SEMESTR LETNI 2023/2024, prowadzi PIOTR WASYLCZYK
Zasady zaliczania i oceniania:
Na podstawie tych dwóch składowych będę wystawiał ocenę.
Praca domowa
1. Wybrać jedną z nagród Nobla związaną ze światłem i dowiedzieć się za co została przyznana i dlaczego (dla ambitnych - przeczytać wykład laureata, dostępny na stronie Komitetu Noblowskiego). Opisać w kilku zdaniach (nie przepisywać z Wikipedii, postarać się samemu zrozumieć, choćby na podstawowym poziomie), przesłać do 10/03/2024 na adres pwasylcz@fuw.edu.pl
2. Proszę przypomnieć sobie równania Maxwella, co one znaczą, jakie proste eksperymenty można wykonać, żeby zobaczyć zjawiska, które one opisują. Dla chętnych: przypomnieć sobie również, jak z równań Maxwella (w próżni) można wyprowadzić równanie falowe - najpierw w próżni, a potem z dodatkiem członu związanego z polaryzacją ośrodka.
Chcesz wiedzieć więcej?
H 3.1 Podstawowe prawa teorii elektromagnetyzmu (Odnośniki z literą H oznaczają rozdziały w książce E. Hechta "Optyka" - jest w bibliotece FUW, Jeszcze lepsza jest w oryginale jako "Optics").
Zadanie wstępne
Proszę sprawdzić w dowolnych (wiarygodnych) źródłach, jakie są obecnie najbardziej wydajne źródła światła stosowane do oświetlenia (tzn. takie, której z jednostki energii wytwarzają najwięcej widzialnych fotonów).
Nagranie wideo wykładu (link do filmu na YouTube) - nieźle ogląda się ustawiając prędkość odtwarzania x1.75 (albo nawet x2)
Po wykładzie powinnaś/powinieneś wiedzieć/rozumieć:
1. Jakie są typowe zakresy długości fali interesujące optyków i odpowiadające im częstości i energie fotonów.
2. Jak można myśleć o fotonach jako o dyskretnych wzbudzeniach w określonych modach pola EM.
3. Co opisują (jakościowo) równania Maxwella i w jakich prostych eksperymentach można zobaczyć zjawiska, które one opisują.
4. Jak wygląda równianie falowe dla fal EM i jakie ma właściwości.
5. Co to jest fala płaska i jakie ma właściwości.
Chcesz wiedzieć więcej?
H 2.2 Fale harmoniczne
H 2.7 Fale płaskie
H 3.2 Fale EM
H 3.3.3 oraz 4.11 Nieco więcej o fotonach
Zadanie wstępne
Proszę przypomnieć sobie, jak wygląd zachowanie pobudzanego oscylatora harmonicznego, w szczególności amplituda i faza w zależności od częstości pobudzania w pobliżu częstości rezonansowej. Demonstrację można obejrzeć np. tutaj.
Po wykładzie powinnaś/powinieneś wiedzieć/rozumieć:
1. Jak impuls pola EM powstaje ze złożenia fal monochromatycznych.
2. Co to jest prędkość fazowa i grupowa impulsu pola EM.
3. Jakie są najważniejsze parametry źródeł światła i w jaki sposób można je mierzyć w laboratorium (zakresy, przyrządy, ograniczenia).
4. Jakie są rodzaje źródeł światła i czym się charakteryzują.
5. Jak obecność ośrodka (nieprzewodzącego) modyfikuje równanie falowe i jakie są tego konsekwencje.
6. Jak model Lorentza opisuje (jakościowo) oddziaływanie atomu z polem fali EM - założenia i konsekwencje.
Praca domowa
Chcesz wiedzieć więcej?
H 3.5.1 Dyspersja ośrodka
H 4.8 Właściwości optyczne metali.
Zadanie wstępne
Proszę przypomnieć sobie, na czym polega efekt fotoelektryczny w metalach.
