Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Wydział Elektryczny - Elektronika i Telekomunikacja (S2)
specjalność: Układy i Systemy Elektroniczne

Sylabus przedmiotu Układy fotoniczne:

Informacje podstawowe

Kierunek studiów Elektronika i Telekomunikacja
Forma studiów studia stacjonarne Poziom drugiego stopnia
Tytuł zawodowy absolwenta magister inżynier
Obszary studiów nauk technicznych
Profil ogólnoakademicki
Moduł
Przedmiot Układy fotoniczne
Specjalność Systemy Telekomunikacyjne
Jednostka prowadząca Katedra Telekomunikacji i Fotoniki
Nauczyciel odpowiedzialny Andrzej Ziółkowski <Andrzej.Ziolkowski@zut.edu.pl>
Inni nauczyciele Andrzej Niesterowicz <Andrzej.Niesterowicz@zut.edu.pl>, Marek Wichtowski <Marek.Wichtowski@zut.edu.pl>
ECTS (planowane) 4,0 ECTS (formy) 4,0
Forma zaliczenia zaliczenie Język polski
Blok obieralny Grupa obieralna

Formy dydaktyczne

Forma dydaktycznaKODSemestrGodzinyECTSWagaZaliczenie
laboratoriaL2 30 1,50,25zaliczenie
projektyP2 15 1,00,33zaliczenie
wykładyW2 30 1,50,42zaliczenie

Wymagania wstępne

KODWymaganie wstępne
W-1Znajomość matematyki z zakresu obejmującego podstawy analizy matematycznej i algebry liniowej.
W-2Znajomość fizyki z zakresu obejmującego podstawy elektromagnetyzmu, optykę i elementy fizyki ciała stałego.
W-3Znajomość optoelektroniki z zakresu obejmującego podstawy działania elementów optoelektronicznych.

Cele przedmiotu

KODCel modułu/przedmiotu
C-1Zapoznanie studentów z budową i zasadą działania układów fotonicznych przeznaczonych do wybranych zastosowań oraz z metodami ich projektowania i symulacji zjawisk fizycznych w nich występujących.
C-2Wyrobienie umiejętności projektowania wybranych układów fotonicznych oraz symulacji zachodzących w nich procesów fizycznych.

Treści programowe z podziałem na formy zajęć

KODTreść programowaGodziny
laboratoria
T-L-1Wprowadzenie i organizacja pracy w laboratorium układów fotonicznych.2
T-L-2Modelowanie propagacji i dyfrakcji wiązek laserowych w ośrodkach optycznych.2
T-L-3Modelowanie zjawiska sprzęgania światła w strukturach planarnych.2
T-L-4Modelowanie zjawiska samoogniskowania i samorozogniskowania wiązek świetlnych w nieliniowych ośrodkach optycznych.2
T-L-5Modelowanie propagacji i oddziaływań fal solitonowych.2
T-L-6Modelowanie planarnego rozdzielacza wiązki i interferometru Macha-Zehndera.2
T-L-7Projektowanie warstw refleksyjnych i antyrefleksyjnych metodą macierzy przejścia.2
T-L-8Kolokwium zaliczające pierwszą serię ćwiczeń.2
T-L-9Modelowanie dyspersji impulsów czasowych metodą superpozycji fal monochromatycznych.2
T-L-10Modelowanie dyspersji impulsów czasowych poprzez rozwiązanie równania falowego metodą różnic skończonych.2
T-L-11Modelowanie właściwości modowych falowodów planarnych metodą znajdywania wartości własnych równania falowego.2
T-L-12Modelowanie falowodów planarnych z zastosowaniem metody BPM.2
T-L-13Modelowanie optycznych filtrów selektywnych metodą macierzy przejścia.2
T-L-14Modelowanie transformacji gaussowskiej wiązki laserowej przez elementy optyczne metodą ABCD.2
T-L-15Kolokwium zaliczające drugą serię ćwiczeń.2
30
projekty
T-P-1Zajęcia wprowadzające.1
T-P-2Konsultacje związane z wyborem projektu.2
T-P-3Student wykonuje jeden z następujących rodzajów projektu: I. Projekt praktycznego układu optoelektronicznego lub fotonicznego. II. Projekt układu laboratoryjnego w zakresie układów fotonicznych. III. Projekt zadania numerycznego w zakresie układów fotonicznych.10
T-P-4Złożenie wykonanego projektu i zaliczenie projektu.2
15
wykłady
T-W-1Podstawowe pojęcia i zagadnienia dotyczące ważniejszych elementów fotonicznych.3
T-W-2Modelowanie zjawisk optycznych w ramach optyki geometrycznej w przybliżeniu przyosiowym.2
T-W-3Równanie falowe oraz transformacja wiązki gaussowskiej przez elementy optyczne z wykorzystaniem metody ABCD.2
T-W-4Rozchodzenia się światła w ośrodku optycznym - zjawisko dyspersji i absorpcji.2
T-W-5Generacja i propagacja ultrakrótkich impulsów świetlnych w układach fotonicznych.2
T-W-6Metody wyznaczania struktur modowych pola elektromagnetycznego w środkach prowadzących światło.3
T-W-7Wprowadzenie do metody BPM (ang. Beam Propagation Method).1
T-W-8Metody różnic skończonych dla opisu propagacji światła metodą BPM.3
T-W-9Warunki brzegowe w metodzie BPM.1
T-W-10Modelowanie struktur planarnych optyki scalonej (rozdzielacze, sprzęgacze, interferometry itp.).2
T-W-11Metody projektowania warstwowych struktur planarnych i filtrów optycznych4
T-W-12Optyczne zjawiska nieliniowe i ich modelowanie w układach fotonicznych.3
T-W-13Zaliczenie formy zajęć.2
30

