Optika   Malý, Petr

vázaná, 372 str., 2. vydání

vydáno: leden 2014

                   Druhé, přepracované vydání základní vysokoškolské učebnice, určené zejména studentům obecné fyziky, přináší ucelený přehled a výklad klasické (nekvantové) optiky. Kniha by měla být zevrubným úvodem do dalšího studia optiky a zároveň zdrojem informací pro studenty, kteří se v budoucnu budou věnovat jiným oborům, na nichž se již optika dále nevyučuje. Text se věnuje nejen obvyklým oblastem (elektromagnetická povaha světla, geometrická a přístrojová optika, ohyb a interference světla, koherence světla), ale zahrnuje také, i když někdy jen stručně, některá témata z modernější optiky (fourierovská optika, vláknová optika, laserová fyzika, nelineární optika). Oproti předchozímu vydání byl především rozšířen výklad gaussovských svazků a doplněn odstavec uvádějící základy optické spektroskopie.

Úvod

1 Světlo jako elektromagnetické vlny

1.1 Spektrum elektromagnetických vln

1.2 Vlnová rovnice

1.3 Rovinné vlny

1.3.1 Obecná rovinná světelná vlna

1.3.2 Harmonická rovinná světelná vlna

1.4 Princip superpozice

1.5 Komplexní reprezentace

1.6 Intenzita světla

1.7 Kulové vlny

1.8 Šíření světla ve vodivém prostředí

2 Polarizace světla rovinné monochromatické vlny

2.1 Lineární, kruhová a eliptická polarizace světla

2.2 Maticový popis polarizace světla

3 Odraz a lom světla na rovinném rozhraní dvou prostředí

4 Kvazimonochromatické elektromagnetické vlny

4.1 Spektrální rozklad světla

4.2 Grupová rychlost světla

5 Interference světla

5.1 Dvojsvazková interference

5.1.1 Interference dvou rovinných světelných vln

5.1.2 Youngův experiment

5.1.3 Další příklady dvojsvazkové interference - dělení vlnoplochy

5.1.4 Další příklady dvojsvazkové interference - dělení amplitudy

5.1.4.1 Michelsonův interferometr

5.1.4.2 Interference na dielektrických vrstvách

5.1.4.2.1 Proužky stejného sklonu

5.1.4.2.2 Proužky stejné tlouštky

5.1.4.2.3 Antireflexní vrstvy

5.2 Mnohosvazková interference

6 Koherence světla

6.1 Úvod do skalární teorie koherence

6.2 Polarizace světla

7 Holografie

8 Difrakce světla

8.1 Fraunhoferova difrakce

8.1.1 Fraunhoferova difrakce na štěrbině

8.1.2 Difrakce na obdélníkovém otvoru

8.1.3 Difrakce na kruhovém otvoru

8.1.4 Fraunhoferova difrakce na řadě štěrbin

8.2 Fresnelova difrakce

8.2.1 Babinetův princip

8.2.2 Názorná formulace rozdílu mezi Fraunhoferovou a Fresnelovou difrakcí

8.2.3 Fresnelovy zóny

8.2.3.1 Fresnelova difrakce na kruhové apertuře

8.2.3.2 Fresnelova difrakce v případě válcových vln

8.2.3.3 Fresnelova difrakce na hraně

8.3 Matematická teorie

8.4 Difrakce vln na trojdimensionálních periodických strukturách.

9 Princip fourierovské optiky

10 Základy geometrické optiky

10.1 Úvod do geometrické optiky

10.1.1 Eikonálová rovnice

10.1.2 Zákon lomu pro paprsky

10.1.3 Intenzita světla v geometrické optice

10.1.4 Paprsková rovnice

10.1.5 Fermatův princip

10.2 Geometrická optika sférických ploch

10.2.1 Znaménková konvence

10.2.2 Abbeův invariant

10.2.3 Kardinální body optické soustavy

10.2.4 Zobrazovací rovnice

10.2.5 Zrcadlové plochy

10.2.6 Zvětšení při optickém zobrazení

10.2.7 Kombinace dvou zobrazení

10.2.8 Optická čočka

10.3 Vybrané zobrazovací přístroje

10.3.1 Lupa

10.3.2 Mikroskop

10.3.3 Teleskop (dalekohled)

10.3.4 Fotografický přístroj

10.4 Paraxiální optika maticově

10.4.1 Maticový formalismus

10.4.2 Tlustá optická čočka

10.4.3 Obecná optická soustava, kardinální body

10.4.4 Laserový rezonátor

10.5 Vady zobrazení (aberace)

10.5.1 Monochromatické aberace

10.5.2 Barevné vady zobrazení

11 Spektrální přístroje

11.1 Základy optické spektroskopie

11.2 Spektrometry

11.2.1 Optický disperzní hranol

11.2.2 Optická ohybová mřížka

11.3 Fabry-Perotův interferometr

12 Základy fotometrie a radiometrie

13 Šíření světla v anizotropních látkách

13.1 Vlastnosti tenzoru permitivity

13.2 Světelné vlny v anizotropním prostředí

13.2.1 Řádná a mimořádná vlna, Fresnelova rovnice

13.2.2 Optická indikatrix

13.2.3 Souvislost mezi geometrickou konstrukcí (indikatrix) a řešením Fresnelovy rovnice

13.2.4 Šíření světla v anizotropním prostředí: shrnutí

13.3 Lom světla při dopadu na anizotropní prostředí