Po wykładzie powinnaś/powinieneś wiedzieć/rozumieć:
1. Jak zmienia się współczynnik załamania materiałów, np. szkła, w obszarze widzialnym i jego okolicach.
2. Jakie są inne ważne parametry materiałów optycznych (np. na podstawie katalogu szkieł optycznych).
3. Jak można korygować aberracje chromatyczne soczewek używając różnych rodzajów szkła.
4. Jakie są typy mierników natężenia światła oraz jakie są ich wady i zalety.
Praca domowa
Po wykładzie powinnaś/powinieneś wiedzieć/rozumieć:
1. Jak się wykonuje soczewki i inne, podobne elementy optyczne.
2. Jak można wykorzystać interferencję światła do sprawdzania kształtu elementów optycznych.
3. Jak działa dyfrakcja na małej przesłonie i czym mogą być "promienie światła".
4. Jak można rozumieć działanie soczewki (np. ogniskowanie) w różnych językach: promieni, frontów falowych, wiązek gaussowskich i ścisłego rozwiązania równań propagacji.
5. Omówić przykłady wykorzystania soczewek: spektrometr siatkowy, układ 4f do kształtowania fazy spektralnej.
Praca domowa
Chcesz wiedzieć więcej?
H 5.2 Soczewki
Po wykładzie powinnaś/powinieneś wiedzieć/rozumieć:
1. Związek między rozmiarem ogniska soczewki a aperturą numeryczną.
2. Jak wykorzystujemy załamanie na powierzchniach sferycznych w układach optycznych.
3. Czym jest obrazowanie i układ obrazujący.
4. Czym jest cienka soczewka, jakie ma parametry i jak można jej używać.
5. Jak można wyznaczać położenie obrazu i powiększenie prostego układu w optyce promieni (geometryczna konstrukcja obrazów).
Praca domowa
Po wykładzie powinnaś/powinieneś wiedzieć/rozumieć:
1. Jakie są podstawowe aberracje geometryczne w soczewkach.
2. Jak jest zbudowane oko człowieka (jako układ obrazujący).
3. Czym są i jak działają elementy optyczne typu GRIN.
4. Czym są barwy czyste i jak powstają kolory, które widzimy.
Praca domowa
Zrozumieć na podstawowym poziomie i opisać w ok. dziesięciu zdaniach, jak działa mikroskop STED (można zacząć tutaj), w szczególności, jakie zjawiska fizyczne wykorzystuje, jak jest zbudowany, jak przy pomocy masek fazowych wytwarza się wiązkę w dziurą w środku, używaną w tym mikroskopie, jakie ma możliwości i ograniczenia. Można dołączyć rysunek z objaśnieniami. Odpowiedź przesłać (jako plik .doc albo .pdf) na adres: pwasylcz@fuw.edu.pl do 28 kwietnia.
Chcesz wiedzieć więcej?
H 6.3 Aberracje w układach obrazujących (soczewkach)
H 5.7.1 Oko
Po wykładzie powinnaś/powinieneś wiedzieć/rozumieć:
1. Jak działa najprostszy mikroskop optyczny.
2. Czym jest rozdzielczość w mikroskopie i dlaczego jest ważnym parametrem.
3. Jak działa konfokalny mikroskop fluorescencyjny.
4. Co oznaczają liczby umieszczone na obiektywie mikroskopowym.
Do przejrzenia/przeczytania
1.Santiago Ramon y Cajal, np. www.quantamagazine.org/why-the-first-drawings-of-neurons-were-defaced-20170928/
2. Obszerne tutoriale o mikroskopii optycznej www.microscopyu.com, w szczególności wprowadzenie do obiektywów mikroskopowych www.microscopyu.com/microscopy-basics/introduction-to-microscope-objectives
3. Katalog obiektytów mikroskopowych, np. https://www.olympus-ims.com/en/microscope/uis2/
Praca domowa
Przejrzeć informacje o największych teleskopach astronomicznych na ziemi i w kosmosie.
Chcesz wiedzieć więcej?
H 5.7.5 Mikroskop
Po wykładzie powinnaś/powinieneś wiedzieć/rozumieć:
1. Jak działa mikroskop STED - w jaki sposób umożliwia on obrazowanie z rozdzielczością lepszą niż pozwala na to kryterium Abbego.
