Spektroskopia optyczna i fotonika

KARTA KURSU DLA STUDIÓW DOKTORANCKICH- FIZYKA
Nazwa
Spektroskopia optyczna i fotonika
Nazwa w j. ang.
Optical Spectroscopy and Photonics
Kod
Punktacja ECTS
Koordynator
Dr hab. B. Pokrzywka, Prof. UP
Zespół dydaktyczny
Dr hab. B. Pokrzywka, Prof. UP
2
Opis kursu (cele kształcenia)
Celem wykładu jest zaznajomienie doktoranta z zagadnieniami spektroskopii klasycznej i laserowej.
Ponadto doktorantowi zostanie przekazana wiedza na temat fizyki laserów i elementów optyki nieliniowej.
Wykład ma charakter zaawansowanego wstępu/wprowadzenia do omawianej dziedziny na poziomie
umożliwiającym samodzielne studiowanie wybranych problemów z tego obszaru.
Efekty kształcenia
Efekt kształcenia dla kursu
Doktorant:
DKW01
DKW02
DKW03
Wiedza
DKW04
DKW04
DKW05
DKW06
DKW07
Odniesienie do efektów
dla studiów doktoranckich
zna zjawiska emisja i absorpcji w ośrodku
atomowym i molekularnym,
zna procesy prowadzące do formowania się
kształtu linii widmowych
zna podstawowe mechanizmy obsadzania i
depopulacji poziomów wzbudzonych
zna budowę podstawowych przyrządów
spektralnych
zna podstawy fizyczne działania laserów ich
parametry i szczególne własności
D_W01, D_W02, D_W03,
D_W04, D_W05.
zna zastosowania laserów w technice
zna najnowsze eksperymenty fizyki laserowej
D_W10, D_W02, D_W15
D_W03, D_W04, D_W05,
D_W07,D_W10
D_W01, D_W02, D_W03,
D_W04,D_W05
D_W01, D_W02, D_W03,
D_W04, D_W05, D_W09
D_W10, D_W15,
D_W17
D_W01, D_W02, D_W03,
D_W04, D_W05, D_W15,
D_W17
zna metody spektroskopii laserowej niskiej i D_W01, D_W02, D_W03,
D_W04, D_W05, D_W07,
wysokiej rozdzielczości
1
Efekt kształcenia dla kursu
Doktorant:
DKU01
DKU02
DKU03
DKU04
Umiejętności
DKU05
DKU06
DKU07
DKU08
DKU09
DKU10
Odniesienie do efektów
dla studiów doktoranckich
Potrafi zbudować model zderzeniowo-radiacyjny
adekwatny do obiektu badań spektroskopowych
potrafi zaplanować eksperyment spektroskopii
klasycznej
potrafi wykonać analizę potencjalnych źródeł
błędów systematycznych i zaproponować metody
ich eliminacji
potrafi dokonać analizy danych spektroskopowych (spektroskopii emisyjnej i absorpcyjnej) za
pomocą pakietu SCILAB lub ORIGIN
umie omówić kwantowe aspekty zjawisk
atomowych
potrafi zastosować interdyscyplinarne podejście
do fizyki laserów i optyki nieliniowej
potrafi wyszukać odpowiednie dane atomowe i
molekularne w bazach NIST
umie zanalizować rolę poszczególnych elementów
układu eksperymentalnego spektroskopii
laserowej
potrafi przedstawić zastosowanie szczególnych
własności laserów i metod spektroskopowych w
technice
potrafi omówić najważniejsze eksperymenty fizyki
atomowej i molekularnej zwłaszcza „noblowskie”
Efekt kształcenia dla kursu
Doktorant:
DKSK01
DKSK02
Kompetencje
społeczne
DKSK03
DKSK04
DKSK05
D_U01, D_U08, D_U15,
D_U20
D_U01, D_U08, D_U14,
D_U15
D_U01, D_U04,D_U08,
D_U14, D_U15
D_U02, D_U04
D_U02, D_U15
D_U01
D_U08, D_U14, D_U15
D_U01
D_U09
D_U05
Odniesienie do efektów
dla studiów doktoranckich
korzysta z różnych źródeł informacji w celu
podnoszenia poziomu swojej wiedzy i
umiejętności
ma umiejętność wykorzystania swojej wiedzy do
rozwiązywania problemów w sposób twórczy
rozumie znaczenia badań naukowych w zakresie
fizyki atomowej i fotoniki dla rozwoju nauki i
postępu technicznego
wykazuje umiejętność rozumienia i stosowania w
praktyce zdobytej wiedzy przedmiotowej
rozumie rolę współpracy pomiędzy przemysłem
a nauką w kwestii zastosowania najnowszych
osiągnięć spektroskopii i laserów w praktyce
przemysłowej
D_K01
D_K08
D_K15
D_K12
D_K19
Organizacja
Forma zajęć
zajęcia w grupach
Wykład
(W)
A
Liczba godzin
K
L
S
P
Z
30
2
Opis metod prowadzenia zajęć
Wykład ze slajdami PPT udostępnianymi on-line, dyskusja postawionego problemu,
wizyta w laboratorium spektroskopowym,
Forma zaliczenia
kursu
Kryteria oceny
Egzamin
Zaliczenie z oceną
Zaliczenie
X
Forma egzaminu: egzamin ustny. Ocenie podlega:
Kompletność jakość opisu zadanego zagadnienia 5pkt
Głębokość analizy i jakość kwantowego aspektu problemu 3pkt
Potencjał aplikacyjny omawianego problemu i jego interdyscyplinarne aspekty 2pkt
100 – 81% - bdb, 80 – 61% - db, 60 – 50% - dst
Uwagi
Treści merytoryczne (wykaz tematów)
Emisja i absorpcja w ośrodku atomowym i molekularnym.
