Fundamentals of Photonics

Eigenaar	Bachelor Natuur- en Sterrenkunde (joint degree)
Coördinator	B.I. Avci
Onderdeel van	Bachelor Natuur- en Sterrenkunde (joint degree), jaar 2

Studiewijzer 2018/2019

Globale inhoud

Photonics is the technology of generating, controlling, and detecting light waves and photons. This course provides students with a working knowledge of optical physics, including diffraction and Gaussian optics, integrated optics, laser physics and photonics. It also provides a basis for further study in optics and photonics in medical applications. Content will include: review of ray and wave optics along with electromagnetic wave propagation in isotropic media, integrated waveguides (photonic circuits on a chip), optical fibres, microstructured optical fibres, fibre Bragg gratings, fibre sensors, optical materials, photonic crystals, Fresnel-Kirchhoff integral and diffraction, Fourier optics, and different optical modulation techniques including thermal, electro-optic, and acousto-optic effects. One case study will be carried out in order to get students more involved in real-life problems and learn how to apply their theoretical knowledge into the problem that they will choose by themselves. Finally, some real-life implementations of photonics in medical applications such as OCT, multi-photon microscopy, Raman spectroscopy, FTIR, etc will be given. Simulation tool BeamProp, with simple examples will also be covered.

Studiemateriaal

Literatuur

Syllabus

• Lecture Schedule, by week

  Week 1:	Introduction and overview; course description and structure; review of ray optics, wave optics, Maxwell's equations in isotropic media.
  Week 2:	Integrated Optics: Waveguides, some integrated optical functions, metamaterials, plasmonic devices. Simple finite element implementation of the optical waveguides, interferometers, couplers etc.
  Week 3:	Optical fibers, microstructured optical fibres, fibre Bragg gratings, fibre sensors, optical materials, photonic crystals. Their implementation in medical applications.
  Week 4:	Case study1: Students will define a real life problem. Then make a literature survey to find a method to solve it by using light. They will make a presentation, and later hand in their report. The detailed description will be given during the class.
  Week 5:	Polarization, polarizers, and polarization control in photonics devices.
  Week 6:	Brief review of Fresnel-Kirchhoff integral and diffraction, Fourier optics.
  Week 7:	Examples of medical applications of photonics, i.e. OCT, multi-photon microscopy, Raman spectroscopy, FTIR etc. 1-hour lab tour will be arranged to see how such systems work in real.

Overig

• Textbook (not compulsory, a free online version is available)

  • E. A. Saleh and M. C. Teich, Fundamentals of Photonics, 2nd Edition, Wiley, 2007. ISBN: 978-0-471-35832-9

  (http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/homepage/?isbn=9780471213741 )

  Recommended Readings
  
  

  • E. Hecht, Optics, 4th Edition, Addison Wesley, 2001. ISBN: 978 0 805 38566-3
  • H. A. Haus, Waves and Fields in Optoelectronics, Prentice Hall, 1983. ISBN: 978-0-139-46053-1
  • F. L. Pedrotti, L. M. Pedrotti, and L. S. Pedrotti, Introduction to Optics, 3rd Edition, Benjamin Cummings, 2006. ISBN: 978-0-131-49933-1

Leerdoelen

Students will first learn the theory of the photonics components, and later how they work and where they can use them. In the end of the course they will be able to explain the working principle of many components and equipment that work using light. During the case study, they will learn how to find a socially and scientifically relevant and important question. They will learn how to do literature survey, how to present their work, and how to report their findings. 

Onderwijsvormen

• Hoorcollege
• Werkcollege
• Laptopcollege
• Veldwerk/excursie
• Presentatie/symposium
• Zelfstudie
• Zelfstandig werken aan bijv. project/scriptie
• Begeleiding/feedbackmoment

Verdeling leeractiviteiten

Academische vaardigheden

During the case study, the students will learn how to prepare a presentation and present it in front of an audience. They will also hand in a report in the end which will help them to improve their writing skills. During choosing their project topic, they will learn how to use academic search tools, e.g. Google Scholar, to find the most relevant articles. 

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 6.4 omschreven, wordt in overleg met de studieadviseur een afwijkend studieplan gemaakt.

Aanvullende eisen voor dit vak:

Absence needs to be communicated to the course coordinator.

Toetsing

Onderdeel en weging	Details
Eindcijfer
1 (100%) Tentamen

Case study (30%)

   10% for the idea

    10% for the presentation

    10% for the report

Final exam (70%)

The final exam will be comprised of two parts; close book (30%) and open book (40%). 

 

 

Inzage toetsing

The students will receive an announcement through CANVAS.

Students can sign up for an assessment session of their evaluated work in the final week of the course. A certain date and time will be announced through CANVAS.

Opdrachten

There will be 4 assignments which will be handed in to the teacher the next week but they will not be graded.The teacher will give feedback to students by assessing these assignments.  It is important to work on these assignments because similar questions will be asked during the final exam. 

The case study will be made in a group of 2 persons. The workload will be shared equally among both students in every step of the case study. 

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.

Verwerking vakevaluaties

Hieronder vind je de aanpassingen in de opzet van het vak naar aanleiding van de vakevaluaties.

Contactinformatie

Coördinator

• B.I. Avci