Pracownia specjalistyczna I (fiz.dośw.)

Ćwiczenia z zakresu fizyki atomowej, molekularnej i optycznej; opiekun: dr hab. Tomasz Kawalec (ćwiczenia 1-12)

Uwaga: studenci wykonują w ciągu jednego semestru tylko niektóre z ćwiczeń, z obydwu dziedzin (fizyki AMO oraz fizyki ciała stałego/powierzchni). Podczas doboru ćwiczeń mogą być brane pod uwagę zainteresowania naukowe studenta.

1. Pompowanie optyczne. Studenci prowadzą pomiary bazujące na technice pompowania optycznego oraz radiowego rezonansu magnetycznego. Mierzone jest ziemskie pole magnetyczne, czynniki Landégo dla atomów rubidu, odstępstwa od liniowości efektu Zeemana, dwufotonowe przejścia radiowe, obserwowane są i badane oscylacje Rabiego, ewolucja momentu magnetycznego w poprzecznym polu magnetycznym oraz mierzony jest stosunek gI/gJ (stosunek czynnika Landégo jądrowego do atomowego) dla atomów 87Rb. Ponadto, mogą być mierzone stałe czasowe pompowania optycznego w funkcji natężenia światła.

2. Optoelektronika. Studenci poznają techniki modulacji amplitudy, częstotliwości i fazy światła laserowego, na bazie modulatorów akustooptycznych i elektrooptycznych, szybkich fotodiod oraz oscyloskopu i analizatora widma.

3. Wzmacniacz fazoczuły. Studenci poznają metodę dokonywania pomiarów słabych sygnałów, zaburzanych szumem oraz uczą się projektowania optymalnych pomiarów z wykorzystaniem wzmacniacza fazoczułego i modulacji natężeniowej światła.

4. Laser Nd:YAG. Studenci poznają fizyczne podstawy działania laserów, a w szczególności laserów na ciele stałym. Dzięki możliwości manipulowania parametrami rezonatora, analizują rolę jego stabilności, transmisji zwierciadła zwrotnego czy wyjustowania. Studenci badają również zjawiska nieliniowe - generację drugiej harmonicznej i krótkich impulsów światła. Ćwiczenie umożliwia ponadto poznanie zjawiska propagacji wiązek gaussowskich światła.

5. Model detektora LIGO. Studenci konstruują model detektora LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) w oparciu o interferometr Michelsona oraz interferometr Fabry’ego-Pérota. Następnie znajdują optymalny punkt jego pracy i dokonują analizy drgań mechanicznych.

6. Efekt Zeemana w rtęci. Studenci zapoznają się z teorią i problemami doświadczalnymi klasycznej metody badań spektroskopowych wysokiej zdolności rozdzielczej, z użyciem interferometru Fabry’ego-Pérota. Wyznaczane jest doświadczalnie rozszczepienie zeemanowskiego zielonej linii rtęci w obserwacji poprzecznej oraz podłużnej względem kierunku wektora indukcji magnetycznej. Wyznaczana jest wartość pola magnetycznego, w którym to rozszczepienie nastąpiło. W obserwacji poprzecznej wyodrębnia się polaryzacje pi i sigma, a w obserwacji podłużnej – polaryzacje kołowe sigma+ i sigma- w badanym świetle.

7. Interferometria - bezpośredni pomiar długości fali światła, interferencja światła białego, pomiar współczynnika załamania gazów i ciał stałych.

8. Rozszerzona analiza widma absorpcyjnego oraz fluorescencyjnego molekuły jodu (nowość).

9. Magnetyczny rezonans jądrowy. Studenci poznają techniki obrazowania i analizy danych MRJ oraz optycznego pompowania gazów szlachetnych i jego wykorzystanie w obrazowaniu medycznym

10. Szczypce optyczne. Studenci poznają podstawy działania szczypiec optycznych oraz pułapkowania obiektów mikrometrowych, analizują ruchy Browna i badają parametry pułapki optycznej

11. Optyka fourierowska - holografia cyfrowa. W tym ćwiczeniu wykonywana jest tak zwana bezsoczewkowa holografia fourierowska (lensless Fourier-transform holography), zwana też holografią kwazi-fourierowską. Jest ona odpowiednikiem klasycznej holografii transmisyjnej, w której hologram nie jest rejestrowany na światłoczułej kliszy fotograficznej, ale na matrycy kamery cyfrowej. W podstawowej wersji, przy odtwarzaniu hologamu cyfrowego nie uzyskujemy zatem fizycznego obrazu przedmiotu, ale odtwarzamy go metodami matematycznymi na komputerze. Rozszerzenie ćwiczenia polega na zbudowaniu układu optycznego do rejestrowania hologramów jak największych przedmiotów lub przedmiotów poruszających się.

12. Optyka kwantowa. Studenci zapoznają się z jednym z aspektów optyki kwantowej - łamaniem nierówności Bella na bazie eksperymentu, w którym zliczane są koincydencje w detekcji pojedynczych fotonów. Ponadto, obserwowana jest interferencja pojedynczych fotonów.

13. Ultrakrótkie impulsy laserowe - podstawy fizyczne i metody charakteryzacji

14. opiekun: mgr Sebastian Lalik (ZINM)

Komplementarne metody badania fazy skondensowanej. Studenci poznają metodę kalorymetrii DSC, spektroskopii dielektrycznej i metody elektrooptyczne (mikroskop polaryzacyjny, badania w polu elektrycznym). Badane materiały to ciekłe kryształy lub materiały hybrydowe (ciekłe kryształy domieszkowane nanocząstkami, polimery biodegradowalne z dodatkiem ciekłego kryształu i nanorurek węglowych).

15. opiekun: dr hab. Benedykt Jany (ZFCS)

Mikroskopia kolorymetryczna (C-Microscopy)

W ramach ćwiczenia studenci poznają zagadnienia związane z mikroskopią kolorymetryczną (C-Microscopy) która pozwala na ilościowy opis kolorów w mikroskali. Ze względu na to, iż kolory są konsekwencją oddziaływania światła z materią, mikroskopia kolorymetryczna pozwala na badania lokalnych własności optycznych materiałów w mikroskali. Studenci podczas pracowni poznają podstawowe pojęcia związane z fizyką kolorów, takie jak sposób opisu koloru poprzez współrzędne trójchromatyczne X, Y, Z; diagram chromatyczności CIE 1931; dominująca długość fali; reflektancja (R). Studenci uczą się także obserwacji preparatów za pomocą mikroskopu, kalibracji kolorów mikroskopu, obsługi oprogramowania do obliczeń kolorymetrycznych oraz rekonstrukcji hiperspektralnej reflektacji (R). Podczas pracowni na mikroskopie badane są różnego typu powierzchnie ciał stałych w mikroskali m.in. minerały (Unakite, Lapis Lazuli, Rubin), metale (złoto, miedź, srebro).

W. Demtroeder, Laser Spectroscopy, Springer 2008/Spektroskopia laserowa, PWN 1993

Instrukcje do ćwiczeń dostępne w Pracowni i u prowadzących

Artykuły naukowe i dydaktyczne zalecane przez prowadzącego do każdego z ćwiczeń, dostępne u prowadzącego bądź w Internecie

Pracownia odbywa się w czwartki, zazwyczaj od 10 do 14:30. Ćwiczenia wykonywane u innych prowadzących niż koordynator (T. Kawalec) ewentualnie mogą się odbywać w innym terminie, ustalonym przez prowadzącego ze studentami.