Obciążenie pracą studenta - formy aktywności

KODForma aktywnościGodziny
laboratoria
A-L-1Uczestnictwo w zajęciach laboratoryjnych.30
A-L-2Przygotowanie do ćwiczeń laboratoryjnych.6
A-L-3Przygotowanie sprawozdań z wykonanych ćwiczeń.6
A-L-4Przugotowanie do kolokwiów zaliczających.3
45
projekty
A-P-1Uczestnictwo w zajęciach.15
A-P-2Samodzielna realizacja zadania projektowego.10
A-P-3Wykonanie dokumentacji technicznej projektu.5
30
wykłady
A-W-1Uczestnictwo w zajęciach.30
A-W-2Przygotowanie do egzaminu.10
A-W-3Udział w konsultacjach.2
A-W-4Studiowanie literatury.3
45

Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne

KODMetoda nauczania / narzędzie dydaktyczne
M-1Metody podające: - wykład informacyjny z użyciem środków multimedialnych.
M-2Metoda praktyczna: - ćwiczenia laboratoryjne
M-3Metoda projektów

Sposoby oceny

KODSposób oceny
S-1Ocena podsumowująca: Kolokwium zaliczające wykład.
S-2Ocena podsumowująca: Kolokwia zaliczające na ćwiczeniach laboratoryjnych.
S-3Ocena podsumowująca: Wykonanie i zaliczenie zadania projektowego.
S-4Ocena formująca: Sprawozdania z ćwiczeń laboratoryjnych.
S-5Ocena formująca: Aktywność na ćwiczeniach laboratoryjnych.

Zamierzone efekty kształcenia - wiedza

Zamierzone efekty kształceniaOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaCel przedmiotuTreści programoweMetody nauczaniaSposób oceny
ET_2A_D.ST01_W01
Student posiada wiedzę z zakresu fotoniki obejmującą między innymi znajomość komputerowych narzędzi do wspomagania projektowania i symulacji układów fotonicznych.
ET_2A_W02, ET_2A_W03, ET_2A_W07T2A_W01, T2A_W03, T2A_W04, T2A_W07C-1T-W-11, T-W-7, T-W-10, T-W-6, T-W-13, T-W-2, T-W-12, T-W-8, T-W-9, T-W-4, T-W-5, T-W-3, T-W-1M-1S-1

