Εφαρμοσμένη Οπτική και Τεχνολογίες Laser

ΜΑΘΗΣΙΑΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

Κύριος στόχος του μαθήματος είναι η εξειδίκευση των γνώσεων των φοιτητών και η απόκτηση δεξιοτήτων σε επιλεγμένα θέματα τεχνολογικών εφαρμογών που βασίζονται στην αλληλεπίδραση ακτινοβολίας-ύλης, στις τεχνολογίες των οπτικών οργάνων και των σύνθετων οπτικών συστημάτων, στις τεχνολογίες των laser και στη φωτονική.

Μετά το τέλος του μαθήματος οι φοιτητές θα είναι σε θέση:

• να επεξηγούν σε μη ειδικούς τους μηχανισμούς αλληλεπίδρασης Ύλης & Ακτινοβολίας λαμβάνοντας υπόψη και στοιχεία από τη σύγχρονη κβαντομηχανική.
• να σχεδιάζουν σύνθετα οπτικά συστήματα και να προσδιορίζουν τα χαρακτηριστικά τους.
• να αξιολογούν κριτικά τους διαφορετικούς τύπους και τεχνολογίες των laser, τον τρόπο λειτουργίας τους και τις εφαρμογές τους στην βιομηχανία, τις επικοινωνίες, τη πληροφορική, την τηλεπισκόπηση και τη γεωπληροφορική γενικότερα.
• να προσδιορίζουν τα χαρακτηριστικά των οπτικών ινών και να αξιολογούν τη χρήση τους στις οπτικές επικοινωνίες.
• να αναγνωρίζουν και να αξιολογούν κριτικά τις τεχνικές της συμβολομετρίας και τις εφαρμογές της.
• να προσδιορίζουν τα χαρακτηριστικά οργάνων φασματομετρίας έχοντας αφομοιώσει τους βασικούς φυσικούς μηχανισμούς στους οποίους στηρίζεται η τεχνολογία για την ανίχνευση ακτινοβολίας και η φασματική ανάλυση.
• να αναλύουν και να εκμεταλλεύονται τις επερχόμενες τεχνολογικές εξελίξεις στον τομέα της φωτονικής και να αξιολογούν κριτικά την επίδραση τους στην γεωπληροφορική, την πληροφορική γενικότερα και τις τηλεπικοινωνίες.
• να αναζητούν και να αξιολογούν βιβλιογραφικές πηγές για τη μελέτη ερευνητικών θεμάτων σε διάφορες επιστημονικές περιοχές της Οπτικής και των Laser,
• να συνεργάζονται με συμφοιτητές τους για την εκπόνηση και παρουσίαση πειραματικής μελέτης.

 

Γενικές Ικανότητες

• Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών
• Προσαρμογή σε νέες καταστάσεις
• Αυτόνομη εργασία
• Ομαδική εργασία
• Λήψη αποφάσεων
• Εργασία σε διεπιστημονικό περιβάλλον
• Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης

 

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

Θεωρητικό Μέρος

• Προχωρημένα θέματα γεωμετρικής οπτικής, σφάλματα φακών, σύνθετα οπτικά συστήματα, θεωρία πινάκων.
• Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας – ύλης: εισαγωγή στην κβαντική δομή της ύλης, οπτικές ιδιότητες υλικών, ενεργειακές ζώνες, μηχανισμοί οπτικής απορρόφησης, φθορισμός – αυθόρμητη εκπομπή ακτινοβολίας, σκέδαση, διάθλαση, ανάκλαση, πόλωση φωτός, εξισώσεις Fresnel, ατμοσφαιρική οπτική.
• Οπτικές Ίνες & κυματοδηγοί: διάδοση φωτός, είδη οπτικών Ινών και εφαρμογές, οπτικές επικοινωνίες, μετάδοση πληροφορίας, οπτική διαμόρφωση.
• Συμβολή-Περίθλαση: οπτική συμφωνία, συμβολόμετρα και εφαρμογές, περίθλαση Fresnel και Fraunhofer, φασματοσκοπία Fourier.
• Φωτομετρία, φωτεινές πηγές και νόμοι της ακτινοβολίας.
• Οπτικά όργανα, ανιχνευτές και εφαρμογές: μικροσκόπιο, ηλεκτρονική μικροσκοπία, τηλεσκόπιο, φασματική ανάλυση φωτός και εφαρμογές, φασματογράφοι, ολογραφία, οπτική Fourier, συστήματα ανίχνευσης και καταγραφής φωτός, ενίσχυση σήματος, φωτοπολλαπλασιαστές και συσκευές ICCD, θερμική απεικόνιση θερμογραφία, υπερφασματικές κάμερες.
• Εισαγωγή στην τεχνολογία των laser: συντελεστές Αϊνστάιν, εξαναγκασμένη εκπομπή φωτός, αντιστροφή πληθυσμών, συνθήκες ενίσχυσης ακτινοβολίας, οπτικές κοιλότητες-αντηχεία, ιδιότητες της ακτινοβολίας laser, διάδοση δέσμης laser.
• Συστήματα laser: συνήθη συστήματα laser, laser συνεχούς λειτουργίας, παλμικά laser, παράμετροι λειτουργίας laser, Q-switching, ασφάλεια χρήσης των laser, μη γραμμική οπτική, εφαρμογές των laser, τεχνολογίες ελέγχου κατεύθυνσης οπτικής δέσμης (laser scanners).
• Εισαγωγή στη σύγχρονη φωτονική, κβαντική οπτική, κβαντική πληροφορική, κβαντικοί υπολογιστές, κβαντική κρυπτογραφία.

