Concetti di base su onde elettromagnetiche, ottica fisica ed ottica geometrica.
Fibre ottiche.
Sorgenti Termiche e Laser.
Introduzione alla Spettroscopia e Applicazioni: Sensori inerziali, telemetri, Sensori a fibra ottica, giroscopi ottici, Particle imaging Velocimetry, LIDAR
Ottica geometrica e fisica:
Eugene Hecht - Optics, International Edition (4th. Ed) Addison Wesley ISBN: 0321188780 ,2002|
Laser e Fibre Ottiche:
Amnon Yariv, Pochi Yeh, Photonics: Optical Electronics in Modern Communications,Oxford University Press; Sixth Edition edition (Jan 25 2006),
Spettroscopia
W. Demtroeder , Laser spectroscopy: basic concepts and instrumentation, Springer, 2003.
Applicazioni
Jacob Fraden: Handbook of Modern Sensors - Physics, Designs and Applications (3rd Edition)
2004 Springer - Verlag
Obiettivi Formativi
Conoscenze acquisite: conoscenze di ottica ondulatoria e intuitive di meccanica quantistica. Conoscenze sulla fisica del laser e sul funzionamento di vari dispositivi optoelettronici.
Competenze acquisite: Competenza su metodi sperimentali di diagnostica ottica.
Capacità acquisite Progettazione di sistemi di misura ottici con particolare riguardo a una applicazione approfondita in sede di esame.
Prerequisiti
Conoscenze di base di analsi in più variabili, numeri complessi, conoscenze di fisica di base, in particolare elettromagnetismo.
Metodi Didattici
6 CFU
Attività in aula e visite in Laboratorio: 48 ore
Altre Informazioni
Orario di Ricevimento studenti
F. S. Cataliotti: Lunedì e Martedì alla sede di Via Santa Marta dalle 17:00 alle 19:00, ulteriore ricevimento su appuntamento mail
S. Sciortino: consultare http://hep.fi.infn.it/sciortino/ricevimento_studenti.html
Sito web
hep.fi.infn.it/sciortino/Didattica
Modalità di verifica apprendimento
Esame orale sul programma del corso assieme, più una presentazione orale su un particolare argomento, preventivamente concordato coi docenti, approfondito dal candidato
Programma del corso
Concetti di base sulle Onde Elettromagnetiche.
Equazioni di Maxwell. Onde Elettromagntiche. Onde elettromagnetiche piane. Onde sferiche. Onde monocromatiche. Spettro del campo elettromagnetico. Energia del fotone associato a una frequenza elettromagnetica. Rappresentazione complessa del campo elettromagnetico. Teorema di Poynting (propagazione dell'energia elettromagnetica).
Riflessione e rifrazione. Dispersione e assorbimento. Modello classico dei materiali dispersivi, dielettrici e metallici. Andamento dell'indice di rifrazione (complesso) con la frequenza dell'onda elettromagnetica. Velocità di Gruppo.
Interferenza e coerenza temporale. Introduzione al fenomeno. Semplici esempi di interferometri. Misure interferometriche di rugosità di superfici.
Diffrazione. Introduzione al fenomeno. Diffrazione di Fraunhofer (o di campo lontano).
Limite dell'ottica geometrica. Lenti sottili e spesse. Strumenti ottici: occhio umano, lente di ingrandimento, microscopio ottico. Risoluzione degli strumenti ottici limitata per diffrazione.
Fibre ottiche. Propagazione in fibra ottica. Modi di propagazione e fenomeni di dispersione dei modi. Attenuazione nelle fibre ottiche.
Sorgenti Termiche. Nozioni di base di radiometria. Spettro di corpo nero, Legge di Wien, Legge di Stefan Boltzmann, emissività. Misure ottiche di temperatura: pirometri ottici.
Laser. Interazione radiazione materia: emissione spontanea e stimolata, assorbimento. Inversione di popolazione. Allargamento omogeneo e inomogeneo di riga. Cavità Ottiche. Teoria della oscillazione laser in approssimazione semiclassica. Laser a tre e quattro livelli. Saturazione del guadagno. Modi di propagazione. Frequenza di emissione e larghezza di riga di un laser. Laser impulsati: mode-locking, Q-switching.
Spettroscopia. Spettrometri a reticolo. Introduzione alla spettroscopia Raman. Descrizione di un apparato sperimentale.