2. Jak jest zbudowany prosty teleskop. Co to jest układ afokalny. Co oznacza powiększenie kątowe.
3. Dlaczego obecnie budujemy głównie teleskopy zwierciadlane.
4. Jak działa teleskop astronomiczny z optyką adaptacyjną.
Do przejrzenia/przeczytania
Praca domowa
Wybrać jeden z największych, najnowszych, najciekawszych albo inne "naj" teleskopów astronomicznych (istniejących albo planowanych) i opisać go w ok. dziesięciu zdaniach (do czego służy, w czym jest wyjątkowy, jakie rozwiązania optyczne w nim zastosowano, jakie nowe technologie w nim zastosowano, ile kosztował...). Można dołączyć rysunek z objaśnieniami. Odpowiedź przesłać (jako plik .doc albo .pdf) na adres: pwasylcz@fuw.edu.pl do 19 maja.
Chcesz wiedzieć więcej?
H 5.7.7 Teleskop
H 5.8.1 Optyka adaptacyjna
Po wykładzie powinnaś/powinieneś wiedzieć/rozumieć:
1. Jak zachowuje się fala EM padająca na płaską granicę dielektryków - wzory Fresnela (jakościowo).
2. Co to jest kąt Brewstera i kąt krytyczny.
3. Co to jest fala ewanescencyjna i jak stosuje się ją w mikroskopie TIRF.
4. Jaka jest idea wytwarzania warstw anyrefleksyjnych (AR) z przezroczystych warstw dielektrycznych.
5. Jaka jest idea wytwarzania gradientowych pokryć antyrefleksyjnych.
6. Jak wytwarza się wielowarstwowe lustra dielektryczne, jakie są ich właściwości i zastosowania.
Do przejrzenia/przeczytania
Praca domowa
Zrozumieć i opisać w ok. dziesięciu zdaniach jedną z metod nakładania pokryć dielekrycznych - jakie zjawiska i procesy fizyczne wykorzystuje, do czego jest stosowana, jak się ma do innych metod, jakie ma możliwości i ograniczenia (można zacząć szukać np. tutaj). Można dołączyć rysunek z objaśnieniami. Odpowiedź przesłać (jako plik .doc albo .pdf) na adres: pwasylcz@fuw.edu.pl do 26 maja.
Chcesz wiedzieć więcej?
H 4.6 Fale EM na granicy ośrodków. Wyprowadzenie wzorów Fresnela.
H 4.7 Całkowite wewnętrzne odbicie
Po wykładzie powinnaś/powinieneś wiedzieć/rozumieć:
1. Jak opisuje się stany polaryzacji światła i jak można je mierzyć.
2. Co to jest dwójłomność (na poziomie mikro- i makroskopowym) i gdzie występuje w przyrodzie.
3. Jak działają różne rodzaje polaryzatorów.
4. Co to są płytki falowe i do czego się ich używa.
Praca domowa
Zastanowić się (poczytać, poszukać w źródłach...), gdzie w przyrodzie (poza laboratorium optycznym) mamy do czynienia ze światłem spolaryzowanym, dwójłomnością albo innymi zjawiskami związanymi z polaryzacją światła. Opisać jedno z takich zjawisk w kliku zdaniach, można dołączyć rysunek z objaśnieniami. Odpowiedź przesłać (jako plik .doc albo .pdf) na adres: pwasylcz@fuw.edu.pl do 2 czerwca.
Chcesz wiedzieć więcej?
H 8 Polaryzacja (światła)
Po wykładzie powinnaś/powinieneś wiedzieć/rozumieć:
1. Jakie są rozmaite źródła światła i jak wyglądają ich widma.
2. Jak jest zbudowany i jak działa prosty spektrometr pryzmatyczny z kolimatorami soczewkowymi.
3. Jak działa siatka dyfrakcyjna i jak można jej użyć do budowy spektrometru. Co to są rzędy ugięcia (rzędy dyfrakcji) siatki.
4. Jakie są metody wytwarzania siatek dyfracyjnych.
5 .Jak mierzy się czas spójności (spójność czasową) źródła światła przy pomocy interferometru Michelsona i jak można z takiego pomiaru odzyskać widmo światła.
6. Jak działa koherentna tomografia optyczna (OCT).
Do przejrzenia/przeczytania
Chcesz wiedzieć więcej?
H 7.4.3 Droga spójności
Ilustracje do wykładu (interferencja)
Po wykładzie powinnaś/powinieneś wiedzieć/rozumieć:
1. Jak jest zbudowany typowy światłowód telekomunikacyjny.
2. Kiedy obraz całkowitego wewnętrznego odbicia w światłowodzie nie znajduje zastosowania i jak można go zastąpić obrazem modów światłowodu. Co to jest mod światłowodu.
