Vysoká škola	Univerzita Palackého
Součást vysoké školy	Přírodovědecká fakulta
Název studijního programu	1701T - Fyzika
Název studijního oboru	Optika a optoelektronika

Charakteristika oboru:
Studijní obor Optika a optoelektronika si klade cíl vychovávat absolventy s širším matematicko-fyzikálním rozhledem se zaměřením na optické a optoelektronické aplikace.
Obor připravuje studenty jak pro tvůrčí činnost v matematicko-fyzikálních a technických oborech, tak i pro týmovou práci a spolupráci s pracovníky ostatních fyzikálních a inženýrských zaměření. Širší přehled vytváří předpoklady pro práci v mezioborových oblastech na rozhraní fyziky a technických oborů. Obor vychovává studenty s důrazem na vysokou profesionalitu v oborech matematicko-fyzikálních, zvláště pak optice a optoelektronice s dobrou znalostí výpočetní techniky a programování.

Cíle studia:
Studium poskytuje široký fyzikálně matematický základ a klade si za cíl vychovávat absolventy se samostatným a tvořivým přístupem jak k teoretické tak i experimentální práci v oborech optika a optoelektronika. Studenti získají přehled v oblastech geometrické, vlnové, kvantové a statistické optiky a v oblastech moderních optoelektronických systémů.
V průběhu studia se podle vlastní volby specializují ve směrech:
Kvantová a nelineární optika , Fyzika laserů , Optické zpracování informací, Optoelektronika, Optické systémy a přístroje. Jsou vedení k tvůrčí práci v dané oblasti s důrazem na využívání výpočetní techniky a moderních informačních technologií. Při studiu je kladen důraz na vysokou profesionalitu v oborech matematicko-fyzikálních, optice, optoelektronice, počítačové technice a programování. Magisterské studium je zakončeno státní závěrečnou zkouškou a obhajobou diplomové práce.

Profil absolventa:
Absolvent magisterského studijního oboru Optika a optoelektronika získá potřebné znalosti a širší rozhled v matematicko-fyzikálních oborech, zvláště pak v optice a optoelektronice a v jejich moderních aplikacích. Absolvent se v průběhu studia naučí využívat výpočetní techniku a moderní informační technologie. Magisterské studium poskytuje předpoklady pro uplatnění v technických oborech ve výrobě, výzkumu a vývoji ve firmách v regionu i v celé ČR. Absolvent magisterského studia je "Magistr fyziky se zaměřením na optiku a optoelektroniku".

Obsah a rozsah státní závěrečné zkoušky:

1. Všeobecné znalosti
Geometrická optika a optická měření. Základní optické přístroje. Energetická optika. Radiometrie a fotometrie. Skalární vlnová optika a její aplikace. Huygensův princip, Fresnelova--Kirchhoffova formulace, Fresnelova aproximace, Fraunhoferova aproximace. Difrakce světla. Interference světla. Podmínky vytváření interferenčního obrazce, dvousvazková a vícesvazková interference a jejich využití. Optická holografie. Princip holografie, typy hologramů, holografické optické prvky, holografické mřížky, holografická interferometrie. Fourierovská optika. Přenosová funkce. Optické zpracování informace v koherentním světle.. Elektromagnetická optika. Vlnová rovnice, rozklad do rovinných vln. Fázová rychlost, index lomu optických prostředí, disperze. Optické jevy na rozhraní optických prostředí. Polarizace světla. Charakteristika polarizačních stavů světla, Jonesův vektor. Anizotropní prostředí. Polarizační optické prvky, optická aktivita. Vedení světla ve vláknových vlnovodech. Optoelektronika. Krystalová struktura, metody studia struktury pevných látek. Pohyb elektronů v pevné látce, Schrödingerova rovnice, metody řešení, pásová teorie pevných látek. Transportní jevy, Boltzmannova rovnice, Ohmův zákon, Hallův jev. Optické vlastnosti pevných látek a metody jejich studia. Kvantová a statistická optika. Klasická teorie koherence, funkce vzájemné koherence, časová koherence, prostorová koherence, interferenční zákon pro částečně koherentní svazky.

2. Kvantová a nelineární optika
Matematická fyzika. Lineární integrální rovnice. Grupy transformací a jejich reprezentace.
Speciální funkce z hlediska teorie reprezentací. Kvantová a statistická fyzika. Diracovská formulace kvantové mechaniky. Jednoduché kvantové systémy. Kvantování elektromagnetického pole. Interakce záření s látkou. Spektroskopie a experimentální metody. Kvantová optika, kvantová teorie koherence, kvantové korelační funkce. Koherentní stavy optického pole a jejich vlastnost. Nelineární optika, optické parametrické procesy, Ramanův a Brillouinův rozptyl, vícefotonová absorpce a emise, Kerrův jev, čtyřvlnové směšování, experimenty s neklasickým světlem. Přechodové koherentní jevy.

