niech się stanie światłość. Rzekł Bóg: niech się stanie światłość. I stała się światłość... Antyk : cząstki (Pitagoras) promień biegnący od oka (Platon) Wojciech Gawlik - Optyka, 2007/08. wykład 1

Hipotezy nt. natury światła 1. Strumień cząstek ? przenoszenie energii odbicie załamanie   ale zmiany koloru (kryształy, warstwy, pryzmat) polaryzacja, dyfrakcja, interferencja 2. Fale ? znane fale mechaniczne ale te muszą mieć jakiś ośrodek (sprężysty)  nie rozchodzą się w próżni, a światło owszem!  Wojciech Gawlik - Optyka, 2007/08. wykład 1

Christian Hyughens (1629-1695) Izaak Newton (1642-1727) popierał koncepcję korpuskularną Christian Hyughens (1629-1695) sformułował koncepcję falową Autorytet Newtona opóźnił rozwój teorii falowej światła o 100 lat August Fresnel (1788-1827) – słuszność koncepcji falowej (interferencja i dyfrakcja) Wojciech Gawlik - Optyka, 2007/08. wykład 1

 Przełom – odkrycie fal elektro-magnetycznych (EM) główna trudność – jakiego typu fale (co faluje?) i jaki ośrodek (koncepcja eteru)  Przełom – odkrycie fal elektro-magnetycznych (EM) teoria: J.C. Maxwell (1831 – 1879) doświadczenie: H. Hertz (1857 – 1894) doświadczenia z elektrycznością – powiązanie badań nad promieniowaniem (światłem) z własnościami ładunków elektrycznych  unifikacja oddziaływań Wojciech Gawlik - Optyka, 2007/08. wykład 1

Podstawowe doświadczenia nad interferencją światła doświadczenie Younga S P I(P) = I1+I2+2I1I2 cos SP I(P) = Imax = 4I interferencja konstruktywna Imin = 0 interferencja destruktywna gdy I1 = I2 = I (światło + światło = ciemność !!!) gdy tylko jedna droga – brak prążków Wojciech Gawlik - Optyka, 2007/08. wykład 1

 Interferencja z licznikami fotonów np. Fotopowielacz A A R C K np. 12 dynod K ok. – 1000 V wzgl.  V = Q/C C 10 pF V =1.6–13C/10–12 =10mV emisja z K z wydajnością 10-30% przyspieszenie przez ok. 100 V  zwiększ Ekin  emisja wtórna, powielenie 3-4 x całkowite wzmocnienie IA/IK = (3-4)12 106 e = - 1.6x10-13C - fotopowielacz liczy fotony, ściślej co ~ trzeci foton (<1)  Wojciech Gawlik - Optyka, 2007/08. wykład 1

Interferencja z licznikami fotonów ekran  macierz liczników fotonów poszczególne zliczenia – rejestracja indywidualnych fotonów (cząstki) rozkład prawdopodobieństw pojawienia się fotonów – fala Dualizm: światło zachowuje się jak fala lub strumień cząstek (fotonów) w różnych warunkach doświadczalnych jest równocześnie i cząstką i falą Wojciech Gawlik - Optyka, 2007/08. wykład 1

 dotyczy wszelkich obiektów – również fal materii (fale de Broglie) Dośw. z interferencją wiązki atomów He: J. Mlynek, et al., Nature 386, 150 (1997) http://www.iap.uni-bonn.de/ oll/OLLWS/graphics/kap5/ chap5Home.html Wojciech Gawlik - Optyka, 2007/08. wykład 1

Nietrywialne (kwantowo-mechaniczne) aspekty interferencji: Interferometr Macha-Zendera E1 E2 – brak prążków fotony mają swobodę wyboru drogi – są prążki – jest interferencja I(P) = |E1+E2|2 = |E1|2 + |E2|2 + E1 E2* + E1* E2  I1+I2 „sumuję amplitudy” rozróżniam drogi (np. przez polaryzatory) I(P) = |E1+E2|2 = |E1|2 + |E2|2 + E1 E2* + E1* E2 = I1+I2 „sumuję prawdopodobieństwa” do interferencji konieczna nierozróżnialność trajektorii, stanów pośrednich pomiędzy stanem początkowym (źródło) i stanem końcowym (punkt na ekranie) Wojciech Gawlik - Optyka, 2007/08. wykład 1

Gumka kwantowa (quantum eraser) informację o tym, jaką drogę przebył foton można post-factum usunąć - „wymazać” za pomocą „gumki kwantowej” E1 E2 interferencja pojedynczych fotonów: pojedynczy foton na płytce światłodzielącej się nie połowi – zawsze leci albo w jednym, albo w drugim ramieniu interferometru, a mimo to po uśrednieniu wielu zdarzeń powstaje obraz interferencyjny wyjaśnienie – stan superpozycji Wojciech Gawlik - Optyka, 2007/08. wykład 1

Widmo fal elektromagnetycznych prom. Röntgena pasmo optyczne nm m mm m km  3x1017 3x1011 3x105  [Hz] długie fale milimetrowe TV/UKF krótkie fale radiowe średnie mikrofale Pasmo optyczne p a s m o w i d z i a l n e (VIS) 380 nm 700 nm 3 m 200 nm 1 nm 30 m 1mm nadfiolet (UV) bliska średnia daleka p o d c z e r w i e ń (IR) energie fotonów optycznych E = h = (6,6x10-34Js) x (4-8)x1014Hz = 2,6 – 5,2 x 10-19J = 1,6 – 3,2 eV  różnice poziomów energetycznych w atomach Wojciech Gawlik - Optyka, 2007/08. wykład 1

Fala elektromagnetyczna (EM) propagacja zaburzeń elektromagnetycznych w przestrzeni Dipol Hertza: H E fala płaska, harmoniczna – najprostsza forma fal (EM) wektor falowy monochromatyczna fala biegnąca w kierunku k, periodyczna w czasie i przestrzeni Wojciech Gawlik - Optyka, 2007/08. wykład 1