Eksperimentel optik og lasere (Q4) ( forår 2011 - 5 ECTS )
Rammer for udbud
-
Uddannelsessprog:
engelsk (eller dansk)
-
Niveau:
Kandidatkursus
-
Semester/kvarter:
4. kvarter
-
Timer per uge:
7
-
Deltagerbegrænsning:
Maksimalt 12 deltagere, der udvælges på baggrund af de studerendes studiemæssige situation og anciennitet.
-
Undervisningssted:
Århus
-
Hovedområde:
Det Naturvidenskabelige Fakultet
-
Udbud ID:
27123
Formål
Kursets formål er at give de studerende et indgående kendskab til eksperimentel optik og lasere.
Obligatorisk program
Gennemførsel af de eksperimentelle øvelser er en forudsætning for at kunne melde sig til eksamen.
Indhold
Kurset giver de studerende indgående viden om optik, både teoretisk og eksperimentelt. Optiske afbildninger beskrives med både stråle- og bølgeoptik, og der gives en introduktion til afbildningsfejl og optiske detektionsmetoder. Yderligere giver kurset indgående viden om laseres opbygning, brug og karakterisation. De studerende får eksperimentel erfaring med både kontinuerte, Q-switchede (nanosekund) og modelåste (femtosekund) lasere. Endelig gives en teoretisk og eksperimentel indføring i ikke-lineære optiske metoder.
Kursets eksperimentelle del tilrettelægges som mindre projekter eller øvelser i relation til forelæsningerne, der samtidig i løbet af kurset vil præsentere den studerende for en række konkrete eksperimentelle værktøjer. Følgende emner forventes således dækket:
-
Geometrisk optik; den paraksiale approksimation, refraktiv og refleksiv optik, billeddannelse. Regnetekniske metoder, ABCD matricer. Afbildningsfejl (kromatiske og akromatiske), "ray-tracing".
-
Bølgeoptik; diffraktion, Gaussiske beams. Kavitetsstabilitet og -modes.
-
Grundlæggende polarisations optik: dobbeltbrydende krystaller, halv- og kvart-bølgeplade
-
Lasere; pumpning, populationsinversion og forstærkning, tærskel, laserkaviteter og -modes.
-
Forskellige lasertyper; gaslasere, faststoflasere, farvestoflasere, diodelasere.
-
Kontinuerte lasere; single- og multimode, frekvensstabilisering, etaloner.
-
Q-switchede lasere; akustooptisk og elektrooptisk Q-switch, kontinuert og pulseret pumpning.
-
Mode-låste lasere; Aktiv og passiv modelåsning.
-
Spektral diagnostik; optiske spektrometre, Fabry-Perot interferometer, lambdameter. Optogalvaniske lamper.
-
Rumlig diagnostik; variabel apertur, skannende knivsblad eller pinhul, CCD kamera.
-
Tidslig diagnostik; fotodiode, avalanche-fotodiode, foto-multiplier rør, hurtig analog elektronik og oscilloskoper. Optiske kryds-korrelations teknikker.
-
Ikke-lineær optik; anden-ordens harmonisk generation, højere-ordens effekter, Raman processen og Raman celle.
Læringsmål
Når kurset er færdigt forventes den studerende at kunne:
-
anvende metoder og resultater fra den teoretiske beskrivelse af optik og lasere til at løse opgaver i relation til eksperimentelle opstillinger.
-
opstille, udføre og beskrive konkrete eksperimenter i relation til optik og lasere.
-
analysere konkrete optiske opstillinger og opbygge disse med baggrund i anvendelse af den relevante teoretiske beskrivelse og under hensyntagen til egen og andres sikkerhed i laboratoriet.
-
sammenligne forskellige teoretiske beskrivelser af optiske eksperimenter og diskutere deres styrker og svagheder.
-
beskrive udførligt, hvordan konkrete optiske parametre bestemmes eksperimentelt.
-
perspektivere egenskaberne af forskellige typer af pulserede og kontinuerte lasere.
Faglige forudsætninger
Der forudsættes et vist kendskab til lasere, eksempelvis svarende til Laserfysik eller Laserkemi.
Underviser
Peter Balling (med bidrag fra Michael Drewsen, Henrik Stapelfeldt og Jan Thøgersen)
Undervisnings- og arbejdsform
Kurset består af 2 timers forelæsning, 3 timers laboratorieøvelser og 2 timers teoretiske øvelser per uge.
Kurset har en teoretisk og en eksperimentel del. Den teoretiske del består af en ugentlig dobbeltforelæsning, der danner baggrund for de efterfølgende eksperimentelle øvelser. Ved de teoretiske øvelser regnes opgaver i relation til forelæsninger og de eksperimentelle data efterbehandles.
Kurset gives på engelsk, hvis der er deltagere, som ikke taler dansk.
Litteratur
Fastlægges endeligt senere, men sandsynligvis F. L. Pedrotti, L. M. Pedrotti og L. S. Pedrotti "Introduction to optics, 3rd edition", Prentice Hall, New Jersey 2007. Herudover benyttes den bog om lasere, som de studerende har med fra deres tidligere kursus (eks. Milloni og Eberly "Lasers"). Endelig vil der blive udleveret supplerende noter.
Kursushjemmeside
http://www.aula.au.dk/
Eksamensterminer
Eksamen: 4. kvarter
Reeksamen: Efter aftale med faglærer
Udbyder
Institut for Fysik og Astronomi
Tilmelding til undervisning
Via selvbetjeningen på
http://mit.au.dk/
Bedømmelse
-
Mundtlig eksamen med alle sædvanlige hjælpemidler, 25 min forberedelsestid (25 min eksamination)
-
Bedømmes efter 7-trinsskala
-
Medvirken af intern censor
Der trækkes en af de gennemførte eksperimentelle øvelser. Eksamen foregår i øvelseslaboratoriet og omfatter såvel den studerendes praktiske færdigheder som dennes viden om den tilgrundliggende teori.