3. Co to znaczy że światłowód jest jednomodowy.
4. Jak wytwarza się typowe światłowody telekomunikacyjne.
5. Co ogranicza szybkość przesyłania informacji przez światłowód - dyspersja materiałowa i modowa.
6. Co to są światłowody mikrostrukturalne i jakie są ich zastosowania.
Do przejrzenia/przeczytania:
1. Obejrzeć różne typy światłowodów i elementów światłowodowych na stronach: https://www.thorlabs.com/navigation.cfm?guide_id=2265
Po wykładzie powinnaś/powinieneś wiedzieć/rozumieć:
1. Jakie są podstawy działania lasera.
2. Co to jest emisja wymuszona, pompowanie optyczne, inwersja obsadzeń, wzmocnienie światła.
3. Jakie ośrodki wykorzystuje się w laserach i w jaki sposób można je pompować (kilka przykładów).
4. Jak działa wnęka rezonansowa lasera, co to są mody wnęki, jak wygląda typowe widmo lasera i dlaczego tak.
5. Gdzie stosowane jest światło laserowe i jakie jego właściwości wykorzystuje się w tych zastosowaniach.
Praca domowa
Wybrać jeden typ lasera i opisać w w ok. 10 zdaniach jego konstrukcję oraz do czego jest używany (można dodać ilustracje).
Uwzględnić:
1. Rys historyczny - jak został wynaleziony, przez kogo, kiedy i gdzie.
2. Jakie zjawiska fizyczne wykorzystuje. Jakie są specyficzne cechy dla tego własnie typu lasera, w odróżnieniu od innych typów.
3. Czy jest dostępny komercyjnie, do jakich zastosowań (czy np. tylko w nauce, czy również w przemyśle? jakim? dlaczego akurat ten typ?).
4. Jeśli jest dostępny, przejrzeć strony producentów i zorientować się, co jest dostępne: jakie parametry, może też np. ceny?
Odpowiedź przesłać (w pliku .pdf albo .doc) na adres: pwasylcz@fuw.edu.pl do 16 czerwca.
Chcesz wiedzieć więcej?
H 13.1 Lasery
Ilustracje do wykładu (Lasery 1)
W zakładce “Ludzie” znajdziesz kontakt do wszystkich pracowników Zakładu Optyki. Jesteśmy otwarci na współpracę nad przeróżnymi projektami i chętnie pomożemy Ci w realizacji Twojego pomysłu badawczego. Jeśli jesteś studentem, to możesz u nas wykonać swoją pracę dyplomową: licencjat, pracę magisterską oraz pracę doktorską. W realizowane w naszym zakładzie projekty badawcze angażujemy studentów już od pierwszych lat studiów, dzięki czemu szybko zyskują praktyczne umiejętności wyróżniające ich na rynku pracy.
Możesz też przyjść na spotkania Koła Naukowego Optyki i Fotoniki UW, na których będziesz mógł nawiązać kontakt ze studentami i doktorantami Zakładu, którzy licznie uczestniczą w tych spotkaniach i chętnie odpowiedzą Ci na wszystkie Twoje pytania.
Regularnie zatrudniamy nowe osoby do naszego zespołu. Poszukujemy pracowników technicznych, administracyjnych, post-doców, doktorantów oraz studentów na stanowiska w grantach. Wszystkich chętnych serdecznie zapraszamy do kontaktu z naszym sekretariatem oraz sprawdzenia aktualnej tablicy ogłoszeń o pracę na stronie Wydziału Fizyki UW.
Aktualne informacje o studiach licencjackich oraz magisterskich organizowanych przez Wydział Fizyki UW dostępne są na stronie fuw.edu.pl/informator.html. Większość studentów w Zakładzie Optyki realizuje program z fizyki lub inżynierii nanostruktur, ale jesteśmy otwarci także na osoby z innych kierunków studiów.
Kształcenie na poziomie studiów doktoranckich na Uniwersytecie Warszawskim organizowane jest przez Szkołę Doktorską Nauk Ścisłych i Przyrodnicznych oraz Międzydziedzinową Szkołę Doktorską. Szczegółowe informacji o procesie i zasadach rekrutacji oraz programie kształcenia dostępne są na stronie szkół - szkolydoktorskie.uw.edu.pl.