Předmět: Fotonika

« Zpět
Název předmětu Fotonika
Kód předmětu NTI/FOT
Organizační forma výuky Přednáška + Cvičení
Úroveň předmětu Bakalářský
Rok studia 1
Četnost výuky Každý školní rok
Semestr Zimní a letní
Počet ECTS kreditů 5
Vyučovací jazyk Čeština
Statut předmětu Povinně-volitelný
Způsob výuky Kontaktní
Studijní praxe Nejedná se o pracovní stáž
Doporučené volitelné součásti programu Není
Vyučující
  • Kopecký Václav, prof. Ing. CSc.
  • Kotek Michal, Ing. Ph.D.
Obsah předmětu
Témata přednášek: 1. Interakce fotonů s atomy - spontánní emise, absorpce a stimulovaná emise. 2. Koherentní optický zesilovač - zisk zesilovače, fázové posunutí a frekvenční pásmo zesilovače. 3. Čerpání optického zesilovače - čtyřhladinové a tříhladinové čerpání, příklady čerpání. 4. Nelinearita a saturace -saturovaný koeficient zesílení, zesilovače s homogenním a nehomogenním rozšířením. 5. Lasery - teorie laserových oscilací, optické rezonátory a zpětná vazba, podmínky vzniku laserových oscilací. 6. Vlastnosti laserového záření - vnitřní a výstupní fotonový tok, spektrální složení a modová struktura laserového záření. 7. Impulsní lasery - spínání zisku, spínání jakosti Q dutiny, otevírání dutiny, modová synchronizace, příklady pulsních laserů. 8. Fotony v polovodičích - energetické pásy, koncentrace elektronů a děr, generování, rekombinace a injekce. 9. Interakce fotonů s elektrony a dírami - mezipásová absorpce a emise, rychlosti absorpce, spontánní a stimulované emise. 10. Luminiscenční diody - injekční elektroluminiscence, charakteristiky luminiscenčních diod. 11. Polovodičové laserové zesilovače - koeficient zesílení, šířka pásma, čerpání, špičkový koeficient zesílení. 12. Polovodičové injekční lasery - zesílení, zpětná vazba a oscilace, laserový práh, spektrální složení a modová struktura. 13. Vlastnosti polovodičových fotodetektorů - vnější a vnitřní fotoefekt, kvantová účinnost, citlivost, doba odezvy, vnitřní zisk. 14. Polovodičové fotodetektory - fotoodpory, fotodiody, lavinové fotodiody, šum fotodetektorů. Náplň cvičení: 1. Řešení příkladů: Interakce fotonů s atomy - absorpce, spontánní a stimulovaná emise. 2. Řešení příkladů: Laserové zesilovače - inverzní obsazení, zisk, optické čerpání, saturarace. 3. Řešení příkladů: Lasery - optické rezonátory, zesílení, podélné mody a modová selekce. 4. Experimentální úlohy s využitím He-Ne laseru. 5. Experimentální úlohy s využitím argonového laseru. 6. Experimentální úlohy s využitím Nd:YAG laseru. 7. Experimentální úlohy s dvoudutinovým Q-spínaným Nd:YAG laserem. 8. Řešení příkladů: Fotony v polovodičích - Fermiho funkce a Fermiho hladina, rychlosti absorpce a emise. 9. Řešení příkladů: Luminiscenční diody - injekční elektroluminiscence, spektrální šířka, kvantová účinnost. 10. Řešení příkladů: Laserové diody - špičkový koeficient zesílení, šířka pásma a prahová hustota proudu. 11. Řešení příkladů: Fotoodpor a fotodioda - kvantová účinnost, citlivost, doba odezvy, zisk a šum. 12. Řešení příkladů: Lavinová fotodioda - kvantová účinnost, citlivost, doba odezvy, zisk a šum. 13. Experimentální úlohy s využitím laserové techniky a fotodetektorů. 14. Experimentální úlohy s využitím laserové techniky a fotodetektorů.

Studijní aktivity a metody výuky
Monologický výklad (přednáška, prezentace, vysvětlování), Dialogické metody (diskuze, rozhovor, brainstorming), Samostatná práce studentů (studium textů, literatury, problémové úkoly,výzkum, pisemná práce), Demonstrace, Projektová výuka
  • Domácí příprava na výuku - 20 hodin za semestr
  • Příprava na zápočet - 14 hodin za semestr
  • Příprava na zkoušku - 60 hodin za semestr
  • Účast na výuce - 56 hodin za semestr
Výstupy z učení
Předmět je úvodem do fotoniky. Studenti se seznámí s vybranými partiemi z kvantové elektroniky a optiky, zejména s lasery, polovodičovými zdroji záření a detektory.
Student se seznámí s vybranými partiemi z kvantové elektroniky a optiky a získá základní znalosti zejména o laserech, polovodičových zdroji záření a detektorech, včetně praktických aplikací.
Předpoklady
Základní znalosti z matematiky a fyziky.

Hodnoticí metody a kritéria
Kombinovaná zkouška, Ústní zkouška, Písemná zkouška

Podmínkou zápočtu je aktivní účast na cvičeních. Podmínkou zkoušky je správné zodpovězení zadaných otázek.
Doporučená literatura
  • Bahaa, E., A., Saleh, Malvin, C., T.:. Základy fotoniky, svazek 1,2,3 a 4.. MATFYZPRESS, Praha, 1996. ISBN 80-85863-00-6.
  • Kopecký, V.:. Učební texty k předmětu Základy fotoniky. TU Liberec, 1998.


Studijní plány, ve kterých se předmět nachází
Fakulta Studijní plán (Verze) Kategorie studijního oboru/specializace Doporučený ročník Doporučený semestr
Fakulta: Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Studijní plán (Verze): Aplikované vědy v inženýrství (2019) Kategorie: Speciální a interdisciplinární obory 3 Doporučený ročník:3, Doporučený semestr: Letní
Fakulta: Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Studijní plán (Verze): Mechatronika (2016) Kategorie: Speciální a interdisciplinární obory 1 Doporučený ročník:1, Doporučený semestr: Letní