Optica

Optics

Studiewijzer 2022/2023

Globale inhoud

The properties of vibrations and waves determine many phenomena of our daily life, both microscopic and macroscopic. This course is a continuation of the course "Trillingen en Golven" and describes the elementary properties of light waves such as interference, diffraction, and polarization. The emphasis is on light waves, but a connection is made with wave functions in Quantum Mechanics to deepen the understanding of Quantum Mechanics as well. The starting points are Maxwell's equations, which lead to a wave equation for light. Questions such as why light travels the shortest distance, why do light and radio waves diffract, what is tunneling, and how is it that under certain conditions light is not reflected at a reflecting surface, will be addressed during the lecture. Interference will play a crucial role in the explanation of these effects. Some classical experiments will also be reviewed to illustrate the theory.

This course is a foundational course in the Physics and Astronomy curriculum. The mathematical foundations established in the first year are applied and deepened, such as solutions of differential equations and working with complex numbers. The basics of new mathematical principles, such as Fourier analysis, are applied. This foundation of theoretical and applied optics is relevant to countless subjects in science and engineering.

Studiemateriaal

Literatuur

• Book Optics by E. Hecht - the latest International Edition (at least the Fourth Edition, see study guide)

Software

• Python / Jupyter with numpy and matplotlib (optional)

Leerdoelen

• Be able to explain what waves are and describe them mathematically, as well as apply the wave equation and set up differential equations given a physical vibration/wave problem. The mathematical description includes the basics of Fourier analysis and complex solutions.
• Be able to explain such phenomena as reflection, interference, standing waves, resonance, diffraction, and refraction. Be able to recognize these phenomena in given situations and apply the relevant mathematical techniques or descriptions in the context of this subject.
• Be able to explain and apply Huygens' principle, the plane wave expansion, and Fermat's principle.
• Be able to explain how the Fresnel coefficients are derived. Derive them themselves, given the relevant laws of electrodynamics. To apply the Fresnel coefficients to polarization states of light.
• Be able to explain and mathematically describe the operation of optical elements such as slits and gratings based on Fraunhofer diffraction and the operation of the Fabry-Perot interferometer.

Onderwijsvormen

• Hoorcollege
• Werkcollege

Verdeling leeractiviteiten

Aanwezigheid

Aanwezigheidseisen opleiding (OER-B):

• Van elke student wordt actieve deelname verwacht aan het onderwijsonderdeel waarvoor hij staat ingeschreven. Een student die de eerste twee werkcolleges van een lesblok geen gebruik maakt van de werkcolleges, zal administratief uit de werkcollegegroep verwijderd worden. Een verzoek opnieuw ingeschreven te worden bij de werkcolleges kan ingediend worden bij de opleidingscoördinator.
• Als een student door overmacht niet aanwezig kan zijn bij een verplicht onderdeel van het onderdeel, dient hij dit zo snel mogelijk schriftelijk te melden bij de betreffende docent. De docent kan, eventueel na overleg met de studieadviseur, besluiten om de student een vervangende opdracht op te leggen.
• Het is niet toegestaan om verplichte onderdelen van een onderdeel te missen als er geen sprake is van overmacht.
• Bij kwalitatief of kwantitatief onvoldoende deelname, kan de examinator de student uitsluiten van verdere deelname aan het onderdeel of een gedeelte daarvan. Voorwaarden voor voldoende deelname worden van te voren vastgelegd in de studiewijzer.
• Ter uitbreiding van de bovenstaande regels geldt voor de vakken in het eerste semester van het eerste jaar dat een student bij minimaal 80% van de werkcolleges aanwezig dient te zijn. Bovendien moet worden deelgenomen aan eventuele tussentoetsen en verplicht gesteld huiswerk. Als niet aan deze verplichting is voldaan, wordt de student uitgesloten voor de herkansing van het bijbehorende vak. Studenten in het Dubbele Bachelor programma Wis- en Natuurkunde zijn vrijgesteld van deze plicht. In geval van persoonlijke omstandigheden, zoals in OER-A Artikel A-6.4 omschreven, wordt in overleg met de studieadviseur een afwijkend studieplan gemaakt.

Toetsing

Fraude en plagiaat

Dit vak hanteert de algemene 'Fraude- en plagiaatregeling' van de UvA. Hier wordt nauwkeurig op gecontroleerd. Bij verdenking van fraude of plagiaat wordt de examencommissie van de opleiding ingeschakeld. Zie de Fraude- en plagiaatregeling van de UvA: http://student.uva.nl

Weekplanning

Rooster

Het rooster van dit vak is in te zien op DataNose.

Contactinformatie

Coördinator

• Dierck Hillmann