Ottica 1
A.A. 2024/2025
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.
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 dell'insegnamento 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 relativistica;
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 relativistica;
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 può essere seguito come corso singolo.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Programma
Storia dell'Ottica
Generalità sulle onde
Equazioni di Maxwell. Termini di sorgente. Principali meccanismi di radiazione. Corpo nero, Luminescenza.
Equazione delle onde.Spettro elettromagnetico.
Condizioni di contorno.
Riflessione e rifrazione
Incidenza sulla superficie di separazione tra due mezzi dielettrici. Riflessione da superficie liscia, albedo.
Formule di Snell-Descartes. Formule di Fresnel. Esempi: ologrammi dei concerti, fantasma di Pepper. Angolo di polarizzazione.
Riflessione totale. Esempi ed applicazioni.
Dispersione
Dispersione nei prisma. Formula di Cauchy e di Sellmayer. Teoria lineare della dispersione e dell'assorbimento nei dielettrici.
Modello di Drude-Lorentz. Colori per assorbimento e riflessione. Esempi ed applicazioni: l'arcobaleno, aloni frequenti e rari.
Ottica geometrica
Equazione dell'iconale. Equazioni dei raggi,Propagazione in mezzi
disomogenei, miraggio, fata morgana.
Fibre ottiche step index e gradued index. Trattazione matriciale. Lenti, Specchi, sistemi ottici complessi. Esempi: canocchiale,
microscopio, occhio.
Polarizzazione
Diversi tipi di polarizzazione. Birifrangenza. Polarizzatori. Beam splitters. Lamine a quarto e a mezz'onda. Elicità. Momento angolare.
Applicazioni varie. Cinema 3D.
Interferenza
Richiami e discussione.Interferometri (Young, Michelson, Fabry-Perrot). Interferenza da lamine sottili. Esempi ed applicazioni:
anelli di Newton, misura di lunghezza d'onda. Cavità ottiche.
Velocità della luce
Velocità di fase e di gruppo. Misura di c. Esperimenti prerelativistici. Esperimento di Michelson e Morley. Relatività speciale. Effetti relativistici.
Effetto Doppler, scattering Thomson. Propagazione nei mezzi dispersivi. Superluminalità.
Diffrazione
Teoria scalare di Kirchhoff, integrale di diffrazione. Approssimazione lineare,
teoria di Fraunhofer. Aperture circolari e rettangolari. Analisi di Fourier, teore-
ma dell'array, doppia fenditura. Trasformazioni di Fresnel, approssimazione
parabolica, diffrazione di Fresnel. Formazione dell'immagine in luce coerente.
Applicazioni: filtraggio spaziale, elaborazione dell'immagine, microscopio a
contrasto di fase. Ottica dei fasci Gaussiani. Olografia. Speckles.
Coerenza e ottica statistica
Coerenza temporale e tempo di coerenza. Trattazione statistica e modelli a
sorgenti termiche. Coerenza spaziale. Esperienza di Young, teorema di
Van Cittert-Zernicke, lunghezza di coerenza trasversa. Immagini a contrasto di fase.
Ottica non lineare
Oscillatore anarmonico e polarizzazione non lineare. Propa-
gazione nei dielettrici con non linearità quadratiche. Condizioni di phase
matching. Generazione di seconda armonica. Autocorrelatore. Amplificazione e oscillazioni
parametriche. Non linearità cubiche: effetto kerr ottico, self focusing, solitoni
spaziali. Four wave mixing e specchi a coniugazione di fase. Solitoni temporali.
Teoria quantistica
Effetto fotoelettrico. Effetto Compton. Ipotesi di Plank. Transizioni energetiche. Il laser.Esperimento di Young
con fotoni.
Sorgenti di luce
Scattering Compton, Free electron Laser, Sincrotrone, luce di betatrone.
Generalità sulle onde
Equazioni di Maxwell. Termini di sorgente. Principali meccanismi di radiazione. Corpo nero, Luminescenza.
Equazione delle onde.Spettro elettromagnetico.
Condizioni di contorno.
Riflessione e rifrazione
Incidenza sulla superficie di separazione tra due mezzi dielettrici. Riflessione da superficie liscia, albedo.
Formule di Snell-Descartes. Formule di Fresnel. Esempi: ologrammi dei concerti, fantasma di Pepper. Angolo di polarizzazione.
Riflessione totale. Esempi ed applicazioni.
Dispersione
Dispersione nei prisma. Formula di Cauchy e di Sellmayer. Teoria lineare della dispersione e dell'assorbimento nei dielettrici.
Modello di Drude-Lorentz. Colori per assorbimento e riflessione. Esempi ed applicazioni: l'arcobaleno, aloni frequenti e rari.
Ottica geometrica
Equazione dell'iconale. Equazioni dei raggi,Propagazione in mezzi
disomogenei, miraggio, fata morgana.
Fibre ottiche step index e gradued index. Trattazione matriciale. Lenti, Specchi, sistemi ottici complessi. Esempi: canocchiale,
microscopio, occhio.
Polarizzazione
Diversi tipi di polarizzazione. Birifrangenza. Polarizzatori. Beam splitters. Lamine a quarto e a mezz'onda. Elicità. Momento angolare.
Applicazioni varie. Cinema 3D.
Interferenza
Richiami e discussione.Interferometri (Young, Michelson, Fabry-Perrot). Interferenza da lamine sottili. Esempi ed applicazioni:
anelli di Newton, misura di lunghezza d'onda. Cavità ottiche.
Velocità della luce
Velocità di fase e di gruppo. Misura di c. Esperimenti prerelativistici. Esperimento di Michelson e Morley. Relatività speciale. Effetti relativistici.
Effetto Doppler, scattering Thomson. Propagazione nei mezzi dispersivi. Superluminalità.
Diffrazione
Teoria scalare di Kirchhoff, integrale di diffrazione. Approssimazione lineare,
teoria di Fraunhofer. Aperture circolari e rettangolari. Analisi di Fourier, teore-
ma dell'array, doppia fenditura. Trasformazioni di Fresnel, approssimazione
parabolica, diffrazione di Fresnel. Formazione dell'immagine in luce coerente.
Applicazioni: filtraggio spaziale, elaborazione dell'immagine, microscopio a
contrasto di fase. Ottica dei fasci Gaussiani. Olografia. Speckles.
Coerenza e ottica statistica
Coerenza temporale e tempo di coerenza. Trattazione statistica e modelli a
sorgenti termiche. Coerenza spaziale. Esperienza di Young, teorema di
Van Cittert-Zernicke, lunghezza di coerenza trasversa. Immagini a contrasto di fase.
Ottica non lineare
Oscillatore anarmonico e polarizzazione non lineare. Propa-
gazione nei dielettrici con non linearità quadratiche. Condizioni di phase
matching. Generazione di seconda armonica. Autocorrelatore. Amplificazione e oscillazioni
parametriche. Non linearità cubiche: effetto kerr ottico, self focusing, solitoni
spaziali. Four wave mixing e specchi a coniugazione di fase. Solitoni temporali.
Teoria quantistica
Effetto fotoelettrico. Effetto Compton. Ipotesi di Plank. Transizioni energetiche. Il laser.Esperimento di Young
con fotoni.
Sorgenti di luce
Scattering Compton, Free electron Laser, Sincrotrone, luce di betatrone.
Prerequisiti
Nessuno.
Metodi didattici
Lezioni frontali con semplici esperimenti in aula
Materiale di riferimento
E. Hetch: Optics
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
Esame orale.
Capacità di discutere i principali fenomeni e le loro applicazioni
Capacità di discutere i principali fenomeni e le loro applicazioni
Docente/i