Valfria kurser inom atomfysik, laserfysik och optik

Transkript

1 Valfria kurser inom atomfysik, laserfysik och optik Avdelningen för Atomfysik, LTH

2 Översikt över kursernas placering i läsperioderna Höst Vår Läsperiod 1 Läsperiod 2 Läsperiod 1 Läsperiod 2 Laserteknik för C,D,E,F och M Atomfysik FK Multispektral avbildning Fotonik och optisk kommunikation Laserfysik Icke-linjär Optik Atom & molekylspektroskopi Medicinsk Optik Avdelningen för Atomfysik, LTH

3 Atom- och Molekylspektroskopi Kurskod: FAF 080 (F och K) Poäng: 5p Läses: Vt Lp2 Språk: Litteratur på engelska, föreläsningar på svenska Litteratur: Sune Svanberg, Atomic and Molecular Spectroscopy Basic Aspects and Practical Applications, 3rd edition; Springer-Verlag, Heidelberg 2001; Lab-instr. Laborationer: Laserinducerad fluorescens och Ramanspektroskopi, Nivåkorsningsspektroskopi, Tidsupplöst spektroskopi, Optiska fotonekon, Högupplösande laserspektroskopi, Demonstrationer: Synkrotronstrålning (MAX-lab), beam-foilspektroskopi, astrofysikalisk spektroskopi, kärnspinnresonans, femtokemi, förbränningsdiagnostik, laserradar Examination: Skriftlig tentamen Lärare: Sune Svanberg Hemsida: Denna kurs ger en bred översikt över moderna spektroskopiska metoder för att studera grundläggande fenomen ("maskineriet i mikrokosmos") och ducerar en mängd praktiska tillämpningar baserade på atom- och molekylspektroskopi. Energistruktur och övergångar beskrivs och spekt-roskopi vid våglängder från röntgen- till radiofrekvensområdet illustreras. Laserbaserade metoder erbjuder speciellt stora möjligheter för studier av såväl fundamentala processer som för analys och diagnostik. Tillämpningar inom astronomi, kemi, energiomvandling, miljö och medicin illustreras. Illustration av Bose-Einsteinkondensation i rubidiumgas (vänster), samt laserradarmätning av kvicksilveremissioner från en industri (höger)

4 Atomfysik FK Kurskod: FAF 190 Poäng: 5p Läses: Ht Lp1, Årskurs 4 Språk: Litteratur på engelska, lektioner på svenska och engelska Litteratur: Foot, C.J.: Atomic Physics. Oxford University Press 2004 Laborationer: Atomer i starka laserfält, Kylning och infångning av atomer med lasrar med förberedelseuppgifter Numerisk Uppgift: Utbredning av vågpaket genom en potentialbarriär Projekt med muntlig redovisning Examination: Skriftlig tentamen Lärare: Anne L'Huillier Hemsida: Kursens mål är att ge studenterna fördjupad kunskap om modern atomfysik nära forskningsfronten. Kursen är både experimentell, med två laborationer, och teoretisk, med att antal övningar och en inlämningsuppgift som kräver numeriska beräkningar. Ett projekt med muntlig redovisning ingår. Kursen presenterar Atomfysik som en tillämpning av kvantmekanik och innehåller Liten repetition av Atomfysik och Kvantmekanik med hjälp av en exempel: växelverkan mellan atomer och elektriska fält. Växelverkan mellan atomer och elektromagnetiska fält. Kylning och infångning av atomer. Introduktion till Bose-Einstein Kondensation. Nya trender inom atomfysik: atomer i starka laserfält, attosekundvetenskap, atominterferometri, kvantdatorer, etc. Inledning till molekylspektroskopi och kemisk bindning. Fig. 1. Generering av attosekundpulser i argon med hjälp av höga övertoner (Laboration: atomer i starka laserfält). Fig. 2. Natriumatomer kylda till 1 mk och fångad i en magnetisk-optisk fälla (gul punkt i centrum av vakuumkammaren) (Laboration i Köpenhamn)