Zamierzone efekty kształcenia - umiejętności

Zamierzone efekty kształceniaOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaCel przedmiotuTreści programoweMetody nauczaniaSposób oceny
ET_2A_D.ST01_U01
Student potrafi przeprowadzić symulację procesów fizycznych występujących w układach fotonicznych oraz potrafi projektować proste układy fotoniczne przeznaczone do wybranych zastosowań uwzględniając przy tym zadane kryteria użytkowe.
ET_2A_U09, ET_2A_U12, ET_2A_U13T2A_U08, T2A_U18C-2T-L-3, T-P-3, T-P-4, T-L-13, T-P-1, T-L-11, T-L-6, T-L-5, T-L-9, T-L-15, T-L-7, T-L-10, T-L-12, T-L-8, T-P-2, T-L-14, T-L-4, T-L-1, T-L-2M-3, M-2S-2, S-4, S-3, S-5

Kryterium oceny - wiedza

Efekt kształceniaOcenaKryterium oceny
ET_2A_D.ST01_W01
Student posiada wiedzę z zakresu fotoniki obejmującą między innymi znajomość komputerowych narzędzi do wspomagania projektowania i symulacji układów fotonicznych.
2,0
3,0Student posiada wiedzę z zakresu fotoniki obejmującą między innymi znajomość komputerowych narzędzi do wspomagania projektowania i symulacji układów fotonicznych.
3,5
4,0
4,5
5,0

Kryterium oceny - umiejętności

Efekt kształceniaOcenaKryterium oceny
ET_2A_D.ST01_U01
Student potrafi przeprowadzić symulację procesów fizycznych występujących w układach fotonicznych oraz potrafi projektować proste układy fotoniczne przeznaczone do wybranych zastosowań uwzględniając przy tym zadane kryteria użytkowe.
2,0
3,0Student potrafi przeprowadzić symulację procesów fizycznych występujących w układach fotonicznych oraz potrafi projektować proste układy fotoniczne przeznaczone do wybranych zastosowań, uwzględniając przy tym zadane kryteria użytkowe.
3,5
4,0
4,5
5,0

Literatura podstawowa

  1. Jan Petykiewicz, Podstawy fizyczne optyki scalonej, PWN, Warszawa, 1989, 1
  2. Bernard Ziętek, Optoelektronika, Wydawnictwo naukowe UMK, Toruń, 2005, 2

Literatura dodatkowa

  1. Romuald Jóźwicki, Technika Laserowa i jej zastosowania, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 2009, 1
  2. Adam Kujawski, Paweł Szczepański, Lasery - Podstawy Fizyczne, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 1999, 1
  3. Jan Petykiewicz, Wybrane zagadnienia optyki nieliniowej: podstawy fizyczne i zastosowania, Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 1991
  4. Ting-Chung Poon, Taegeun Kim, Engineering optics with Matlab, World Scientific Publishing, Singapore, 2006
  5. Ting-Chung Poon, Partha P. Banerjee, Contemporary Optical Image Processing with Matlab, Elsevier, Oxford, 2001

Treści programowe - laboratoria

KODTreść programowaGodziny
T-L-1Wprowadzenie i organizacja pracy w laboratorium układów fotonicznych.2
T-L-2Modelowanie propagacji i dyfrakcji wiązek laserowych w ośrodkach optycznych.2
T-L-3Modelowanie zjawiska sprzęgania światła w strukturach planarnych.2
T-L-4Modelowanie zjawiska samoogniskowania i samorozogniskowania wiązek świetlnych w nieliniowych ośrodkach optycznych.2
T-L-5Modelowanie propagacji i oddziaływań fal solitonowych.2
T-L-6Modelowanie planarnego rozdzielacza wiązki i interferometru Macha-Zehndera.2
T-L-7Projektowanie warstw refleksyjnych i antyrefleksyjnych metodą macierzy przejścia.2
T-L-8Kolokwium zaliczające pierwszą serię ćwiczeń.2
T-L-9Modelowanie dyspersji impulsów czasowych metodą superpozycji fal monochromatycznych.2
T-L-10Modelowanie dyspersji impulsów czasowych poprzez rozwiązanie równania falowego metodą różnic skończonych.2
T-L-11Modelowanie właściwości modowych falowodów planarnych metodą znajdywania wartości własnych równania falowego.2
T-L-12Modelowanie falowodów planarnych z zastosowaniem metody BPM.2
T-L-13Modelowanie optycznych filtrów selektywnych metodą macierzy przejścia.2
T-L-14Modelowanie transformacji gaussowskiej wiązki laserowej przez elementy optyczne metodą ABCD.2
T-L-15Kolokwium zaliczające drugą serię ćwiczeń.2
30