Podstawowe mechanizmy obsadzania i depopulacji poziomów wzbudzonych
Procesy prowadzące do formowania się kształtu linii widmowych.
Spektroskopia emisyjna i absorpcyjna. Model zderzeniowo-radiacyjny.
Wzmocnienie i wzmacniacze światła
Rezonatory optyczne i wiązki gaussowskie
Akcja laserowa i dynamika generacji światła. Lasery ciągłe i impulsowe.
Podstawowe ośrodki laserowe: lasery na ciele stałym, gazowe, barwnikowe i półprzewodnikowe.
Metody przestrajania lasera. Elementy optyki nieliniowej:
Nieliniowość drugiego rzędu ( generacja drugiej harmonicznej, dopasowanie fazowe)
Nieliniowość trzeciego rzędu: (wymuszony efekt Ramana, rozpraszanie Brillouena, optyczny efekt Kerra)
Procesy parametryczne trzeciego rzędu– mieszanie czterech fal i wzmacniacze parametryczne
Generacja ultrakrótkich impulsów( modulacja dobroci rezonatora, synchronizacja modów, świergotanie)
Absorpcyjna i fluorescencyjna spektroskopia laserowa (spektroskopia nasyceniowa, wielofotonowa, Cavity
Ring Down Absorption, Laser Induced Fluorescence)
Pułapka magneto-optyczna, kondensat Bosego-Einsteina, LIBS – Laser Induced Breakdown Spectroscopy
Wykaz literatury podstawowej
1. S. Svanberg, "Atomic and Molecular Spectroscopy - Basic Aspects and Practical Applications", Springer 1992
2. D. Kunisz, „Fizyczne podstawy emisyjnej analizy widmowej” PWN 1973
3. W. Demtröder, "Spektroskopia laserowa" PWN 1993
4. H. R. Griem, "Plasma Spectroscopy" McGraw-Hill Book Company 1964
5. B. Ziętek, „Lasery”, Wydawnictwo Naukowe UMK 2009 (wyd 2)
6. W. C. Martin i W. L. Wiese „Atomic Spectroscopy” in: Atomic, Molecular, and Optical Physics Handbook,
G.W.F. Drake, Ed., AIP Press, 1996. on line : http://www.nist.gov/pml/pubs/atspec/index.cfm
Wykaz literatury uzupełniającej
1. I. I Sobelman L. A Vainstein E. A. Yukow "Excitation of Atoms and Broadening of Spectral Lines" Springer 1981
2. M. S. Feld, V. S.Letokhov "Coherent Nonlinear Optics" Springer 1980
3. Zu-Geng Wanf Hui-Rong Xia "Molecular and Laser Spectroscopy" Springer 1991
4. M. Rompe, M. Steenbeck Ed. „Progres in Plasmas and gas Electronics” Vol 1, Akademie-Verlag, 1975
5. Y.-K. Kim, K.K. Irikura, M.E. Rudd, M.A. Ali, and P.M. StoneJ. Chang, J.S. Coursey, R.A. Dragoset, A.R. Kishore,
K.J. Olsen, A.M. Sansonetti, G.G. Wiersma, D.S. Zucker, and M.A. Zucker „Electron-Impact Cross Section
Database: Introduction” http://www.nist.gov/pml/data/ionization/index.cfm
6. L. Allen, J.H. Eberly, K. RząŜewski “Rezonans optyczny” PWN 1981
7. Y. Zel'dovich, Y. Raizer, “Laser-Induced Discharge Phenomena”, 2nd Ed. Dover Publication, 2002.
8. D. A. Cremers, L.J. Radziemski „Handbook of Laser-Induced Breakdown Spectroscopy” John Wiley & Sons, 2006.
9. A.W. Miziolek, V. Palleschi, I. Schechter, Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, Cambridge Univ.Press,NY 2006
3