 

Εργαστηριακό Μέρος

• Μελέτη χαρακτηριστικών και διάδοσης δέσμης laser
• Φασματομετρία γνωστών και άγνωστων πηγών ακτινοβολίας
• Ασφάλεια- προστασία από ακτινοβολία laser και χειρισμός δέσμης με laser scanners
• Συμβολή και περίθλαση δέσμης laser
• Οπτικές επικοινωνίες – περιορισμός μήκους ζεύξης οπτικής ίνας λόγω εξασθένισης και λόγω διασποράς

 

Μέθοδος Αξιολόγησης

• Τελική Γραπτή εξέταση (60% του τελικού βαθμού) διαβαθμισμένης δυσκολίας, που μπορεί να περιλαμβάνει ερωτήσεις σύντομης απάντησης, επίλυση απλών και σύνθετων προβλημάτων και ερωτήσεις κατανόησης της ύλης.
• Αξιολόγηση της ατομικής ερευνητικής μελέτης και της προφορικής παρουσίασης της με χρήση ΤΠΕ (20% του τελικού βαθμού).
• Αξιολόγηση της ομαδικής εργαστηριακής μελέτης και της προφορικής παρουσίασης της με χρήση ΤΠΕ (20% του τελικού βαθμού).

Τα κριτήρια της τελικής αξιολόγησης έχουν παρουσιασθεί πριν την τελική γραπτή εξέταση στους φοιτητές και η επιμέρους βαθμολογία των θεμάτων αναγράφεται σε αυτά. Οι φοιτητές μπορούν να δουν το γραπτό τους και τις επιμέρους βαθμολογίες τους στα θέματα, καθώς επίσης να λάβουν διευκρινήσεις σχετικά με αυτές αφού επισημανθούν τα όποια λάθη τους.

 

ΣΥΝΙΣΤΩΜΕΝΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

Ελληνική

1. Δ. Ζευγώλης, 2016, Εφαρμοσμένη Οπτική, 3η έκδοση (με θέματα οπτικών ινών και Λέιζερ), εκδόσεις Α. Τζιόλα & Υιοί ΑΕ
2. Hecht Eugene (επιστ. επιμ. Βές Σωτήρης), 2018, Οπτική, εκδόσεις Γ. Δαρδανός
3. M. Young, 2008. ΟΠΤΙΚΗ ΚΑΙ ΛΕΙΖΕΡ, πανεπιστημιακές εκδόσεις ΕΜΠ

 

Ξενόγλωσση

1. B. E. A. Saleh, M. C. Teich, 2007, Fundamentals of Photonics, Second Edition, John Wiley and Sons Ltd
2. Eugene Hecht, 2016. Optics, Pearson Education.
3. M. Young, 2000 , Optics and Lasers, Springer-Verlag Berlin Heidelberg
4. Das, Pankaj K., 1991, Lasers and Optical Engineering, Springer-Verlag Berlin Heidelberg
5. Charles A. DiMarzio, 2011, Optics for Engineers, CRC Press

 

Συναφή επιστημονικά περιοδικά

1. Applied Optics, Optical Society of America Publishing
2. Advances in Optics and Photonics, Optical Society of America Publishing
3. Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics, IOP Publishing
4. Journal Of Optics A: Pure and Applied Optics, IOP Publishing
5. IEEE Photonics Journal, IEEE
6. Laser Physics, IOP Publishing