Ottica 1
A.A. 2019/2020
Learning objectives
L'insegnamento si propone di fornire agli studenti competenze teoriche e
informazioni applicative di Ottica Classica.
Gli obiettivi formativi sono:
che lo studente segua alcune delle derivazioni classiche delle leggi dell'ottica, partendo da principi primi.
che lo studente si renda conto del legame dell'ottica con le teorie dell'elettromagnetismo, della relatività e della meccanica quantistica.
che lo studente conosca, sia da un punto di vista fenomenologico, che da un punto di vista teorico, i principali fenomeni ottici.
che lo studente abbia contezza e apprezzi le potenzialità applicative dell'ottica.
informazioni applicative di Ottica Classica.
Gli obiettivi formativi sono:
che lo studente segua alcune delle derivazioni classiche delle leggi dell'ottica, partendo da principi primi.
che lo studente si renda conto del legame dell'ottica con le teorie dell'elettromagnetismo, della relatività e della meccanica quantistica.
che lo studente conosca, sia da un punto di vista fenomenologico, che da un punto di vista teorico, i principali fenomeni ottici.
che lo studente abbia contezza e apprezzi le potenzialità applicative dell'ottica.
Expected learning outcomes
Lo studente al termine del corso potrà aver acquisito le seguenti abilità:
1. collocare i fenomeni ottici nell'ambito dei più generali fenomeni elettromagnetici;
2. conoscere le leggi della riflessione e della rifrazione come esempio di applicazione delle condizioni al contorno dei campi elettromagnetici e conoscerne le più comuni applicazioni;
4. conoscere il modello di Drude-Lorentz e analizzare la dispersione di un dielettrico;
5. riconoscere alcuni dei più comuni fenomeni connessi alla dispersione ed all'assorbimento;
6. conoscere il problema della velocità della luce, le sue basi sperimentali e la trattazione relativistiva;
7. conoscere i vari tipi di interferometri e le loro applicazioni nella diagnostica di radiazione;
8. conoscere i dettagli della teoria della diffrazione e le sue più importanti applicazioni;
10. conoscere il problema e le leggi della coerenza con relative applicazioni.
1. collocare i fenomeni ottici nell'ambito dei più generali fenomeni elettromagnetici;
2. conoscere le leggi della riflessione e della rifrazione come esempio di applicazione delle condizioni al contorno dei campi elettromagnetici e conoscerne le più comuni applicazioni;
4. conoscere il modello di Drude-Lorentz e analizzare la dispersione di un dielettrico;
5. riconoscere alcuni dei più comuni fenomeni connessi alla dispersione ed all'assorbimento;
6. conoscere il problema della velocità della luce, le sue basi sperimentali e la trattazione relativistiva;
7. conoscere i vari tipi di interferometri e le loro applicazioni nella diagnostica di radiazione;
8. conoscere i dettagli della teoria della diffrazione e le sue più importanti applicazioni;
10. conoscere il problema e le leggi della coerenza con relative applicazioni.
Periodo: Secondo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento non può essere seguito come corso singolo. Puoi trovare gli insegnamenti disponibili consultando il catalogo corsi singoli.
Course syllabus and organization
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Programma
[Programma]:
1) Ottica Geometrica
Ottica geometrica parassiale. Propagazione della luce e formazione dell'immagine in sistemi ottici parassiali; formulazione matriciale. Fibre ottiche step-index. Propagazione dei raggi in mezzi non omogenei, e fibre graded-index
2) Interferenza
Interferenza: richiami e discussione. Interferometri a separazione del fronte d'onda (Young) e a separazione di ampiezza (Michelson, Fabry-Perot). Cavità ottiche e laser.
3) Diffrazione e Ottica di Fourier
a) Diffrazione. Teoria scalare di Kirchoff e integrale di diffrazione.
b) Approssimazione lineare e diffrazione di Fraunhofer: aperture rettangolari e circolari. Analisi di Fourier e prime applicazioni alla diffrazione: teorema dell'array, doppia fenditura.
c) Trasformazioni di Fresnel. Approssimazione parabolica e diffrazione di Fresnel.
d) Formazione dell'immagine in luce coerente.
e) Applicazioni. Filtraggio spaziale, elaborazione dell'immagine, microscopio a contrasto di fase. Ottica dei fasci gaussiani. Olografia.
