آموزش اپتیک از مبتدی تا متخصص - فیزیک نور

سرفصل ها و درس ها

مقدمه و بررسی اجمالی Introduction & Overview

• ساختار این دوره Structure of this course

• نور در طول تاریخ و مروری بر این دوره Light throughout history & Overview of this course

• اسلایدها را دانلود کنید Download the slides

اپتیک هندسی: بازتاب و آینه Geometrical optics: Reflection & Mirrors

• معرفی بخش Section intro

• بررسی اجمالی Overview

• انعکاس Reflection

• آینه ها: تصاویر واقعی در مقابل تصاویر مجازی Mirrors: Real versus virtual images

• آینه های مقعر Concave mirrors

• آینه های مقعر: ساخت تصویر Concave mirrors: Image construction

• آینه های محدب Convex mirrors

• آینه های محدب: ساخت تصویر Convex mirrors: Image construction

• محاسبه اندازه تصویر برای آینه ها Calculating the image size for mirrors

• محاسبه فاصله تصویر برای آینه ها Calculating the image distance for mirrors

• فاصله کانونی و توان نوری Focal length & Optical power

• تلسکوپ بازتابی Reflecting telescope

• درباره آزمون ها و تمرین ها About quizzes and exercises

• دانش خود را در مورد بازتاب و آینه آزمایش کنید! Test your knowledge about reflection and mirrors!

• [تمرینات] اپتیک هندسی: بازتاب و آینه [Exercises] Geometrical optics: Reflection & Mirrors

• [راه حل] تمرین 1: آینه محدب [Solution] Exercise 1: Convex mirror

• [راه حل] تمرین 2: تمرکز تلسکوپ بازتابی [Solution] Exercise 2: Focus of a reflecting telescope

• [راه حل] تمرین 3: آینه کروی در مقابل سهموی [Solution] Exercise 3: Spherical versus parabolic mirror

• سرعت نور: روش فیزو Speed of light: Fizeau's method

• خلاصه بخش و چشم انداز Section summary & Outlook

• اسلایدهای این بخش Slides of this section

اپتیک هندسی: انکسار و لنزها Geometrical optics: Refraction & Lenses

• معرفی بخش Section intro

• [ریاضی اختیاری] مشتقات [Optional Mathematics] Derivatives

• بررسی اجمالی Overview

• انکسار و ضریب شکست Refraction & Refractive index

• بازتاب کامل Total reflection

• اصل فرما Fermat's principle

• قانون اسنل: انکسار برگرفته از اصل فرما Snell's law: Refraction derived from Fermat's principle

• لنزها Lenses

• لنزهای محدب Convex lenses

• لنزهای مقعر Concave lenses

• معادله عدسی ساز Lensmaker's equation

• دانش خود را در مورد انکسار و لنزها آزمایش کنید! Test your knowledge about refraction and lenses!

• [تمرینات] اپتیک هندسی: انکسار و لنزها [Exercises] Geometrical optics: Refraction & Lenses

• [راه حل] تمرین 1: شکست از آب به شیشه [Solution] Exercise 1: Refraction from water to glass

• [راه حل] تمرین 2: عدسی مقعر [Solution] Exercise 2: Concave lens

• [راه حل] تمرین 3: اثبات معادلات برای اندازه و طول تصویر [Solution] Exercise 3: Proof of equations for image size and length

• میکروسکوپ Microscope

• چشم Eye

• انحرافات نوری Optical aberrations

• پراکندگی و رنگ های نور Dispersion & Colors of light

• خلاصه بخش و چشم انداز Section summary & Outlook

• اسلایدهای این بخش Slides of this section

اپتیک موج: اصل، پدیدارشناسی و آزمایش های هویگنس Wave optics: Huygens' principle, phenomenology & Experiments

• معرفی بخش Section intro

• [مبانی ریاضی] مشتقات جزئی [Mathematical basics] Partial derivatives

• [مبانی ریاضی] مبانی معادلات دیفرانسیل [Mathematical basics] Basics of differential equations

• پراکندگی نور Dispersion of light

• امواج: حل معادله موج و تابع ریاضی Waves: Solution of the wave equation & Mathematical function

• طول موج در مواد مختلف Wave length in different materials

• شکست امواج Refraction of waves

• برهم نهی امواج: تداخل Superposition of waves: Interference

• سرعت گروهی و فازی امواج Group & Phase velocity of waves

• امواج ایستاده Standing waves

• اندازه گیری طول موج با تداخل Measuring the wave length by interference

• تداخل لایه نازک Thin-film interference

• دانش خود را در مورد امواج آزمایش کنید! Test your knowledge about waves!

