Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07. wykład 1

1/11

Podstawy Fizyki - Optyka

podręczniki: 

• E. Hecht „Optics”, Addison-Wesley (1974+)

• A.N. Matveev „Optics”, Moskva (1985), „Optika” po ros. (1985)

• D. Meschede „Optics, Light and Lasers”, Wiley-VCH (2004)

• G. Chartier „Introduction to Optics”, Springer (2005)

• F.A.Jenkins, H.E.White, „Fundamentals of Optics”, 

McGraw-Hill (1976)

 

• F.C. Crawford, „Fale”,  PWN (1973)

• Feynmana Wykłady z Fizyki (zwłaszcza t. II, cz.2), PWN (1968 +)

• R.P. Feynman „QED – osobliwa teoria światła i materii”, PIW (1992)

• D. Halliday, R. Resnick, „Fizyka”, PWN  

• J. Ginter „Fizyka fal”, PWN (1993)

• J. Petykiewicz „Optyka falowa”, PWN (1986)

+ czasopisma „Świat Nauki”, „Wiedza i Życie”, „Postępy 
Fizyki”
+ internet
+ seminaria naukowe, Krakowskie Konwersatorium 
Fizyczne PTF

www.if.uj.edu.pl/pl/ZF

Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07. wykład 1

2/11

niech się stanie światłość. 

Rzekł 
Bóg:

I stała się światłość...

Antyk :

Antyk :

   

   

cząstki (Pitagoras)

cząstki (Pitagoras)

   

   

promień biegnący od oka (Platon)

promień biegnący od oka (Platon)

Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07. wykład 1

3/11

Hipotezy nt. natury 

Hipotezy nt. natury 

światła

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, 2006/07. wykład 1

4/11

Izaak Newton (1642-1727) 

popierał koncepcję 

korpuskularną 

Autorytet Newtona opóźnił rozwój 
teorii falowej światła o 



100 lat

Christian Hyughens (1629-1695)

 

sformułował koncepcję falową

August Fresnel (1788-1827)

 

   – słuszność koncepcji falowej 
      (interferencja i dyfrakcja)

Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07. wykład 1

5/11





Przełom

 – odkrycie 

fal elektro-

magnetycznych (EM)

główna trudność – jakiego typu fale (co faluje?) 

       i jaki ośrodek (koncepcja eteru)

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 

doświadczenia z elektrycznością – powiązanie badań 
nad promieniowaniem (światłem) z własnościami 
ładunków elektrycznych 



 

unifikacja oddziaływań

 

Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07. wykład 1

6/11

S

P

Podstawowe doświadczenia nad interferencją 
światła 

doświadczenie Younga

gdy I

1 

= I

2 

= I 

I(P) =

I

max

 = 4I  interferencja konstruktywna 

I

min

 = 0   interferencja destruktywna 

gdy tylko jedna droga – brak prążków

gdy tylko jedna droga – brak prążków

(światło + światło = ciemność !!!)

I(P) = I

1

+I

2

+2I

1

I

2 

cos 

SP

Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07. wykład 1

7/11

- emisja z K z wydajnością 10-30%

V = Q/C

C 10 pF
V =1.6

–13

C/10

–12 

=10mV

K

A

ok. – 1000 V wzgl. 



np. 12 dynod

- całkowite wzmocnienie I

A

/I

K

 = (3-4)

12 

10

6 

e = - 1.6x10

-13

C

- przyspieszenie przez ok. 100 V 

   zwiększ E

kin 

 emisja wtórna, powielenie 3-4 x

- fotopowielacz liczy fotony, ściślej co ~ trzeci foton (<1)

- fotopowielacz liczy fotony, ściślej co ~ trzeci foton (<1)





np. 
Fotopowielacz

A

R

C

Interferencja z licznikami fotonów

Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07. wykład 1

8/11

Interferencja z licznikami 
fotonów

• poszczególne zliczenia 
   – rejestracja indywidualnych 
      fotonów (cząstki

cząstki

)

• rozkład prawdopodobieństw 
  pojawienia się fotonów 
         –  fala

fala

Dualizm

Dualizm

: światło zachowuje się jak fala lub strumień cząstek (fotonów) 

               w różnych warunkach doświadczalnych 

jest równocześnie i cząstką i falą

ekran  macierz liczników fotonów

Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07. wykład 1

9/11

http://www.iap.uni-bonn.de/
oll/graphik/kap5/heyoung.pdf

dotyczy wszelkich obiektów – również fal materii (fale de Broglie)





Dośw. z interferencją wiązki atomów He:





m

h

dB



Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07. wykład 1

10/11

Nietrywialne (kwantowo-mechaniczne) aspekty 
interferencji: 

Interferometr Macha-Zendera 

• rozróżniam drogi (np. przez polaryzatory)

• fotony mają swobodę wyboru drogi – 

są prążki

są prążki – jest interferencja

do interferencji konieczna nierozróżnialność trajektorii, 

stanów pośrednich pomiędzy stanem początkowym (źródło) 

i stanem końcowym (punkt na ekranie)

do interferencji konieczna nierozróżnialność trajektorii, 

stanów pośrednich pomiędzy stanem początkowym (źródło) 

i stanem końcowym (punkt na ekranie)

I(P) = |E

1

+E

2

|

2

 

= |E

1

|

2 

+ |E

2

|

2 

+ E

1 

E

2

* 

+ E

1

*

 

E

2 



1



2 

 

 

I(P) = |E

1

+E

2

|

2

 

= |E

1

|

2 

+ |E

2

|

2 

+ E

1 

E

2

* 

+ E

1

*

 

E

2

0

„sumuję amplitudy”

„sumuję prawdopodobieństwa”

E

1

E

2









– 

brak prążków

brak prążków

Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07. wykład 1

11/11

E

2

• Gumka kwantowa (quantum 
eraser) 

informację o tym, jaką drogę przebył foton można post-factum 
usunąć - „wymazać” za pomocą „gumki kwantowej”

E

1

• 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