4) Coerenza e Ottica Statistica
Coerenza temporale. Spettroscopia di interferenza e tempo di coerenza. Trattazione statistica e applicazione a modelli di sorgenti termiche. Coerenza spaziale. Esperienza di Young, teorema di Van Cittert e Zernike, e lunghezza di coerenza trasversale.
5) Ottica Nonlineare
a) Richiami di teoria lineare della dispersione e dell'assorbimento nei dielettrici.
b) Il modello dell'oscillatore anarmonico e la polarizzazione nonlineare. Equazioni di propagazione in mezzi dielettrici con nonlinearità quadratiche. La condizione di phase-matching. Generazione di seconda armonica. Amplificazione e oscillazione parametrica.
c) Nonlinearità cubiche: effetto Kerr ottico, self-focusing, solitoni spaziali. Four-wave-mixing e specchi a coniugazione di fase.
d) Propagazione di impulsi in mezzi dispersivi lineari, e in mezzi dispersivi Kerr: solitoni temporali.
1) Ottica Geometrica
Ottica geometrica parassiale. Propagazione della luce e formazione dell'immagine in sistemi ottici parassiali; formulazione matriciale. Fibre ottiche step-index. Propagazione dei raggi in mezzi non omogenei, e fibre graded-index
2) Interferenza
Interferenza: richiami e discussione. Interferometri a separazione del fronte d'onda (Young) e a separazione di ampiezza (Michelson, Fabry-Perot). Cavità ottiche e laser.
3) Diffrazione e Ottica di Fourier
a) Diffrazione. Teoria scalare di Kirchoff e integrale di diffrazione.
b) Approssimazione lineare e diffrazione di Fraunhofer: aperture rettangolari e circolari. Analisi di Fourier e prime applicazioni alla diffrazione: teorema dell'array, doppia fenditura.
c) Trasformazioni di Fresnel. Approssimazione parabolica e diffrazione di Fresnel.
d) Formazione dell'immagine in luce coerente.
e) Applicazioni. Filtraggio spaziale, elaborazione dell'immagine, microscopio a contrasto di fase. Ottica dei fasci gaussiani. Olografia.
4) Coerenza e Ottica Statistica
Coerenza temporale. Spettroscopia di interferenza e tempo di coerenza. Trattazione statistica e applicazione a modelli di sorgenti termiche. Coerenza spaziale. Esperienza di Young, teorema di Van Cittert e Zernike, e lunghezza di coerenza trasversale.
5) Ottica Nonlineare
a) Richiami di teoria lineare della dispersione e dell'assorbimento nei dielettrici.
b) Il modello dell'oscillatore anarmonico e la polarizzazione nonlineare. Equazioni di propagazione in mezzi dielettrici con nonlinearità quadratiche. La condizione di phase-matching. Generazione di seconda armonica. Amplificazione e oscillazione parametrica.
c) Nonlinearità cubiche: effetto Kerr ottico, self-focusing, solitoni spaziali. Four-wave-mixing e specchi a coniugazione di fase.
d) Propagazione di impulsi in mezzi dispersivi lineari, e in mezzi dispersivi Kerr: solitoni temporali.
Prerequisiti
Matematica: calcolo vettoriale, operatori ed equazioni differenziali.
Fisica: elementi di base di meccanica, elettrostatica, magnetostatica.
Fisica: elementi di base di meccanica, elettrostatica, magnetostatica.
Metodi didattici
Lezione frontale con frequenti esempi e applicazioni.
Materiale di riferimento
Libro di testo: E. Hecht: Optics (1974)
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
Modalità di verifica: esame orale
Criteri di valutazione: la valutazione tiene conto
i) del raggiungimento degli obiettivi in termini di conoscenze e competenze disciplinari e trasversali;
ii) della capacità di applicare conoscenze e competenze a situazioni diverse;
iii) delle capacità critiche, logiche , e operative.
Criteri di valutazione: la valutazione tiene conto
i) del raggiungimento degli obiettivi in termini di conoscenze e competenze disciplinari e trasversali;
ii) della capacità di applicare conoscenze e competenze a situazioni diverse;
iii) delle capacità critiche, logiche , e operative.
FIS/03 - FISICA DELLA MATERIA - CFU: 6
Lezioni: 42 ore
Docente:
Petrillo Vittoria Matilde Pia
Turni:
-
Docente:
Petrillo Vittoria Matilde PiaProfessor(s)