Propozycje wykładów

 

Max. ilość osób na wykładzie: 50 (na wykładzie dla szkoły podstawowej: 30)

Optyka wokół nas

            W trakcie wykładu przedstawione zostaną podstawowe informacje o świetle. Jakie jest i jakim go odbieramy. Zademonstrowane zostaną podstawowe elementy (soczewki, pryzmaty, siatki dyfrakcyjne) i układy optyczne (mikroskopy, lunety, lornetki, lasery). Pokazane zostaną zjawiska optyczne w przyrodzie oraz złudzenia optyczne. W trakcie wykładu przeprowadzone zostaną liczne eksperymenty z udziałem słuchaczy.

 

Wstęp do optyki

Wykład ma na celu przedstawienie podstawowych problemów i zagadnień związanych z optyką geometryczną i falową. Ponadto zademonstrowane zostaną podstawowe elementy (soczewki, pryzmaty, siatki dyfrakcyjne) i układy optyczne (mikroskopy, lunety, lornetki, lasery), ich wady, zalety oraz zastosowania w praktyce.

 

Technologia elementów optycznych

W trakcie wykładu przedstawione zostaną takie zagadnienia jak:
- technologia wytopu szkła optycznego
- rodzaje i gatunki szkła optycznego
- cięcie szkła
- szlifowanie i polerowanie powierzchni szklanych
- kontrola precyzyjnego pasowania powierzchni płytek płaskorównoległych i soczewek
- powlekanie powierzchni powłokami optycznymi
- kontrola parametrów spektralnych powłok optycznych.,

 

Oczy i kolory, czyli optyka w zoologii

Wykład zawiera krótkie przedstawienie różnych sposobów, których użyła natura wyposażając istoty żywe w możliwość widzenia. Przegląd zaczyna się od pojedynczych fotoreceptorów, a następnie poprzez oko typu camera obscura i złożone oko fasetkowe owadów dochodzi do omówienia oczu, które posiadamy my, ludzie (w tym także wytłumaczenie powodu, dla którego posiadamy ich dwoje). Wzrok jest niewątpliwie naszym najdoskonalszym i najważniejszym zmysłem i zasługuje na dokładniejsze przedstawienie. Obok szczegółowego opisu budowy oka i sposobu, w jaki tworzy ono obraz, omówi się najważniejsze przyrządy, dzięki którym można je zobaczyć, począwszy od oftalmoskopu, a skończywszy na urządzeniu typu OCT (Optical Coherence Tomography – optyczna tomografia spójnościowa).

Druga część wykładu omawia kolory zwierząt, które wyewoluowały w odpowiedzi na istnienie oczu. Dwóm przykładom poświęci się nieco więcej miejsca: kolorom skrzydeł motyli z rodziny Morpho, które mogą być uważane za szczególne siatki dyfrakcyjne i kolorom kolców morskiego zwierzęcia złotorunki (gatunkowa nazwa łacińska Aphrodite brzmi lepiej niż nazwa angielska: sea mouse, czyli morska mysz), które z kolei są naturalnymi światłowodowymi włóknami fotonicznymi. Warto nadmienić, że pomysł takich światłowodów został opisany po raz pierwszy zaledwie 10 lat temu.

 

Sygnały optyczne

Wykład ma na celu przybliżenie słuchaczom możliwości zastosowania układów optycznych do przesyłania różnego rodzaju informacji, jak również uzyskiwania informacji na podstawie analizy docierającego do nas światła. Systemy te znajdują zastosowanie w systemach zabezpieczeń np. budynków czy urządzeń (czujniki ruchu), papierów wartościowych (w tym banknotów), w analizach chemicznych, ochronie środowiska, technice wojskowej oraz w życiu codziennym (jak np. czytniki kodów kreskowych, czy też odtwarzacze płyt CD). Ponadto zademonstrowane zostaną podstawowe elementy (soczewki, pryzmaty, siatki dyfrakcyjne) i układy optyczne (mikroskopy, lunety, lornetki, lasery), ich wady, zalety oraz zastosowania w praktyce.

 

Historia optyki

Wykład zawiera krotki opis ewolucji poglądów na temat tego, czym jest światło, począwszy od teorii korpuskularnej, poprzez teorie falowa, aż do dzisiejszego rozumienia zgodnie z którym światło posiada naturę dwoista. W trakcie wykładu zostaną wykonane proste doświadczenia mające ilustrować najważniejsze zjawiska i pojęcia oraz przedstawiane teorie i konieczność ich zmiany. Ponadto przedstawia się znaczenie optyki w rozwoju całej fizyki, począwszy od doświadczeń Younga i Arago rozpoczynających falowa teorie światła, poprzez doświadczenie Michelsona-Morley’a wykazującego niezmienność prędkości światła w dowolnym inercjalnym układu odniesienia, aż do modnych ostatnio eksperymentów mających wykazać „nadświetlna szybkość światła”.