Treści programowe - projekty

KODTreść programowaGodziny
T-P-1Zajęcia wprowadzające.1
T-P-2Konsultacje związane z wyborem projektu.2
T-P-3Student wykonuje jeden z następujących rodzajów projektu: I. Projekt praktycznego układu optoelektronicznego lub fotonicznego. II. Projekt układu laboratoryjnego w zakresie układów fotonicznych. III. Projekt zadania numerycznego w zakresie układów fotonicznych.10
T-P-4Złożenie wykonanego projektu i zaliczenie projektu.2
15

Treści programowe - wykłady

KODTreść programowaGodziny
T-W-1Podstawowe pojęcia i zagadnienia dotyczące ważniejszych elementów fotonicznych.3
T-W-2Modelowanie zjawisk optycznych w ramach optyki geometrycznej w przybliżeniu przyosiowym.2
T-W-3Równanie falowe oraz transformacja wiązki gaussowskiej przez elementy optyczne z wykorzystaniem metody ABCD.2
T-W-4Rozchodzenia się światła w ośrodku optycznym - zjawisko dyspersji i absorpcji.2
T-W-5Generacja i propagacja ultrakrótkich impulsów świetlnych w układach fotonicznych.2
T-W-6Metody wyznaczania struktur modowych pola elektromagnetycznego w środkach prowadzących światło.3
T-W-7Wprowadzenie do metody BPM (ang. Beam Propagation Method).1
T-W-8Metody różnic skończonych dla opisu propagacji światła metodą BPM.3
T-W-9Warunki brzegowe w metodzie BPM.1
T-W-10Modelowanie struktur planarnych optyki scalonej (rozdzielacze, sprzęgacze, interferometry itp.).2
T-W-11Metody projektowania warstwowych struktur planarnych i filtrów optycznych4
T-W-12Optyczne zjawiska nieliniowe i ich modelowanie w układach fotonicznych.3
T-W-13Zaliczenie formy zajęć.2
30

Formy aktywności - laboratoria

KODForma aktywnościGodziny
A-L-1Uczestnictwo w zajęciach laboratoryjnych.30
A-L-2Przygotowanie do ćwiczeń laboratoryjnych.6
A-L-3Przygotowanie sprawozdań z wykonanych ćwiczeń.6
A-L-4Przugotowanie do kolokwiów zaliczających.3
45
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta

Formy aktywności - projekty

KODForma aktywnościGodziny
A-P-1Uczestnictwo w zajęciach.15
A-P-2Samodzielna realizacja zadania projektowego.10
A-P-3Wykonanie dokumentacji technicznej projektu.5
30
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta

Formy aktywności - wykłady

KODForma aktywnościGodziny
A-W-1Uczestnictwo w zajęciach.30
A-W-2Przygotowanie do egzaminu.10
A-W-3Udział w konsultacjach.2
A-W-4Studiowanie literatury.3
45
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty kształceniaET_2A_D.ST01_W01Student posiada wiedzę z zakresu fotoniki obejmującą między innymi znajomość komputerowych narzędzi do wspomagania projektowania i symulacji układów fotonicznych.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówET_2A_W02Ma poszerzoną i pogłębioną wiedzę w zakresie fizyki, obejmującą podstawy fizyki kwantowej i fizykę ciała stałego, w tym wiedzę niezbędną do zrozumienia zjawisk fizycznych mających istotny wpływ na właściwości nowych materiałów i działanie zaawansowanych elementów elektronicznych i fotonicznych.
ET_2A_W03Ma pogłębioną, podbudowaną teoretycznie wiedzę w zakresie fotoniki i techniki światłowodowej, w tym wiedzę niezbędną do zrozumienia działania systemów telekomunikacji optycznej oraz optycznego zapisu i przetwarzania informacji.
ET_2A_W07Ma rozszerzoną wiedzę w zakresie języków programowania dla urządzeń elektronicznych i telekomunikacyjnych, zna języki opisu sprzętu i komputerowe narzędzia do wspomagania projektowania i symulacji układów i systemów elektronicznych i układów fotonicznych.
Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaT2A_W01ma rozszerzoną i pogłębioną wiedzę z zakresu matematyki, fizyki, chemii i innych obszarów właściwych dla studiowanego kierunku studiów przydatną do formułowania i rozwiązywania złożonych zadań z zakresu studiowanego kierunku studiów
T2A_W03ma uporządkowaną, podbudowaną teoretycznie wiedzę ogólną obejmującą kluczowe zagadnienia z zakresu studiowanego kierunku studiów
T2A_W04ma podbudowaną teoretycznie szczegółową wiedzę związaną z wybranymi zagadnieniami z zakresu studiowanego kierunku studiów
T2A_W07zna podstawowe metody, techniki, narzędzia i materiały stosowane przy rozwiązywaniu złożonych zadań inżynierskich z zakresu studiowanego kierunku studiów
Cel przedmiotuC-1Zapoznanie studentów z budową i zasadą działania układów fotonicznych przeznaczonych do wybranych zastosowań oraz z metodami ich projektowania i symulacji zjawisk fizycznych w nich występujących.
Treści programoweT-W-11Metody projektowania warstwowych struktur planarnych i filtrów optycznych
T-W-7Wprowadzenie do metody BPM (ang. Beam Propagation Method).
T-W-10Modelowanie struktur planarnych optyki scalonej (rozdzielacze, sprzęgacze, interferometry itp.).
T-W-6Metody wyznaczania struktur modowych pola elektromagnetycznego w środkach prowadzących światło.
T-W-13Zaliczenie formy zajęć.
T-W-2Modelowanie zjawisk optycznych w ramach optyki geometrycznej w przybliżeniu przyosiowym.
T-W-12Optyczne zjawiska nieliniowe i ich modelowanie w układach fotonicznych.
T-W-8Metody różnic skończonych dla opisu propagacji światła metodą BPM.
T-W-9Warunki brzegowe w metodzie BPM.
T-W-4Rozchodzenia się światła w ośrodku optycznym - zjawisko dyspersji i absorpcji.
T-W-5Generacja i propagacja ultrakrótkich impulsów świetlnych w układach fotonicznych.
T-W-3Równanie falowe oraz transformacja wiązki gaussowskiej przez elementy optyczne z wykorzystaniem metody ABCD.
T-W-1Podstawowe pojęcia i zagadnienia dotyczące ważniejszych elementów fotonicznych.
Metody nauczaniaM-1Metody podające: - wykład informacyjny z użyciem środków multimedialnych.
Sposób ocenyS-1Ocena podsumowująca: Kolokwium zaliczające wykład.
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0
3,0Student posiada wiedzę z zakresu fotoniki obejmującą między innymi znajomość komputerowych narzędzi do wspomagania projektowania i symulacji układów fotonicznych.
3,5
4,0
4,5
5,0