5 Icke-linjär Optik Kurskod: FAF 071 Poäng: 5p Läses: Vt Lp1 från och med år 2006 och framåt (ges ej 2005) Språk: Litteratur på engelska, lektioner på svenska Litteratur: Nonlinear optics, R. W. Boyd Laborationer: Inga Inlämningsuppgifter: 4 set med 2-3 uppgifter vardera Examination: Inlämningsuppgifter, projekt, muntlig och skriftlig redovisning Lärare: Stefan Kröll Hemsida: Kursen syftar till att ge en teoretisk grund för beräkningar och fysikalisk förståelse av icke-linjär växelverkan mellan elektro-magnetisk strålning och materia och innehåller bland annat följande moment: Beräkningar av konvertering av ljus mellan olika våglängder i icke-linjära kristaller Kvantmekaniska beräkningar av icke-linjär växelverkan mellan elektro-magnetisk strålning och materia och därigenom en koppling mellan områdena optik, kvantmekanik och atomfysik Kvantmekanisk beräkning av växelverkan mellan ljus och atomära tvånivåsystem, ett centralt begrepp inom forskningsområden som laserkylning, kvantinformation, m. fl. Ett projekt inom icke-linjär optik. Exempel på projekt som kunde väljas år 2004: Icke-linjära effekter inom optisk kommunikation, extremt långsamma ljuspulser, kvantteleportation, kvantkryptografi, kvantdatorer, detektion av gravitationsvågor. Sammanfattningsvis ger kursen såväl kunskap om dagens teknik avseende t ex centrala processer inom modern optisk kommunikation som en god grund för att arbeta med problemställningar inom forskningsfronten i atom och laserfysik. Figuren ovan symboliserar konversion av ultravioletta fotoner i en kristall till fotonpar bestående av en röd och en grön foton. Fotonpar skapade vid denna typ av icke-linjära processer används bland annat inom kvantkryptografi och kvantteleportation

6 Laserfysik Kurskod: FAF 073 Poäng: 5p Läses: Vt Lp1, årskurs 3,4 Språk: Litteratur på engelska, föreläsningar på svenska, övningar ges både på svenska och engelska Litteratur: Physics of Lasers, O. Svelto Laborationer: Helium-neonlasern, Diodlasern, Neodymlasern, Titansafirlasern Examination: Skriftlig tentamen Lärare: Anne L'Huillier Hemsida: Kursens mål är att ge studenterna fördjupad kunskap om modern laserfysik. Den är både experimentell, med fyra laborationer, och teoretisk, med att antal övningar. Den går från laserns grunderna, baserad på kvantmekanik och elektromagnetisktfältteori till forsknings fronten inom vissa grener av laserfysik. Studenterna kommer att exponeras till "vanliga" diodlasrar, samt "state-of-theart" titansafirlasrar. Kursen innehåller: Växelverkan mellan strålning och materia Strålmatrisformulering. Gaussiska strålar. Optiska resonatorer Kontinuerlig laserverkan, Pulsade lasrar (Q-switching, modlåsning) Inledning till ultrasnabb optik Laserstrålars egenskaper (t ex koherens) Inledning till ickelinjär optik Fig. 1. Några transversella lasermoder som studeras under laborationen om helium-neonlasern Fig. 2. Delar av en modern titansafirlaser som används vid en av laborationerna

7 Multispektral Avbildning Kurskod: FAF 141 (För F, E och D) Poäng: 4p Läses: Ht Lp2 Språk: Litteratur på engelska, föreläsningar på svenska Litteratur: Sune Svanberg, Multispectral Imaging - From microscopy to astronomy -from radiowaves to gammarays, Kompendium 2002, Laborationsinstruktioner Laborationer: Digital avbildning, Medicinsk fluorescensavbildning, Analys av satellitbilder, Avbildning med laser-radarteknik Demonstrationer: Astronomisk avbildning, PIXE-avbildning, Elektronmikroskopi, MRI Examination: Skriftlig tentamen Lärare: Sune Svanberg Hemsida: Kursen behandlar hur bilder registrerade i olika våglängdsband kan kombineras för att medge extraktion av fysikalisk och kemisk information i bildform. Vanlig bildbehandling fokuserar istället på det spatiala informationsinnehållet (former). Kursen ger en översiktlig bakgrund i spektroskopiska fenomen, som medger diskriminering bland bildens pixlar, samt bildbehandlingsoperationer. Kontrastfunktioner och multivariata tekniker för att markera bildområden med föreskrivna egenskaper introduceras. Tillämpningar på olika rumsliga skalor illustreras från astronomisk bildbehandling, fjärranalys med satellitteknik, avbildning av koncentrations- och flödesfält i reaktiva media, radiologi och fluorescensavbildning i medicinen till optisk- och elektronmikroskopi. Avbildning med gammastrålning (SPECT och PET) liksom med magnetisk resonans (MRI) illustrerar medicinska tillämpningar i skilda energiområden. Kursen illustrerar hur vissa grundläggande begrepp hela tiden återkommer och generaliteten hos multispektral avbildning för karakterisering av världen omkring oss. Vätemoln bland stjärnor (vänster), satellitbild av Tjernobylolyckan (mitten) och fluorescensbild av en cancertumör (höger)