3. a 4. - Specializovaný základ (volitelné předměty)

a) Fyzika laserů
Interakce záření a látky. Poloklasický popis. Kvantový popis. Kvantování elektromag- netického pole. Poloklasická teorie laserů. Maxwellovy - Blochovy rovnice. Kinetické rovnice. Kvantová teorie laserů. Heisenbergovy rovnice. Iterační metoda řešení, Van der Polova rovnice. Podmínky generace. Existence prahu generace. Jednomódová generace. Mnohomódová generace. Mezimódová interakce. Řízení ztrát v laseru. Význačné vlastnosti laserového světla. Směrovost generace. Monochromatičnost záření. Koherence. Vysoká intenzita. Dynamické vlastnosti. Rozdělení laserů z hlediska aktivní látky, buzení, rezonátorů a jejich charakteristiky. Využití jednotlivých druhů laserů. Generace velmi krátkých pulsů. Způsoby synchronizace módů. Šíření pulsů v rezonančním prostředí. Auto-transparence. Fotonové echo. Sin-Gordonova rovnice. Solitony. Šíření pulsů v nerezonančním prostředí. Kerrův jev. Časové a prostorové solitony. Rezonátory využívající nelineárních optických jevů. Optická bistabilita. Typy optické bistability. Optické bistabilní prvky. Strukturální jevy v laserovém poli. Fázová distorze. Vortexy, topologické solitony. Koherenční zrnitost.

b) Optické zpracování informací
Monolitické a hybridní optické integrované obvody. Příprava integrovaných obvodů. Planární vlnovody. Vláknové vlnovody. Vazba mezi vlnovody, vazební prvky. Elektrooptické a akustooptické modulátory světla. Filtrace vlnových délek (multiplexory, demultiplexory). Zdroje a detektory světla pro integrovanou optiku. Aplikace optických integrovaných obvodů. Základní principy optického zpracování informace. Vlastnosti Fourierovy transformace. Realizace Fourierovy transformace pomocí čočky. Procesory pro koherentní zpracování informace. Prostorové filtry (amplitudové, fázové, komplexní). Hybridní procesory. Lineární prostorově proměnné zpracování informace. Nelineární optické zpracování. Digitální optické počítače (architektury, prvky). Zpracování informace pomocí neuronových sítí.

c) Optické systémy a přístroje
Šíření paprsků v nehomogenních izotropních prostředích. Princip, vlastnosti a použití gradientních optických prvků. Maticová optika. Svazková optika. Svazková řešení vlnové rovnice. Šíření a transformace gaussovských svazků. Maticová reprezentace gaussovských svazků. Coddingtonovy rovnice. Klasifikace a popis paprskových aberací. Stigmatické zobrazení sférickými a asférickými plochami. Návrh aplanatických optických prvků. Fyzikální metody realizace optického zobrazení. Principy klasického, difraktivního, holografického a konjugačního (bezčočkového) zobrazení. Princip a použití apodizace. Metodika hodnocení optického zobrazení. Metody výpočtu vlnových aberací. Zobrazovací funkce pro bodové zobrazení. Metody výpočtu a měření optické funkce přenosu. Funkce přenosu fáze a modulace a jejich fyzikální interpretace. Princip optimalizace parametrů optického systému. Návrh, vlastnosti a parametry vizuálních optických soustav. Princip a použití adaptivních optických soustav. Návrh dvojlomných optických prvků. Elektrooptická a akustooptická modulace světla, princip a použití. Šíření optických pulzů disperzním prostředím. Transformace pulzů optickými systémy. Vlivy narušující činnost přístrojů, omezení rušivých vlivů, vlivy technologie výroby. Kinematické mechanizmy, jejich vyšetřování, dimenzování. Dimenzování součástí mechanického systému, vyšetřování pevnosti a tuhosti. Počítačem podporované konstruování, vstupní a výstupní zařízení, formáty dat. Regulace a justáž optických a optickomechanických přístrojů, regulační prvky, justážní prvky a postupy. Význam optických technologií. Výroba optických součástí - kinematiky strojů pro opracování, technologické parametry, technologický postup. Měření v optické výrobě. Optické sklo, jeho optické a mechanické, chemické a jakostní parametry. Krystalické materiály a technická keramika.