13.3.1 Určení směru mimořádného paprsku pomocí normálové plochy - zdůvodnění

13.4 Použití dvojlomných látek

13.4.1 Polarizátory

13.4.2 Kompenzátory

13.4.3 Interference polarizovaných svazků

13.4.4 Fotoelastické chování

13.4.5 Kerrův jev

14 Interakce světla s látkou

14.1 Klasický model pro výpočet indexu lomu dielektrik

14.1.1 Lorentzův model pro výpočet indexu lomu dielektrik

14.1.2 Lokální pole

14.2 Klasický model pro výpočet indexu lomu kovů

14.3 Vysvětlení absorpce z mikroskopického hlediska

14.4 Vysvětlení existence indexu lomu z mikroskopického hlediska

14.5 Rozptyl světla

15 Základy laserové fyziky

15.1 Interakce světla s látkou v případě reálných přechodů mezi energetickými stavy

15.2 Laser

16 Nelineární optika

16.1 Nelineární optické jevy druhého řádu

16.2 Nelineární optické jevy třetího řádu

16.3 Mikroskopický model optických nelinearit druhého řádu

17 Základy vláknové optiky

18 Zdroje a detektory světla

18.1 Světelné zdroje

18.2 Detektory

18.2.1 Tepelné detektory

18.2.2 Kvantové detektory

18.2.3 Lidské oko

19 Vlnově-korpuskulární dualismus.

19.1 Tepelné záření

19.2 Fotony

19.3 Vlnové vlastnosti částic

Literatura

Rejstřík

               Rukopis knihy je výsledkem více než patnáctileté autorovy přednáškové činnosti na Matematicko-fyzikální fakultě Univerzity Karlovy v základním kurzu fyziky, jehož součástí je mj. i optika. Autorje tedy zkušeným vysokoškolským pedagogem a má uvedenou problematiku velmi dobře zažitou, což se promítá na vyváženém výběru látky do rukopisu i v jeho vynikajícím pedagogickém zpracování. Rukopis obsahuje jak partie optiky, které lze nazvat klasickými (vlnová rovnice, interference, ohyb, geometrická optika a optické přístroje, interakce světla s látkou, opticky anizotropní látky), tak i tzv. moderní optiku, tj. pojednání o fourierovské optice, laserech, nelineární a vláknové optice - i když v omezené míře dané znalostmi posluchačů v prvním dvouletí a rozsahem díla. Oceňuji mj. zahrnutí poměrně obšírné kapitoly 10 "Geometrická optika" (o jejíž příslušnosti do univerzitního kurzu optiky se před časem vedly diskuse), v ni použitý moderní výklad vedený pomocí maticového formalismu a např. i detailní matematické pojednání o aberacích optického zobrazení.

Rukopis knihy považuji za velmi zdařilý a chci v tomto kontextu zdůraznit tu skutečnost, že se na českém trhu objeví konečně knižní zpracování základního vysokoškolského kursu optiky, a to po více než čtyřiceti letech (naposledy to byla učebnice J. Fuka, B. Havelka: Optika, SPN Praha 1961)! Za tuto dobu prodělala optika bouřlivý vývoj a potřeba nové učebnice byla naléhavě pociťována již dlouho. Kniha kromě toho úspěšně zkompletuje studijní literaturu pro základní univerzitní kurs fyziky, vyšlou z pera autorů působících na Matematicko-fyzikální fakultě Univerzity Karlovy (již existují učebnice Mechanika, Molekulová fyzika, Elektřina a magnetismus, Atomy, jádra, částice, Teoretická mechanika a Úvod do kvantové mechaniky).

Konečně mám za to, že na tomto místě je velmi důležité zdůraznit tu skutečnost, že autorův přístup k vyložené látce je dalek toho být tak říkajíc "pasivní" (tj. spočívající v tom, že autor získává znalosti pouze studiem jiných učebnic, nejlépe zahraničních, a tyto poznatky posléze "didakticky přepracuje" do nového rukopisu). Zde je tomu právě naopak: Prof. P. Malý po dobu třiceti let aktivně vědecky působí v oboru optických vlastností látek, laserové techniky a nelineární optické spektroskopie. Je vynikajícím experimentátorem a s týmem svých spolupracovníků a studentů byl úspěšným řešitelem mnoha tuzemských i mezinárodních projektů. Jako autor řady publikací ve špičkových zahraničních časopisech (Physical Review, Applied Physics Letters aj.) si získal renomé zejména v oboru ultrarychlé laserové spektroskopie a v jeho osobě se šťastným způsobem kloubí špičková vědecká erudice s pedagogickým umem. Je tedy osobou nanejvýš povolanou k sepsání moderní vysokoškolské učebnice optiky. Vydání recenzovaného rukopisu tudíž vřele doporučuji. Drobné technické nedostatky rukopisu jsem již probral osobně s autorem. Pro čtenářovo pohodlí a rychlou orientaci bych doporučil doplnit rukopis rejstříkem.

Z recenzního posudku: Prof. RNDr. Ivan Pelant, DrSc.