8 Fotonik och optisk kommunikation Kurskod: FAF 095/FAF 093 Poäng: 5p samt ett valfritt projekt om 2p Läses: Ht Lp2 (projektredovisning Vt Lp1) Språk: Litteratur på engelska, lektioner på svenska (engelska extralektioner kan ges) Litteratur: Photonics and Optical Communication, S-G Pettersson, S. Andersson-Engels 2004 Laborationer: Bildkvalitet i optiska system, Fiberoptik, Fourier optik och Faskonjugering och holografisk interferometri Examination: Skriftlig tentamen, hemuppgifter, skriftlig och muntlig presentation av projekt Lärare: Sven-Göran Pettersson och Stefan Andersson-Engels Hemsida: Kursen behandlar stora delar av den moderna optiken med tyngdpunkt mot optisk kommunikation och datalagring och ger en verktygslåda för den som ska arbeta med optik i framtiden. Den diskuterar bl. a. - vilken detektor man bör välja för att detektera ljus med så lite brus som möjligt, - hur optiska fibrer fungerar och används, - vad integrerad optik är och hur den fungerar ("all optical computing"), - hur Fourier optik kan användas för optisk bildbehandling och digital holografi - hur kristaller kan användas för att modulera ljus och för att korrigera fasdistorsion med optisk faskonjungering (så att man t.ex. kan se klart genom ett frostat glas). Ett stort antal tillämpningar, såsom optisk kommunikation, datalagring, snabb bildprocessing samt i ett stort antal mättillämpningar, som kan designas och optimeras kräver kunskaper som förvärvas i denna kurs. Därför är denna kunskap av intresse för alla som kommer att arbeta med optik i framtiden, såväl industriellt som akademiskt. Fig. 1. Objekt och Fourier transform (uppmätt under Fourieroptik-laborationen) Fig. 2. Ögats optik moduleras (från laboration i optisk kvalitet).

9 Laserteknik för C,D,E,F och M Kurskod: FAF 112 Poäng: 4p Läses: Ht Lp1 Språk: Svenska Litteratur: Laserteknik: S Borgström och S-G Pettersson Laborationer: HeNe-lasern, Diodlasern, Nd:YAG-lasern och färgämneslasern, Optisk mätteknik Examination: Skriftlig tentamen Lärare: Sven-Göran Pettersson Hemsida: Vill du lära dej hur en laser fungerar? Vill du veta hur man kan mäta med laser och med optiska metoder? Vill du lära dej vad en diodlaser har för egenskaper? Vill du veta något om hur fibrer kan användas inom kommunikation? Vill du veta något om hur man gör materialbearbetning med laser? Detta är en kurs där föreläsningar och övningar ger en insikt i ovanstående och med den direkta kontakten med lasrar och tillämpningar som sker i laborationer kan du få djupa insikter i vad lasrar kan användas till. Fig. 1. Allan Johansson instruerar laboranter vid laborationsuppställningen: Nd:Yag-lasern och färgämnes-lasern Fig. 2. Två laboranter undersöker fransmönster från en HeNe-laser på laborationen i optisk mätteknik

10 Medicinsk Optik Kurskod: FAF 150 Poäng: 5p Läses: Vt Lp2 Språk: Litteratur på engelska, lektioner på svenska eller engelska Litteratur: Föreläsningsanteckningar samt litteratur som är relaterad till valt projekt Laborationer: Optiskt integrerad sfär, interstitiell fotodynamisk terapi, laser-inducerad termoterapi och tidsupplöst diffus reflektans Datorövningar: Diffusionsberäkningar, Monte Carlo simuleringar, laserinducerad termoterapi Examination: Godkänd projektredovisning samt skriftlig tentamen för högre betyg Lärare: Stefan Andersson-Engels Hemsida: Syftet men denna prjektorienterade kurs är att ge en bred bakgrund till olika typer av medicinsk användning av ljus. Laserljus används t.ex. för olika typer av kirurgiska ingrepp, ofta för att skära utan att såret blöder. Många nya användningsområden utvecklas nu snabbt, inte minst för diagnostik. Gemensamt för alla dessa tekniker är att det är viktigt att veta hur djupt ljuset penetrerar in i vävnaden. En karakteristisk egenskap i detta sammanhang är den kraftiga spridningen av ljus i vävnad. I kursen studeras ljusspridningen såväl teoretiskt som experimentellt, där varje deltagare fokuserar på ett eget valt projekt. Projekten kan t.ex. handla om ögonkirurgi, laserbehandling av hudförändringar eller blodflödesmätningar med laser-doppler teknik. Kunskaper vunna under denna kurs efterfrågas av såväl sjukvården och medicinsk teknisk industri som inom många andra discipliner där multipelspridning av ljus är intressant (pappersoptik, meterologi, m.fl.) Därför är denna kunskap av intresse för alla som kommer att arbeta med ljusväxelverkan i starkt spridande material i framtiden, såväl industriellt som akademiskt. Fig. 1. Två teknologer som mäter temperaturökningen i en köttbit under laserbestrålning