d) Optoelektronika
Fyzika polovodičů. Základní parametry polovodičových materiálů, metody přípravy polovodičových monokrystalů. Elektrické a optické vlastnosti polovodičů.
Fotoelektrické vlastnosti polovodičů, detektory, solární články - vnější a vnitřní fotoefekt.
Difúze nosičů náboje , p-n přechod, dioda, kontakt kov-polovodič, tranzistor, charakteristiky přechodů a metody jejich přípravy. Kinetická Boltzmannova rovnice, relaxační doby, vodivost, rozptylové mechanismy. Základní principy výroby polovodičových součástek - dioda, tranzistor, IQ, bipolární, unipolární, Schottky. Využití polovodičů v optoelektronice - filtry, detektory, zdroje záření, nanoelektronika. Základní principy technologie výroby polovodičových materiálů a struktur, charakteristiky vrstev. Struktura pevných látek, dynamika krystalové mříže, specifická tepla, fonony. Pohyb elektronů v periodickém poli.Optické vlastnosti pevných látek, metody studia - spektroskopie, modulační techniky, tvar absorbční hrany, excitony, plasmony. Metody studia povrchu pevných látek. Kvazičástice - fonony, polarony, magnony, excitony, degenerovaný polovodič, supravodivost. Dielektrika a feroelektrika - obecné fyzikální vlastnosti, charakteristiky, vazby, struktura, elektrické, optické a magnetické vlastnosti. Zdroje a detektory záření, černé těleso, radiometr. Fotoelektrické jevy, selektivní detektory záření. Časová konstanta, metody detekce slabých signálů, šum v optoelektronických systémech. Šum v optoelektronických prvcích a systémech a jeho eliminace. Konstrukce disperzních a fourierovských spektrofotometrů , elektronový mikroskop. Operační zesilovače, nelineární obvody s operačními zesilovači, stabilizované zdroje napětí a proudu s využitím operačních zesilovačů, činitel stabilizace. Logické, kombinační a sekvenční obvody, definice hazardních stavů, číslicové komparátory, kodéry a dekodéry, čítače a registry, princip a funkce mikroprocesorů.

Doporučený studijní plán:

Celkem 120kr=72p+36pv+12v
Přehled povinných předmětů nabízených k tvorbě studijních plánů
Kód před.	Název předmětu	Rozsah	Kredity	Způsob zak.	Přednášející	Dopor. roč.
OPT/DP1	Diplomová práce 1		10	Zp	vedoucí DP	1ZS
OPT/FP	Fyzika polovodičů	2p+1c	5	Zp,Zk	Vojtěchovský	1ZS
OPT/OZ	Optické zobrazování	2p+1c	5	Zp,Zk	Bouchal	1ZS
OPT/PROG1	Programování a numerické metody	1p+2c	5	Zp,Zk	Křepelka	1ZS
OPT/DP2	Diplomová práce 2		10	Zp	vedoucí DP	1LS
OPT/IZL	Interakce záření a látky	2p+1c	6	Zp,Zk	Horák	1LS
OPT/OM	Optická měření	3p+3c	6	Zp,Zk	Kvapil	1LS
OPT/QS1	Kvantová a statistická optika 1	2p	5	Zk	Peřina	1LS
OPT/DP3	Diplomová práce 3		10	Zp	vedoucí DP	2ZS
OPT/NLO	Nelineární optika	2p+3c	6	Zp,Zk	Peřina	2ZS
OPT/PLNO	Praktikum z laserů, nelin. a vláknové op	1p+2c	4	K	Petráš	2LS
72kr

