lysets polarisasjon og dets forandring ved refleksjon og transmisjon gjennom flater, plater og tynne filmer, og kunne analysere optiske system ved hjelp av Jones-formalismen. Studenten skal kunne utlede interferensligninger for plane bølger fra tynne filmer og Fabry-Perot type strukturer, og forstå polarisasjonsforandringer ved refleksjon og transmisjon gjennom plane flater. Studenten skal kunne utlede Fresnel og Fraunhofer diffraksjonsintegralet og kjenne deres gyldighetsområde. Studenten skal kunne utlede Braggs diffraksjonsformel fra bølgeoptikk og forstå "missing orders" i et diffraksjonsspektrum. Studenten skal kunne bruke konvolusjonsteoremet i fourieroptikk til å analysere diffraksjon fra komplekse systemer. Endelig skal studenten bli kjent med optiske bildedannende systemer som øyet, kamera, teleskop og mikroskop.

Læringsformer og aktiviteter

Forelesninger og demonstrasjoner, regneøvinger, obligatoriske laboratorieøvinger. En obligatorisk innlevering/prosjekt i geometrisk optikk-analyse av optisk avbildnings-system. Emnet undervises på engelsk dersom internasjonale mastergradsstudenter følger emnet. Når undervisning og undervisningsmateriell er på engelsk, kan det tenkes at eksamen vil bli gitt kun på engelsk. Utsatt eksamen (kontinuasjonseksamen i august) kan bli endret fra skriftlig til muntlig.

Obligatoriske aktiviteter

• Laboratorieøvinger

Anbefalte forkunnskaper

Emnet TFY4160/FY1002 Bølgefysikk eller tilsvarende forkunnskaper.

Kursmateriell

Lærebok: E. Hecht "Optics" - 4th ed. (Addison Wesley; N.-Y. 2002).

Studiepoengreduksjon