Ottica 1

A.A. 2019/2020
6
Crediti massimi
42
Ore totali
SSD
FIS/03
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
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.
Risultati apprendimento attesi
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.
Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

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.
Prerequisiti
Matematica: calcolo vettoriale, operatori ed equazioni differenziali.
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.
FIS/03 - FISICA DELLA MATERIA - CFU: 6
Lezioni: 42 ore
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