Detail předmětu

Kvantová a laserová elektronika

FEKT-MPC-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

čeština

Počet kreditů

5

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, minimum 10 bodů), inepovinný ndividuální projekt (až 5 bodů). Zkouška má povinnou písemnou část (až 50 bodů, minimum 20 bodů) a nepovinnou ústní část (až 15 bodů).  Obsah zkoušky odpovídá anotaci předmětu.

Pro získání zápočtu je potřeba absolvovat celou laboratorní výuku a získat alespoň 10 bodů z lab. výuky. Pro úspěšné složení povinné písemné závěrečné zkoušky je potřeba dosáhnout minimálně 20 bodů. 

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

SALEH, Bahaa E. A. a TEICH, Malvin Carl. Základy fotoniky: Fundamentals of photonics. Praha: Matfyzpress, 1996. ISBN 80-85863-00-6. (CS)
WILFERT, O. Kvantová a laserová elektronika. Učební text. UREL VUT v Brně, Brno 2012. (CS)

Doporučená literatura

MURPHY, Douglas B. a DAVIDSON, Michael W. Fundamentals of light microscopy and electronic imaging. 2nd ed. Hoboken: Wiley-Blackwell, 2013. ISBN 978-0471692140. (EN)

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPC-AUD magisterský navazující

    specializace AUDM-ZVUK , 0 ročník, zimní semestr, volitelný

  • Program MPC-BIO magisterský navazující 0 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
  • Program MPC-EAK magisterský navazující 1 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
  • Program MPC-EEN magisterský navazující 1 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
  • Program MPC-EKT magisterský navazující 2 ročník, zimní semestr, povinný
  • Program MPC-MEL magisterský navazující 1 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
  • Program MPC-TIT magisterský navazující 1 ročník, zimní semestr, povinně volitelný

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.
Ing. Alžbeta Kovaľová

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