Detail předmětu

Quantum and Laser Electronics

FEKT-MPA-KVEAk. rok: 2022/2023

Studenti se seznámí se základními postuláty kvantové mechaniky, Schrödingerovou rovnicí, vlnovou funkcí, principem neurčitosti, statistickou termodynamikou, vzájemným působením záření a látky, základními vlastnostmi laserového záření, principem funkce a vlastnostmi laserů, detekcí laserového záření, účinky laserového záření na lidský organismus a využitím laserů v lékařství, průmyslu a telekomunikacích. Studenti získají přehled o elektromagnetické spektroskopii a elektronové a optické mikroskopii. V individuálním projektu studenti budou řešit konkrétní aplikace laseru.

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

Garant předmětu

doc. Ing. Lucie Hudcová, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav radioelektroniky (UREL)

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu bude schopen: (a) popsat základní principy kvantové teorie a statistické termodynamiky; (b) popsat interakci záření a látky; (c) vysvětlit princip funkce laseru; (d) porovnat jednotlivé druhy laserů a diskutovat jejich výhody a nevýhody; (e) popsat účinky laserového záření na lidský organismus; (f) vyjmenovat a popsat využití laserů v praxi; (g) popsat a vysvětlit principy elektromagnetické spektroskopie; (h) popsat princip funkce a porovnat elektronové a optické mikroskopy.

Prerekvizity

Jsou požadovány znalosti na úrovni bakalářského studia.

Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby znalé pro samostatnou činnost“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

 

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky, numerická a laboratorní cvičení. Předmět využívá e-learning (Moodle). Student odevzdává jeden samostatný projekt.

Způsob a kritéria hodnocení

Hodnotí se: 2 nepovinné testy (až 10 bodů za oba testy), 5 povinných laboratorních úloh (až 20 bodů, minimálně je potřeba). Zkouška má povinnou písemnou část (až 50 bodů) a povinnou ústní část (až 20 bodů).  Obsah zkoušky odpovídá anotaci předmětu. 

Osnovy výuky

1. Historie kvantové a laserové elektroniky.
2. Elementární částice a jejich vlastnosti.
3. Struktura hmoty a statistická termodynamika.
4. Interakce záření a látky.
5. Optické rezonátory.
6. Teorie laseru.
7. Teorie laserových diod a LED.
8. Plynové, pevnolátkové a kapalinové lasery.
9. Vláknové a polovodičové lasery.
10. Elektromagnetická spektroskopie.
11. Elektronová a optická mikroskopie.
12. Pokročilé fotonické systémy.
13. Aplikace laserové a kvantové elektroniky.

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty se základy kvantové a laserové elektroniky, kvantovou teorií a statistickou termodynamikou, objasnit interakci záření a látky, ukázat speciální vlastnosti laserového záření a vysvětlit princip funkce laserů. Dalším cílem je seznámit studenty s druhy laserů, jejich parametry a použitím, rozebrat účinky laserového záření na lidský organismus a ukázat využití laserů v lékařství, průmyslu a telekomunikacích. Studenti se také seznámí s principem elektromagnetické spektroskopie, elektronovou a optickou mikroskopií a pokročilými fotonickými systémy.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Základní literatura

Murphy, D., B., Davidson, M., W.: Fundamentals of Light Microscopy and Electronic Imaging. Wiley-Blackwell, 2012. ISBN 978-0471692140. (EN)
Saleh, B., E., Teich, M., C.: Fundamentals of photonics. Wiley , 2012. ISBN 978-8126537747. (EN)
Uysal, M., Capsoni, C., Ghassemlooy, Z., Boucouvalas, A., C., Udvary E.: Optical Wireless Communications: An Emerging Technology (Signals and Communication Technology). Springer 2016. ISBN 978-3319302003 (EN)

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPAD-BIO magisterský navazující 2 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
  • Program MPA-EAK magisterský navazující 1 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
  • Program MPA-EEN magisterský navazující 1 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
  • Program MPA-MEL magisterský navazující 1 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
  • Program MPAJ-TEC magisterský navazující 2 ročník, zimní semestr, povinný
  • Program MPAD-MEL magisterský navazující 1 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
  • Program MPA-TEC magisterský navazující 2 ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Lucie Hudcová, Ph.D.

Osnova

Úvod do kvantové elektroniky
Historie kvantové a laserové elektroniky
Základy kvantové a laserové elektroniky
Elementární částice a jejich základní vlastnosti
Schrödingerova rovnice
Statistická termodynamika
Interakce záření a látky
Optické rezonátory
Teorie laserů
Plynové lasery
Pevnolátkové, kapalinové a polovodičové lasery
Aplikace laserové techniky
Budoucnost kvantové a laserové elektroniky

Cvičení odborného základu

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Lucie Hudcová, Ph.D.

Laboratorní cvičení

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Lucie Hudcová, Ph.D.

Osnova

1 Měření energetických vlastností záření polovodičového laseru
2 Měření vlnové délky laserového záření
3 Měření šířky laserového svazku a poloměru křivosti vlnoplochy laserového svazku
4 Měření světelné charakteristiky laserové diody a LED
5 Bezpečnost práce při manipulaci se zdroji laserového záření

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz