Optica en Optisch Waarnemen

Vrije Universiteit Amsterdam

Faculteit der Exacte Wetenschappen

1

Studiehandleiding

Academisch jaar 2015-2016

Studierichtingen: 2MNW

2

Cursusinformatie

Cursus naam: Optica en Optisch WaarnemenCode: X_420214Periode: 4Studiepunten: 6.0Blackboard: FEW_X_420214_2014_140 (Optica en Optisch Waarnemen (2014-2015))Verantwoordelijke docent: Prof. Dr. Taco D. Visser

Room: U222, T 020 598 7864, E tvisser@nat.vu.nlWerkcollege assistenten: Bob Rengelink, Ivo Knottnerus

CursusomschrijvingOptica is het deelgebied van de natuurkunde waarin wordt ingegaan op het beschrijven en verklaren van de eigenschappen van licht, en op de interactie van licht met materie. Een belangrijk aspect van de optica is optisch waarnemen, oftewel het gebruik van licht voor beeldvorming en visualisatie. Optica is van groot belang in de moderne maatschappij: naast de voor de hand liggende voorbeelden als verlichting, projectoren en fotografie, speelt gecontroleerd gebruik van licht ook een belangrijke rol in bijvoorbeeld dvd-spelers, zonnecellen en glasvezel-netwerken voor snel internet.Daarnaast wordt het gebruik van licht steeds belangrijker in de medische wetenschap. Kennis van de wisselwerking tussen licht en weefsel heeft geleid tot diagnostische apparatuur op basis van licht, zoals bloed-zuurstofmeters. Daarnaast is optische beeldvorming essentieel voor het bestuderen van weefsel op celniveau met behulp van bijvoorbeeld microscopen.

In het college Optica en Optisch Waarnemen wordt de basis gelegd voor een begrip van de fysica van licht, de eigenschappen van licht, en de interactie van licht met materie. Daarnaast wordt ingegaan op verschillende manieren om licht te beschrijven, en op verschillende vormen van optisch waarnemen en optische beeldvorming. Veel aandacht zal worden besteed aan het golfkarakter van licht. Specifieke onderwerpen die aan bod zullen komen zijn:

De beschrijving van licht als electromagnetische golf en de eigenschappen van lichtgolven. Interactie van licht met een diëlectrisch medium: brekingsindex en absorptie. Geometrische optica: lenzen, lensafwijkingen en stelsels van lenzen. Polarisatie Breking en reflectie aan oppervlakken Fourier-analyse Interferentie en diffractie De werking en eigenschappen van lasers Optische beeldvormende technieken

Speciale aandacht zal worden gegeven aan de rol van Optica en Optisch Waarnemen binnen toepassingen die relevant zijn voor medische natuurwetenschappen. Het gebruik van optische technieken in de klinische praktijk en voor biomedische onderzoeksdoeleinden zal uitgebreid worden behandeld.

3

Cursusinformatie

Cursus naam: Optica en Optisch WaarnemenCode: X_420214Periode: 4Studiepunten: 6.0Blackboard: FEW_X_420214_2014_140 (Optica en Optisch Waarnemen (2014-2015))Verantwoordelijke docent: Prof. Dr. Taco D. Visser

Room: U222, T 020 598 7864, E tvisser@nat.vu.nlWerkcollege assistenten: Bob Rengelink, Ivo Knottnerus

LiteratuurOptics, International edition, Eugene Hecht, 4th edition, uitgeverij Pearson Het is noodzakelijk het boek vanaf het begin van de cursus in het bezit te hebben. Veel van de opgaves die worden behandeld op het werkcollege komen uit het boek. De powerpoint-slides van de hoorcolleges zijn beschikbaar op blackboard/homepage na het college.

Verplichte aanwezigheidHoorcolleges: Ja / NeeWerkcolleges: Ja / NeeLet op: de wekelijkse toets vindt plaats tijdens een werkcollege!Het wordt zeer sterk aanbevolen zowel de hoor- als werkcolleges bij te wonen.

Cursusdoelen

Leerdoelen

Na dit college kan de student:1. Een beschrijving geven van licht in termen van zowel electromagnetische golven als

fundamentele deeltjes, en de fysische eigenschappen van licht kunnen benoemen.2. Zowel kwalitatief als wiskundig een verklaring geven van optische fenomenen zoals breking,

absorptie, diffractie, interferentie, polarisatie en verstrooiing.3. Een analyse maken van optische systemen met daarin lenzen, spiegels, etc., door middel van

geometrische optica en golf-optica.4. De werking, principes en toepassingsgebieden van optische beeldvormende technieken

beschrijven. De student is in staat om kwantitatief te beschrijven wat de relevante parameters zoals resolutie, gevoeligheid, indringdiepte, etc. van een optisch systeem zijn.

5. Berekeningen uitvoeren die betrekking hebben op de propagatie van optische golven en optische beeldvorming.

6. Toepassingen van optica in medisch en biologisch relevante context kwantitatief analyseren.

4

Studielast (1 ec correspondeert met 28 uur studielast)Hoorcollege: 4 uur/week 28 uur in totaalWerkcollege: 4 uur/week 28 uur in totaalVoorbereiding hoorcollege (zelfstudie): 3 uur /week 21 uur in totaalBestuderen stof en opgaven maken (zelfstudie): 7 uur/week 49 uur in totaalTentamenvoorbereiding (zelfstudie): 17 uur 17 uur in totaalTentamen: 3 uur 3 uur in totaal

Tijdens de hoorcolleges wordt de theorie behandeld die de basis vormt voor het begrip van optica en optisch waarnemen. Waar mogelijk wordt deze theorie concreet gemaakt door middel van demonstratie-experimenten en praktijkvoorbeelden. Voorafgaand aan een hoorcollege wordt uitgegaan van 1 uur voorbereiding d.m.v. het doornemen van de stof van het college. Per week wordt uitgegaan van 6 uur zelfstudie, waarbij oefenen met opgaven essentieel is.In de werkcolleges wordt de behandelde theorie actief aangewend om vraagstukken op te lossen en optische systemen te analyseren. Dit is waar je leert om je kennis toe te passen! In het werkcollege worden opgaven gemaakt om met de stof te leren omgaan, die qua niveau iets moeilijker zijn dan typische tentamenvragen.Een keer per week wordt er tijdens een werkcollege een opdracht gegeven die meetelt voor het eindcijfer. Tijdens de hoorcolleges worden toepassingen van Optica in voor MNW relevante onderwerpen behandeld. De opdracht tijdens het werkcollege heeft betrekking op het onderwerp van die week. Er zit alleen een weekend tussen het laatste (werk)college en het tentamen. Reserveer het weekend voor het tentamen volledig voor tentamenvoorbereiding!

Plaats in de Bachelor MNW

Benodigde voorkennis:Het college OOW bouwt voort op onderwerpen die zijn behandeld in de 1e jaars vakken Fysica en Medische Fysica 1 en 2, zoals trillingen, golven, electriciteit en magnetisme. Daarnaast wordt gebruik gemaakt van wiskundige concepten die zijn behandeld in de colleges Calculus 1 en 2 en Mathematische Methoden. Ook zullen sommige concepten en vaardigheden uit het Natuurkunde Practicum worden gebruikt.

Voor de verdere studie:Het college levert een theoretische en conceptuele basis voor het begrip van licht, optische fenomenen en optische beeldvorming. Deze basis is essentieel voor vervolgvakken in o.a. de minor Biomedische Beeldvorming in het 3e jaar, maar ook voor verscheidene onderwerpen in de tracks van de master Medical Natural Sciences (met name de Physics of Life en Medical Physics tracks).

5

Wel en niet toegestaan bij het tentamenGrafische rekenmachine Ja / NeeGewone (wetenschappelijke) rekenmachine Ja / NeePen Ja / NeePotlood Ja / Nee / Alleen voor tekeningen en grafiekenLiniaal Ja / NeeGeodriehoek Ja / Nee

Het is niet toegestaan om tijdens het tentamen benodigdheden van andere studenten te lenen!

Toetsing en beoordelingSchriftelijk tentamen 75% gewichtWerkcollege-opdrachten 25% gewicht

Bij het tentamen worden zowel conceptuele als rekenopgaven gesteld. Het boek mag niet gebruikt worden. Het is toegestaan om 1 A4-tje met een zelfgemaakte samenvatting mee te nemen en te gebruiken bij het tentamen.Het cijfer voor de werkcollege-opdrachten is het gemiddelde van de best gemaakte 5 (van in totaal 7) opdrachten. Als minder dan 5 van de 7 opgaven worden ingeleverd wordt voor elk van de gemiste opdrachten een 1 als cijfer meegenomen bij het berekenen van het gemiddelde.

De stof per week:

Week 1: Hfd. 1, Hfd. 2, en ook 3.3, 3.5, 3.6 en 3.7. Week 2: Hfd. 4, tot en met 4.7.1Week 3: 5.1 t/m 5.4; 5.7; Hoofdstuk 6Week 4: 7.2, 7.3 en 7.4Week 5: 8.1 t/m 8.8; 9.1 t/m 9.5, 9.8.1 en 9.8.2Week 6: 4.10 en 9.6; 10.1 en 10.2Week 7: 10.3 t/m 10.3.6; 11.1 en 11.2

6