Dagli "Science Cases" al progetto ottico; teoria della propagazione ottica; teoria delle aberrazionie; invariante di Lagrange; Ray Tracing; Teorema di Petzval; Polinomi di Zernike; uso del programma di progettazione ottica Zemax e accenni al progamma CodeV; analisi di progetti ottici oltre il visibile/infrarosso; procedure di ottimizzazione; Configurazioni multiple; Analisi delle tolleranze; Concetto di analisi agli elementi finiti per lo studio di sollecitazioni meccaniche di elementi ottici.
Fundamental of Optics – Jenkins & White
Lens Design – Milton
Introduction to Lens Design with Zemax – J.M.Geary
Handbook of optical Design – D.Malacara
Optics – E.Hecht
Obiettivi Formativi
Il corso si propone di formare, all’interno del corso di laurea in fisica, astrofisica, chimica o ingegneria, persone in grado di progettare strumenti ottici operanti dal THz fino X-UV tenendo conto delle limitazioni imposte dai materiali, dalle condizioni ambientali in cui andranno ad operare, dalle tempistiche e modalità realizzative.
Prerequisiti
Oltre le usuali conoscenze proprie di un qualunque corso di laurea in fisica, astrofisica o ingegneria è richiesta la conoscenza dell’ottica geometria e della teoria delle aberrazioni.
Metodi Didattici
Il corso farà uso oltre che degli usuali strumenti di insegnamento, anche dell’uso di 10 licenze Zemax e di CodeV che potranno essere utilizzate dagli studenti su un qualunque PC windows 7 o successivi
Altre Informazioni
I moderni strumenti scientifici sono sempre più complessi e la loro realizzazione è conseguentemente sempre più spesso assegnata a gruppi di lavoro multidisciplinari, spesso internazionali. Le competenze necessarie alla loro realizzazione sono sempre più estese e specifiche: in questo contesto mi pare necessaria la presenza di persone appositamente formate per affrontare il processo ideativo e realizzativo che partendo dalle necessità scientifiche del momento, possano in autonomia e usando i moderni strumenti scientifici di progettazione, arrivare ad una proposta realizzativa degli opportuni strumenti ottici necessari per adempiere gli scopi. La progettazione ottica è alla base degli strumenti osservativi per l’astrofisica ed è sempre più richiesta anche in molte altre discipline, dalle scienze applicate alla ricerca di base, all’industria.
L’Università di Firenze opera in un territorio che da sempre ha una grande vocazione nel settore dell’Ottica e pare dunque opportuno l’accensione di un corso che di questi argomenti faccia il suo cuore principale.
La formazione di personale qualificato nella progettazione ottica risulta non solo utile al nostro territorio, ma alla ricerca italiana in generale e all’INAF nello specifico: attualmente le competenze del settore, peraltro grandi, si sono formate quasi per caso, spesso in maniera autodidattica.
Credo che sia opportuno dare l’opportunità agli studenti di poter conoscere questa disciplina e apprenderne le basi, sapendo che la loro formazione specifica, inserita in un corso di laurea in fisica, astrofisica o ingegneria, darà loro modo di essere appetibili per enti di ricerca, in testa italiani, oltre che ad aziende nazionali o internazionali.
Modalità di verifica apprendimento
La verifica consisterà nella realizzazione di un elaborato da presentare in forma scritta o orale riguardante la realizzazione di un progetto ottico concordato, facendo uso di Zemax o di CodeV o di altri strumenti informatici.
Sarà richiesta una presentazione orale del lavoro durante la quale saranno verificate le competenze acquisite sui principali argomenti del corso
Programma del corso
• Dalle esigenza scientifica (TLR, White book) alle specifiche tecniche (esigenza operativa): esempi di HiRes, MOONS, Giano.
• Definizione stop, pupilla uscita/ingress.
• Introduzione all’uso di Zemax.
• Chief ray e marginal ray
• Definizione di f/numero e di apertura numerica
• SAG surface
• Criterio di Reyleigh
• Zemax: esempi di progetti
• Dal criterio di Reyleigh alla PSF, al rapporto di Strehl
• Zemax: sviluppo in autonomia di un progetto in Zemax (VLT e Stair MIrror)
• Uso dei coordinate breaks
• Atmospheric Dispersion
• M solve, F solve.
• Aberrazioni di Seidel.
• Zemax: esempio di uso con “splitting lens” (riduzione aberrazione sferica) e funzione di merito
• MTF, definizione ed esempi
• Invariante di Lagrange
• Esempi in zemax
• Teorema di Petzval,
• esempio su Zemax (simulatore di telescopio): impostare il progetto, considerzioni sulla metodologia, analisi tolleranze.
• esempio su Zemax (simulatore di Telescopio): esercitazione sulle coordinate H e P. Definizione dello stop, dell’apertura e differenze fra i metodi.
• esempio su Zemax (simulatore di Telescopio): sviluppo finale.
• Lente di campo
• Oculari
• Aberrazione cromatica: doppietto acromaticom condizioni di apocromaticità.
• Esempio su Zemax sui sistemi acromatici
• Esempio di sistema apocromatico nell’IR
• Polinomi di Zernike: loro struttura e definizione in Zemax e CodeV
• Lo spettragrafo (parte I): schema di principio e funzionamento
• Lo spettragrafo (parte II): i dispersori, come sono fatti, i diversi tipi e caratteristiche
• Test ottici: dagli anelli di Newton all’interferometro (cenni sul funzionamento)
• Analisi del progetto ottico dello spettrografo MOONS: problematiche di progettazione.
• Funzionamento dei progetti non sequenziali. Esempi e applicazioni.
• Uso del programma CodeV: principali caratteristiche, differenze rispetto a Zemax, funzionalità. Esempi vari
****** Finite Element Analysis (Ciro del Vecchio ********
Introduzione alla meccanica dei continui
- definizione dello stato di deformazione
- definizione dello stato di tensione
- equazioni costitutive
- principio dei lavori virtuali
Teoria della trave
- definizioni di
* tensione/compressione
* momento flettente
* momento torcente
* taglio
Teoria delle travature
- equazione differenziale della linea elastica
Teoria delle piastre
- definizione dell'equazione differenziale delle piastre rettangolari
- approssimazione della piastra rettangolare sottile
- approssimazione della piastra circolare sottile
Metodo degli elementi finiti
- introduzione al metodo
- definizione generale
- matrice di rigidezza locale
- matrice di rigidezza globale