 

Teleskopy: statki umożliwiające podróż do granic wszechświata

Wykład zawiera przegląd przyrządów optycznych stosowanych w astronomii, począwszy od camera obscura Alhazena, lunety Galileusza i teleskopu Newtona, a skończywszy na współczesnych projektach, takich jak Sowa (OWL - Overwhelmingly Large Telescope). Przedstawione sa krotko zasady działania zarówno rozwiązań tradycyjnych, jak i nowoczesnych, takich jak np. systemy optyki adaptatywnej, które pozwalają na bieżąco kompensować aberracje wnoszone przez falowania atmosfery. Szczególną uwagę poświęca się metodom, które zamierza się wykorzystać do obserwacji planet obiegających inne słońca, takich jak: pomiary periodycznych zmian prędkości obrotowej i położeń gwiazd na skutek ich obiegu przez planety, pomiary fotometryczne zmian jasności gwiazd na skutek ich zaćmień przez planety, mikrosoczewkowanie grawitacyjne, a ponadto techniki apodyzacyjne i specjalne filtry fazowe, dzięki którym ma się nadzieje na bezpośrednie zaobserwowanie bardzo słabego sygnału światła odbitego od planety obiegającej inne słonce w sąsiedztwie silnego źródła światła, jakie stanowi gwiazda macierzysta (stosunek jasności rzędu 10^-9).

 

Co filozofia i sztuka zawdzięczają optyce?

Optyka ma znaczenie w prawie każdej dziedzinie ludzkiej działalności. W niniejszym wykładzie spróbuje się to wykazać na przykładzie filozofii i sztuki. Najpierw przedstawi się spór pomiędzy zwolennikami radykalnego empiryzmu, utrzymującymi, ze wszystkiego, co umiemy, uczymy się, a natywistami, według których posiadamy pewne wrodzone umiejętności, jak również konsekwencje tegoż sporu dla rozwoju optyki i rozumienia, jak działa nasz narząd wzroku. Rozwiązanie tego sporu w dużej mierze zawdzięczamy postępowi dokonanemu właśnie w optyce.

Druga część wykładu jest poświecona omówieniu technik optycznych używanych przede wszystkim w malarstwie, takich jak np. rozpowszechnione użycie camera obscura w osiemnastym wieku (dzięki czemu obrazy Canaletta mogły posłużyć przy odbudowie Warszawy po II-giej wojnie światowej), czy iluzje optyczne obecne w obrazach Rene Magritte’a lub Mauritsa Cornelisa Eschera.

 

O złudzeniach i zjawiskach optycznych, czyli 1 kwietnia w optyce

Nasz narząd wzroku, chociaż tak doskonały, jest podatny na wiele iluzji, w tym także wynikających ze zdolności widzenia przestrzennego. Złudzenia te pozwalają dowiedzieć się, jak zbudowane są nasze oczy i w jaki sposób w naszym umyśle tworzy się przedstawienie otaczającego nas świata. Najważniejsze iluzje optyczne są pokrótce przedstawione, opisane i wytłumaczone.

Słońce a ściślej mówiąc jego promieniowanie umożliwia nam życie na ziemi a jednocześnie jest źródłem wielu ciekawych zjawisk optycznych. Któż z nas nie zachwycał się tęcza na niebie, czy smugą światła na wodzie podczas zachodu słońca, czy też samym zachodem słońca, albo nie bawił "zajączkiem" odbitego od lusterka światła. Te oraz inne zjawiska optyczne zostaną przybliżone od strony teorii ich powstawania.

 

Zbiór fotonów z hektara

 

Historia pewnego sporu o naturę światła

 

Oko Cyklopa

 

Kolory (strukturalne) w świecie zwierząt

 

Cyfrowa analiza obrazu

W wielu dziedzinach nauki - a szczególnie w optyce - badacze dążą do takiego eksperymentu, w którym wynik końcowy uzyskuje się w postaci cyfrowego obrazu. Dzięki jego analizie można poznać szczegółowo charakter zjawiska fizycznego oraz określić cechy fizyczne i chemiczne badanych przedmiotów lub materiałów.  Przetwarzanie obrazu następuje w trzech fazach: 

• Poprawienie jakości obrazu przez usunięcie szumu i zakłóceń
• Segmentacja (wydzielenie obiektów z tła)
• Obliczanie parametrów charakteryzujących zjawisko lub obiekt badania.

W trakcie wykładu zostaną omówione najciekawsze algorytmy przetwarzania i analizy obrazów czarno-białych i barwnych. W szczególności będą to metody redukcji szumów, segmentacji, wykrywania linii i krawędzi, pomiarów cech, rozpoznawania obiektów.

 

Spektroskopia optyczna

            W trakcie wykładu przedstawione zostaną techniki spektroskopowe do analizy otaczającej nas materii – ich historia oraz stan obecny.

 

Od soczewki do komputera kwantowego

W trakcie wykładu omówiony zostanie:

-   mechanizm tworzenia obrazu przez soczewkę optyczną,

-   rozkład obrazu przez soczewkę na części składowe - harmoniczne,

-   obraz w ognisku soczewki

•   soczewka jako układ dokonujący skomplikowanych operacji matematycznych:

-   transformacji Fouriera funkcji,

-   splotu funkcji,

-   rózniczkowania funkcji,

•   analiza obrazu

•   filtracja obrazu

-   przykład zastosowania optycznej analizy i przetwarzania obrazów w biologii, medycynie i technice

-   układ optyczny dokonujący operacji matematycznej - korelacji funkcji

•   zastosowania układu do rozpoznawania obrazów

-  przykłady elementów prostych komputerów optycznych.