• [تمرینات] امواج [Exercises] Waves

• [راه حل] امواج [Solution] Waves

• [راه حل] تداخل [Solution] Interference

• امواج کروی (یا امواج دایره ای) Spherical waves (or circular waves)

• اصل هویگنس Huygens' principle

• آزمایش دو شکاف Double-slit experiment

• پراش: آزمایش تک شکافی Diffraction: Single-slit experiment

• توری پراش Diffraction grating

• حد تفکیک زاویه ای و معیار ریلی Angular resolution limit & Rayleigh criterion

• دانش خود را در مورد پراش و آزمایش دو شکاف آزمایش کنید! Test your knowledge about diffraction and the double-slit experiment!

• قطبی شدن Polarization

• پلاریزه کننده Polarizer

• دوشکستگی Birefringence

• قطبش با بازتاب و زاویه بروستر Polarization by reflection & Brewster angle

• دانش خود را در مورد پلاریزاسیون آزمایش کنید! Test your knowledge about polarization!

• [تمرین] نور مانند موج [Exercise] Light as a wave

• [راه حل] آزمایش دو شکاف [Solution] Double-slit experiment

• [راه حل] پلاریزاسیون [Solution] Polarization

• خلاصه بخش و چشم انداز Section summary & Outlook

• اسلایدهای این بخش Slides of this section

اپتیک موج: نظریه مبتنی بر معادلات ماکسول Wave optics: Theory based on Maxwell's equations

• معرفی بخش Section intro

• [مبانی ریاضی] عملگر Nabla و مشتقات چند بعدی [Mathematical basics] Nabla operator & Multidimensional derivatives

• [بخش 1] شروع با معادلات ماکسول [PART 1] Starting with Maxwell's equations

• معادلات ماکسول Maxwell's equations

• [اختیاری] منشأ معادلات ماکسول [Optional] Origin of Maxwell's equations

• انرژی میدان های الکترومغناطیسی و بردار پوینتینگ Energy of electromagnetic fields & Poynting vector

• دانش خود را در مورد معادلات ماکسول تست کنید Test your knowledge about Maxwell's equations

• [بخش 2] ادامه با نور به عنوان راه حل معادلات ماکسول در خلاء [PART 2] Continuing with light as a solution to Maxwell's equations in vacuum

• [مبانی ریاضی] اعداد مختلط 1/4 - اعداد مختلط چیست؟ [Mathematical basics] Complex numbers 1/4 - What are complex numbers?

• [مبانی ریاضی] اعداد مختلط 2/4 - جمع، تفریق، صفحه مختلط [Mathematical basics] Complex numbers 2/4 - Addition, subtraction, complex plane

• [مبانی ریاضی] اعداد مختلط 3/4 - ضرب و تقسیم [Mathematical basics] Complex numbers 3/4 - Multiplication & division

• [مبانی ریاضی] اعداد مختلط 4/4 - نمایی و نمایش قطبی [Mathematical basics] Complex numbers 4/4 - Exponentials & polar representation

• [تمرینات] اعداد مختلط [Exercises] Complex numbers

• [راه حل] اعداد مختلط [Solutions] Complex numbers

• معادله موج برگرفته از معادلات ماکسول در خلاء Wave equation derived from Maxwell's equations in vacuum

• بحث: مقادیر واقعی در مقابل مقادیر مختلط Discussion: Real versus complex quantities

• نور به عنوان یک موج الکترومغناطیسی: رابطه پراکندگی و بسته موج Light as an electromagnetic wave: Dispersion relation & Wave packet