Přehled povinně volitelných předmětů nabízených k doplnění studijních plánů
Kód před.	Název předmětu	Rozsah	Kredity	Způsob zak.	Přednášející	Dopor. roč.
OPT/EL1	Elektronika 1	2p+1c	3	Zp,Zk	Dvořáková	1ZS
OPT/MM	Měřící metody	2p+1c	3	Zp,Zk	Vojtěchovský	1ZS
OPT/QE1	Kvantová elektrodynamika 1	2p	3	Zk	Hradil	1ZS
OPT/SP	Stochastické procesy	2p	3	Zk	Peřinová	1ZS
OPT/SPE	Spektroskopie	2p+1c	3	Zp,Zk	Malíšek	1ZS
OPT/T	Technologie výroby	4p+1c	5	Zp,Zk	Wagner	1ZS
OPT/TET	Teoretická elektrotechnika	2p+1c	3	Zp,Zk	Dvořáková	1ZS
OPT/TKA	Technické kreslení	2p+1c	2	Zp,Zk	Tomančák	1ZS
OPT/TV	Tenké vrstvy	2p	3	Zk	Křepelka	1ZS
OPT/CAD	CAD v optice a jemné mechanice	1p+2c	3	Zp,Zk	Tomančák	1LS
OPT/E	Odborná exkurze	5 dnů	8	Zp	Wagner	1LS
OPT/EL2	Elektronika 2	2p+1c	3	Zp,Zk	Dvořáková	1LS
OPT/HOL	Holografie	1p+1c	3	Zp,Zk	Kvapil	1LS
OPT/MOE	Materiály pro optoelektroniku	3p+1c	4	Zp,Zk	Vojtěchovský	1LS
OPT/OK	Optika krystalů	2p	3	Zk	Bouchal	1LS
OPT/OPR	Optické prvky	1p+1c	3	Zp,Zk	Bouchal	1LS
OPT/QE2	Kvantová elektrodynamika 2	2p	4	Zk	Hradil	1LS
OPT/DPM	Difraktivní prvky a mikrooptika	2p	3	Zk	Miler	2ZS
OPT/EM	Elektronická měření	3c	3	K	Petráš	2ZS
OPT/FL	Fyzika laserů	3p+1c	6	Zp,Zk	Horák	2ZS
OPT/IO	Integrovaná optika	2p+1c	4	Zp,Zk	Kvapil	2ZS
OPT/JMP	Jemnomechanické přístroje	2p+1c	3	Zp,Zk	Tomančák	2ZS
OPT/MKE	Mikroelektronika	2p+1c	3	Zp,Zk	Salinger	2ZS
OPT/OMVT	Optické metody ve vědě a technice	2p	3	Zk	Kvapil	2ZS
OPT/OP	Optické přístroje	2p+1c	3	Zp,Zk	Ponec	2ZS
OPT/OS1	Optické systémy 1	3p+2c	5	Zp,Zk	Bouchal	2ZS
OPT/POE	Praktikum z optoelektroniky	3c	3	K	Petráš	2ZS
OPT/QS2A	Kvantová a statistická optika 2A	4p+1c	6	Zp,Zk	Peřina	2ZS
OPT/LA	Lasery a jejich aplikace	3p+1c	6	Zp,Zk	Horák	2LS
OPT/OES	Optoelektronické systémy	4p+2c	6	Zp,Zk	Vojtěchovský	2LS
OPT/OS2	Optické systémy 2	4p+2c	6	Zp,Zk	Wagner	2LS
OPT/OZI	Optické zpracování informací	3p+2c	6	Zp,Zk	Kvapil	2LS
OPT/QS2B	Kvantová a statistická optika 2B	4p+1c	6	Zp,Zk	Peřina	2LS
131kr

Přehled volitelných předmětů nabízených k doplnění studijních plánů
Kód před.	Název předmětu	Rozsah	Kredity	Způsob zak.	Přednášející	Dopor. roč.
OPT/SF	Speciální funkce	2p+2c	4	Zp,Zk	Peřinová	1ZS
OPT/TF	Technická fotografie	2c	3	K	Procházková	1ZS
OPT/DF	Digitální fotografie	2p	3	Zk	Ponec	1LS
OPT/IZA	Interakce záření s atomy	2p	3	Zk	Peřina ml.	1LS
OPT/KOKT	Koncepční otázky kvantové teorie	2p	3	Zk	Dušek	1LS
OPT/M	Mikroskopie	1p+1c	2	Zp,Zk	Ponec	1LS
OPT/PROG2	Programování v C jazyku, sítě	1p+2c	4	Zp,Zk	Myška	1LS
OPT/AKP	Analýza kvality povrchu pomocí rozptylu	1p	2	Zk	Ohlídal	2ZS
OPT/FO	Fyziologická optika	1p+1c	3	Zp,Zk	Tomančák	2ZS
OPT/LOEP	Optické a optoel. lékařské přístroje	3p	3	Zk	Čihák	2ZS
OPT/MAKK	Mod. aspekty klasické teor. koherence	2p	3	Zk	Dušek	2ZS
OPT/OA	Optická anemometrie	1p	2	Zk	Hrabovský	2ZS
OPT/PD	Průmyslový design	2p	3	Zk	Pešák	2ZS
OPT/QAM	Kvantové aspekty měření	2p	3	Zk	Hradil	2ZS
OPT/VT	Videotechnika	1p+1c	3	Zp,Zk	Kocián	2ZS
44kr

Návrh témat prací

Kaplery v integrované optice Digitální optický komunikační systém pro přenos informace Aplikace soustav tenkých vrstev v brýlové optice Generace femtosekundových optických pulsů Využití počítače v optometrii