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty kształceniaET_2A_D.ST01_U01Student potrafi przeprowadzić symulację procesów fizycznych występujących w układach fotonicznych oraz potrafi projektować proste układy fotoniczne przeznaczone do wybranych zastosowań uwzględniając przy tym zadane kryteria użytkowe.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówET_2A_U09Potrafi zaplanować oraz przeprowadzić symulację i pomiary charakterystyk elektrycznych i optycznych, a także wyznaczać parametry charakteryzujące materiały, elementy i układy elektroniczne oraz światłowodowe.
ET_2A_U12Potrafi uwzględniać zadane kryteria użytkowe i ekonomiczne przy projektowaniu systemów elektronicznych i telekomunikacyjnych oraz układów fotonicznych, w razie potrzeby przystosowując istniejące metody projektowania lub komputerowe narzędzia wspomagania projektowania.
ET_2A_U13Potrafi projektować systemy elektroniczne lub układy fotoniczne przeznaczone do wybranych zastosowań, w tym systemy cyfrowego przetwarzania sygnałó w lub układy optycznego zapisu i przetwarzania informacji.
Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaT2A_U08potrafi planować i przeprowadzać eksperymenty, w tym pomiary i symulacje komputerowe, interpretować uzyskane wyniki i wyciągać wnioski
T2A_U18potrafi ocenić przydatność metod i narzędzi służących do rozwiązania zadania inżynierskiego, charakterystycznego dla studiowanego kierunku studiów, w tym dostrzec ograniczenia tych metod i narzędzi; potrafi - stosując także koncepcyjnie nowe metody - rozwiązywać złożone zadania inżynierskie, charakterystyczne dla studiowanego kierunku studiów, w tym zadania nietypowe oraz zadania zawierające komponent badawczy
Cel przedmiotuC-2Wyrobienie umiejętności projektowania wybranych układów fotonicznych oraz symulacji zachodzących w nich procesów fizycznych.
Treści programoweT-L-3Modelowanie zjawiska sprzęgania światła w strukturach planarnych.
T-P-3Student wykonuje jeden z następujących rodzajów projektu: I. Projekt praktycznego układu optoelektronicznego lub fotonicznego. II. Projekt układu laboratoryjnego w zakresie układów fotonicznych. III. Projekt zadania numerycznego w zakresie układów fotonicznych.
T-P-4Złożenie wykonanego projektu i zaliczenie projektu.
T-L-13Modelowanie optycznych filtrów selektywnych metodą macierzy przejścia.
T-P-1Zajęcia wprowadzające.
T-L-11Modelowanie właściwości modowych falowodów planarnych metodą znajdywania wartości własnych równania falowego.
T-L-6Modelowanie planarnego rozdzielacza wiązki i interferometru Macha-Zehndera.
T-L-5Modelowanie propagacji i oddziaływań fal solitonowych.
T-L-9Modelowanie dyspersji impulsów czasowych metodą superpozycji fal monochromatycznych.
T-L-15Kolokwium zaliczające drugą serię ćwiczeń.
T-L-7Projektowanie warstw refleksyjnych i antyrefleksyjnych metodą macierzy przejścia.
T-L-10Modelowanie dyspersji impulsów czasowych poprzez rozwiązanie równania falowego metodą różnic skończonych.
T-L-12Modelowanie falowodów planarnych z zastosowaniem metody BPM.
T-L-8Kolokwium zaliczające pierwszą serię ćwiczeń.
T-P-2Konsultacje związane z wyborem projektu.
T-L-14Modelowanie transformacji gaussowskiej wiązki laserowej przez elementy optyczne metodą ABCD.
T-L-4Modelowanie zjawiska samoogniskowania i samorozogniskowania wiązek świetlnych w nieliniowych ośrodkach optycznych.
T-L-1Wprowadzenie i organizacja pracy w laboratorium układów fotonicznych.
T-L-2Modelowanie propagacji i dyfrakcji wiązek laserowych w ośrodkach optycznych.
Metody nauczaniaM-3Metoda projektów
M-2Metoda praktyczna: - ćwiczenia laboratoryjne
Sposób ocenyS-2Ocena podsumowująca: Kolokwia zaliczające na ćwiczeniach laboratoryjnych.
S-4Ocena formująca: Sprawozdania z ćwiczeń laboratoryjnych.
S-3Ocena podsumowująca: Wykonanie i zaliczenie zadania projektowego.
S-5Ocena formująca: Aktywność na ćwiczeniach laboratoryjnych.
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0
3,0Student potrafi przeprowadzić symulację procesów fizycznych występujących w układach fotonicznych oraz potrafi projektować proste układy fotoniczne przeznaczone do wybranych zastosowań, uwzględniając przy tym zadane kryteria użytkowe.
3,5
4,0
4,5
5,0