Геометрическая оптика

Многие спорят – что есть работа инженера, конструктора, дизайнера – рутинный процесс или искусство? Мы знаем, что дизайнер – это творец, создатель красивых форм и превосходного содержания. Синтез творческих способностей и фундаментального образования позволяет дизайнерам создавать уникальные оптические приборы. А что есть творчество в дизайне оптических систем и устройств? Как и изобразительное искусство или архитектура, дизайн строится на постулатах, следующих из законов природы. Постулатами оптического дизайна являются законы геометрической оптики, правила проектирования оптических систем, анализа их качества. Курс «Геометрическая оптика» систематизирует знания основ геометрической оптики, формирует практические навыки проектирования оптических систем и анализа их характеристик.

Курс рассматривает основы электромагнитной теории Максвелла в приближении геометрической оптики; дает представление об энергетических и световых единицах; определяет законы геометрической оптики и их применение; объясняет явления, происходящие на границах раздела оптических сред; формирует понятие идеальных оптических систем, их типов и характеристик, способов расчета, в том числе с использованием матриц; формирует понятие реальных оптических систем, их ограничений и подходов к анализу качества оптических систем; содержит описание и свойства классических оптических элементов и методов проектирования оптических систем различного типа на их основе. Слушатели курса научатся самостоятельно проектировать реальные оптические системы на основе современной элементной базы, учитывая заданные энергетические, световые и оптические характеристики, ограничения прохождения лучей.

Курс включает видеолекции, опросы, упражнения, виртуальные лаборатории и итоговый интернет-экзамен. Курс рассчитан на 10 недель. Недельная учебная нагрузка на обучающегося по курсу составляет 18 часов. Общая трудоемкость курса – 5 зачетных единиц.

1. Иванова Т.В., Вознесенский Н.Б., Вознесенская А.О. Основы оптики. Конспект лекций / Под редакцией А.А. Шехонина. – 2-е изд. – СПб.: СПбГУ ИТМО, 2009. – 156 с. (http://aco.ifmo.ru/upload/publications/book_basic_optics_2008.pdf)
2. Иванова Т.В. Основы оптики. Методические рекомендации к выполнению лабораторного практикума / Под редакцией А.А. Шехонина. – СПб.: СПбГУ ИТМО, 2009. – 133 с. (http://aco.ifmo.ru/upload/publications/book_basic_optics_lab_2008.pdf)
3. Толстоба Н.Д., Багдасарова О.В., Карпова Г.В. Основы оптики. Методические рекомендации по организации самостоятельной работы студентов. Часть 1 / Под редакцией А.А. Шехонина. – СПб.: СПбГУ ИТМО, 2009. – 110 с. (http://aco.ifmo.ru/upload/publications/book_basic_optics_task_2009_part1.pdf)
4. Толстоба Н.Д., Багдасарова О.В., Карпова Г.В. Основы оптики. Методические рекомендации по организации самостоятельной работы студентов. Часть 2 / Под редакцией А.А. Шехонина. – СПб.: СПбГУ ИТМО, 2009. – 95 с. (http://aco.ifmo.ru/upload/publications/book_basic_optics_task_2009_part2.pdf)
5. Вычислительная оптика: справочник / М.М. Русинов [и др.]. – 2-е изд. – СПб.: ЛКИ, 2008. – 424 с.
6. Можаров Г.А. Основы геометрической оптики. – М.: Издательский дом ЛОГОС, 2006 – 280 с.
7. Шрёдер Г., Трайбер Х. Техническая оптика. – М.: Техносфера, 2006. – 424 с.
8. Стафеев С.К., Боярский К.К., Башнина Г.Л. Основы оптики. – СПб.: Питер, 2006. – 336 с.
9. Зверев В.А., Точилина Т.В. Основы оптотехники: учеб. пособие. – СПб.: СПбГУ ИТМО, 2005. – 293 с. (http://aco.ifmo.ru/upload/publications/book_basic_optics_zverev_2005.zip)
10. Ландсберг Г.С. Оптика. – 6-е изд., стереотип. – М.: Наука, 2003. – 848 с.
11. Бутиков Е.И. Оптика. – СПб.: Издательство «Лань», 2012.
12. Заказнов Н.П., Кирюшин С.И., Кузичев В.И. Теория оптических систем. – 4-е изд., стереотип. – СПб.: Издательство «Лань», 2008. – 446 с.
13. Родионов С.А., Вознесенский Н.Б., Иванова Т.В. Основы оптики. – СПб.: СПб ГИТМО (ТУ), 2000. – 167с. (http://aco.ifmo.ru/upload/publications/book_basic_optics_2000.pdf)

Материал курса основывается на знании курсов физики, математики и информатики технического вуза. Для прохождения курса дополнительного программного обеспечения не требуется.

В курсе рассматриваются следующие темы:

1. Световые поля и волны
2. Энергетические и световые величины
3. Законы геометрической оптики
4. Параксиальная оптика
5. Типы и характеристики оптических систем
6. Матричная оптика
7. Реальные оптические системы
8. Ограничения пучков лучей в оптических системах
9. Оптические элементы

Каждая тема предполагает изучение в течение одной недели. На 10-й неделе запланирован итоговый интернет-экзамен.

В курсе имеется два типа дедлайна (предельного срока выполнения оценивающих мероприятий): – мягкий дедлайн, при котором необходимо выполнить все оценивающие мероприятия текущей недели до ее завершения; – жесткий дедлайн, при котором на выполнение оценивающих мероприятий после мягкого дедлайна дополнительно выделяется еще две недели, по окончании которых доступ к соответствующим мероприятиям закрывается.

• Навыки применения законов геометрической оптики при решении задач оптотехники (РО-1)
• Навыки применения средств автоматизированного проектирования оптических систем при осуществлении профессиональной деятельности (РО-2)

12.03.02 Оптотехника

• Способность выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлекать для их решения физико-математический аппарат (ОПК-3)
• Способность к математическому моделированию процессов и объектов оптотехники и их исследованию на базе стандартных пакетов автоматизированного проектирования и самостоятельно разработанных программных продуктов (ПК-1)

12.03.03 Фотоника и оптоинформатика

• Способность выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлекать для их решения физико-математический аппарат (ОПК-3)
• Готовность к математическому моделированию процессов и объектов фотоники и оптоинформатики, и их исследованию на базе стандартных пакетов автоматизированного проектирования и самостоятельно разработанных программных продуктов (ПК-2)

12.03.05 Лазерная техника и лазерные технологии

• Способность выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлекать для их решения физико-математический аппарат (ОПК-3)
• Готовность к математическому моделированию процессов и объектов приборостроения и их исследованию на базе стандартных пакетов автоматизированного проектирования и самостоятельно разработанных программных продуктов (ПК-2)

16.03.01 Техническая физика

• Способность выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлекать для их решения физико-математический аппарат (ОПК-3)
• Способность к математическому моделированию процессов и объектов оптотехники и их исследованию на базе стандартных пакетов автоматизированного проектирования и самостоятельно разработанных программных продуктов (ПК-1)