• خصوصیات امواج الکترومغناطیسی Characterization of electromagnetic waves

• قطبش نور Polarization of light

• بردار Poynting: شدت و فشار تشعشع Poynting vector: Intensity & Radiation pressure

• [تمرینات] نور به عنوان یک موج الکترومغناطیسی [Exercises] Light as an electromagnetic wave

• [راه حل] نور به عنوان یک موج الکترومغناطیسی [Solution] Light as an electromagnetic wave

• دانش خود را در مورد نور به عنوان یک موج الکترومغناطیسی در معادلات ماکسولز آزمایش کنید Test your knowledge about light as an electromagnetic wave in Maxwells equations

• بخش بیرونی Section outro

• اسلایدهای این بخش Slides of this section

اپتیک موج: از معادلات ماکسول در ماده تا معادلات فرنل Wave optics: From Maxwell's equations in matter to the Fresnel equations

• معرفی بخش Section intro

• [بخش 1] معادلات ماکسول در ماده [PART 1] Maxwell's equations in matter

• قطبی شدن ماده Polarization of matter

• مغناطیسی شدن ماده Magnetization of matter

• معادلات ماکسول در ماده Maxwell’s equations in matter

• میدان الکتریکی E، میدان جابجایی D، شار مغناطیسی B و میدان مغناطیسی H Electric field E, Displacement field D, Magnetic flux B and Magnetizing field H

• دانش خود را در مورد معادلات ماکسول در ماده آزمایش کنید Test your knowledge about the Maxwell's equations in matter

• [بخش 2] معادلات فرنل [PART 2] Fresnel's equations

• نور در یک رسانه Light in a medium

• نور در یک محیط: ضریب شکست Light in a medium: Refractive index

• امپدانس و پذیرش Impedance & Admittance

• شرایط رابط برای میدان های الکترومغناطیسی Interface conditions for electromagnetic fields

• بردارهای موج در یک رابط Wave vectors at an interface

• انعکاس نور پلاریزه s Reflection of s-polarized light

• بازتاب نور پلاریزه p Reflection of p-polarized light

• معادلات فرنل: بازتاب و انتقال Fresnel equations: Reflectivity & Transmissivity

• [تمرین] معادلات فرنل [Exercise] Fresnel equations

• [راه حل] معادلات فرنل: عمود بر عمود [Solution] Fresnel equations: Perpendicular incidence

• [راه حل] معادلات فرنل: بروز چرا [Solution] Fresnel equations: Grazing incidence

• معادلات فرنل: بازتاب کل Fresnel equations: Total reflection

• معادلات فرنل: زاویه بروستر Fresnel equations: Brewster angle

• [بخش 3] ضریب شکست پیچیده [PART 3] Complex refractive index

• تضعیف و کدورت Attenuation & Opacity

• ضریب شکست پیچیده که از یک نوسان ساز هارمونیک میرا گرفته شده است Complex refractive index derived from a damped harmonic oscillator

• ضریب شکست پیچیده در گازها و محیط های نازک Complex refractive index in gases and thin media

• وابستگی فرکانس معمولی ضریب شکست Typical frequency dependence of the refractive index

• دوشکستگی و دورنگی Birefringence & Dichroism

• صفحات موج: دستکاری پلاریزاسیون - صفحات موج چهارم و نیمه موج Waveplates: manipulating polarization - Quarter-wave & Half-wave plates

• دانش خود را در مورد معادلات فرنل و ضریب شکست آزمایش کنید Test your knowledge about the Fresnel equations & the refractive index

• بخش بیرونی Section outro

• اسلایدهای این بخش Slides of this section

اپتیک کوانتومی: فوتون ها، خواص کوانتومی نور و اثر فوتوالکتریک Quantum optics: Photons, quantum properties of light & Photoelectric effect

• معرفی بخش Section intro

• نور چیست؟ خلاصه ای از خواص موج مانند که تاکنون مورد بحث قرار گرفت What is light? Summary of the wave-like properties discussed so far

• اثر فوتوالکتریک: نور به عنوان ذره و انرژی فوتون Photoelectric effect: Light as a particle & Energy of a photon

• فوتون: انرژی و شدت Photon: Energy and intensity

• دوگانگی موج-ذره برای نور و ماده Particle-wave dualism for light and matter

• عدم قطعیت هایزنبرگ و گربه شرودینگر: آزمایش دو شکاف بازبینی شد Heisenberg's uncertainty & Schrödinger's cat: Double-slit experiment revisited

• تشعشعات بدن سیاه و فاجعه فرابنفش Black-body radiation & Ultraviolet catastrophe

• قانون پلانک Planck's law

• اثر کامپتون Compton effect

• تکانه فوتون و توضیح اثر کامپتون Momentum of a photon & Explanation of the Compton effect

• چرخش یک فوتون Spin of a photon

• فوتون ها در مقابل الکترون ها Photons versus electrons

• دانش خود را در مورد خواص کوانتومی نور آزمایش کنید! Test your knowledge about the quantum properties of light!

• بخش بیرونی Section outro

• اسلایدهای این بخش Slides of this section

سلول های خورشیدی: اثر فوتوالکتریک اعمال شده در فتوولتائیک Solar cells: Photoelectric effect applied to photovoltaics

• معرفی بخش Section intro

• انرژی خورشیدی: فوتون های تولید شده در خورشید Solar energy: Photons generated in the sun

• ساختار نواری نیمه هادی ها Band structure of semiconductors

• دوپینگ نیمه هادی و اتصال P-n Doping of a semiconductor & P-n junction

• سلول های خورشیدی Solar cells

• شکاف نواری که شایستگی یک سلول خورشیدی را تعیین می کند Band gap determining the figure of merit of a solar cell

• محدودیت شاکلی-کویسر برای کارایی سلول های خورشیدی Shockley-Queisser limit of solar cells' efficiency

• هندسه های جایگزین سلول های خورشیدی Alternative geometries of solar cells

• دانش خود را در مورد سلول های خورشیدی آزمایش کنید! Test your knowledge about solar cells!

• [تمرین] راندمان هزینه سلول های خورشیدی [Exercise] Cost efficiency of solar cells

• [راه حل] راندمان هزینه سلول های خورشیدی [Solution] Cost efficiency of solar cells

• بخش بیرونی Section outro

• اسلایدهای این بخش Slides of this section

از جذب و انتشار فوتون تا کاربرد لیزر From absorption & Emission of photons to LASER application

• معرفی بخش Section intro

• سطوح انرژی الکترون ها در یک اتم: مدل بور Energy levels of electrons in an atom: Bohr model

• مثال: سطوح انرژی هیدروژن و ارتباط با فوتون های ساطع شده Example: Energy levels of hydrogen and relation to emitted photons

• جذب، انتشار تحریک شده و انتشار خود به خود فوتون ها Absorption, stimulated emission and spontaneous emission of photons

• لیزر: پمپاژ برای وارونگی LASER: Pumping for inversion

• لیزر: تشدید کننده LASER: Resonator

• لیزر: هلیوم-نئون به عنوان مثال LASER: Helium-neon as an example

• انسجام نور Coherence of light

• دانش خود را در مورد لیزرها آزمایش کنید! Test your knowledge about LASERs!

• [اختیاری] سطوح انرژی از کجا می آیند؟ [Optional] Where do the energy levels come from?

• [اختیاری] معادله شرودینگر [Optional] Schrödinger equation

• [اختیاری] حل معادله شرودینگر برای اتم هیدروژن [Optional] Solving the Schrödinger equation for the hydrogen atom

• [اختیاری] بحث در مورد سیستم ویژه اتم هیدروژن [Optional] Discussion of the eigensystem of the hydrogen atom

• بخش بیرونی Section outro

• اسلایدهای این بخش Slides of this section

پدیده های نور مدرن Modern light phenomena

• معرفی بخش Section intro

• اپتیک فوریه Fourier optics

• هولوگرافی Holography

• اپتیک غیر خطی Non-linear optics

• نسل دوم هارمونیک Second-harmonic generation

• بخش بیرونی Section outro

• اسلایدهای این بخش Slides of this section

• ممنون و خداحافظ Thank you & Goodbye

• من و دوره های دیگر من را دنبال کنید Follow me & My other courses