INTERFERENZA DELLA LUCE. Giuseppe Molesini
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1 INTERFERENZA DELLA LUCE Giuseppe Molesini
2 - FENOMENI DI INTERFERENZA IN NATURA - COERENZA DELLA LUCE E OSSERVAZIONE DELLE FRANGE - LEGGE DI FORMAZIONE DELLE FRANGE D INTERFERENZA - CONFIGURAZIONI INTERFEROMETRICHE - INTERFEROMETRI COME STRUMENTI DI MISURA - INTERFERENZA GENERALIZZATA: FENOMENI DI SPECKLES - UN APPLICAZIONE PARTICOLARE: L OLOGRAFIA
3 Macchia d olio su asfalto bagnato, a tempi successivi
4 Interferenza della luce Occhio Interferenza costruttiva Luce Asfalto bagnato Olio Interferenza distruttiva
5 Uno stesso ritardo determina relazioni di fase diverse: Interazione di treni d'onda coerenti (interferenza) Rosso Verde Blu
6 c v velocità della luce nel vuoto velocità della luce in un dato mezzo (aria, acqua, vetro ) n c v indice di rifrazione (n aria , n acqua 1.33, n vetro ) OP n l cammino ottico (Optical Path) OP determina il ritardo di fase di un onda nell attraversamento dello spessore l di un mezzo il cui indice di rifrazione è n. Se si sovrappongono due onde che hanno percorso cammini ottici OP 1, OP 2, la condizione di interferenza è determinata dalla differenza dei cammini ottici (OPD, Optical Path Difference) OPD OP 1 OP 2
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9 Bolla di sapone Pellicola di sapone Occhio Luce Occhio Luce
10 Refractive index: 1,33 Film thickness (nm) 0,00 25,00 50,00 75,00 100,00 125,00 150,00 175,00 200,00 225,00 250,00 275,00 300,00 350,00 Wavelength (nm): Optical path difference (in "lambda" units, including initial +0.5) 475 0,50 0,64 0,78 0,92 1,06 1,20 1,34 1,48 1,62 1,76 1,90 2,04 2,18 2, ,50 0,63 0,77 0,90 1,03 1,17 1,30 1,43 1,56 1,70 1,83 1,96 2,10 2, ,50 0,63 0,75 0,88 1,01 1,13 1,26 1,39 1,51 1,64 1,77 1,89 2,02 2, ,50 0,62 0,74 0,86 0,98 1,10 1,23 1,35 1,47 1,59 1,71 1,83 1,95 2, ,50 0,62 0,73 0,85 0,96 1,08 1,19 1,31 1,43 1,54 1,66 1,77 1,89 2, ,50 0,61 0,72 0,83 0,94 1,05 1,17 1,28 1,39 1,50 1,61 1,72 1,83 2, ,50 0,61 0,71 0,82 0,93 1,03 1,14 1,24 1,35 1,46 1,56 1,67 1,78 1,99
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15 Pellicola d'aria (interferometro di Newton) Occhio
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18 Riduzione grafica di un sistema di frange centrate Riduzione grafica di un sistema di frange con tilt
19 STIMA DELL ERRORE DI FORMA PICCO-VALLE (P-V) PER RIFLESSIONE Freccia d pari all interfrangia d P-V = l/2 Freccia d pari a d/2 P-V = l/4
20 - FENOMENI DI INTERFERENZA IN NATURA - COERENZA DELLA LUCE E OSSERVAZIONE DELLE FRANGE - LEGGE DI FORMAZIONE DELLE FRANGE D INTERFERENZA - CONFIGURAZIONI INTERFEROMETRICHE - INTERFEROMETRI COME STRUMENTI DI MISURA - INTERFERENZA GENERALIZZATA: FENOMENI DI SPECKLES - UN APPLICAZIONE PARTICOLARE: L OLOGRAFIA
21 LUNGHEZZA DI COERENZA l c lunghezza d onda della luce frequenza velocità della luce (nel vuoto) c l c l l 2 l coh coh 1 c coh 2 l l tempo di coerenza lunghezza di coerenza
22 Alcuni esempi: Luce bianca, intervallo visibile Lampada Hg alta pressione Lampada Kr bassa pressione Lampada Ne bassa pressione Lampada Ar bassa pressione Laser a gas, singolo modo longitudinale l 0.55 m, l m l 0.55 m, l 5 nm l m, l m, l m, Hz 9 Hz Hz Hz l coh l coh 1 m 8 m l coh 21 l coh 6. 4 l coh 1. 5 l coh 1 cm cm cm km l coh N.B.: Il calcolo di è effettuato tenendo conto dello specifico profilo di riga, ed è in ogni caso da intendere come ordine di grandezza.
23 - FENOMENI DI INTERFERENZA IN NATURA - COERENZA DELLA LUCE E OSSERVAZIONE DELLE FRANGE - LEGGE DI FORMAZIONE DELLE FRANGE D INTERFERENZA - CONFIGURAZIONI INTERFEROMETRICHE - INTERFEROMETRI COME STRUMENTI DI MISURA - INTERFERENZA GENERALIZZATA: FENOMENI DI SPECKLES - UN APPLICAZIONE PARTICOLARE: L OLOGRAFIA
24 Le onde e i raggi Onda sferica Sorgente puntiforme Onda piana Fascio collimato Fronti d'onda Onde e raggi in generale
25 Interferenza di due onde piane Schermo
26 sin = 2 2p 2p = p sin 2
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28 - FENOMENI DI INTERFERENZA IN NATURA - COERENZA DELLA LUCE E OSSERVAZIONE DELLE FRANGE - LEGGE DI FORMAZIONE DELLE FRANGE D INTERFERENZA - CONFIGURAZIONI INTERFEROMETRICHE - INTERFEROMETRI COME STRUMENTI DI MISURA - INTERFERENZA GENERALIZZATA: FENOMENI DI SPECKLES - UN APPLICAZIONE PARTICOLARE: L OLOGRAFIA
29 CLASSI DI INTERFEROMETRI: 1. A DIVISIONE DI FRONTE D ONDA (Young, Fresnel, ) 2. A DIVISIONE D AMPIEZZA (Mach-Zehnder, Twyman-Green, )
30 lamina in prova ricombinatore di fascio specchio onda piana interazione specchio sorgente puntiforme lente separatore di fascio INTERFEROMETRO MACH-ZEHNDER
31 TWYMAN-GREEN FIZEAU
32 INTERFEROMETRO DI NEWTON osservatore sorgente estesa superficie di riferimento superficie in prova
33 L INTERFEROMETRO DI MICHELSON specchio sorgente estesa separatore di fascio specchio lamina compensatrice obiettivo schermo
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35 - FENOMENI DI INTERFERENZA IN NATURA - COERENZA DELLA LUCE E OSSERVAZIONE DELLE FRANGE - LEGGE DI FORMAZIONE DELLE FRANGE D INTERFERENZA - CONFIGURAZIONI INTERFEROMETRICHE - INTERFEROMETRI COME STRUMENTI DI MISURA - INTERFERENZA GENERALIZZATA: FENOMENI DI SPECKLES - UN APPLICAZIONE PARTICOLARE: L OLOGRAFIA
36 campione onda di prova interazione onda sorgente separazione onda di riferimento ricombinazione SCHEMA DI PRINCIPIO DI UN INTERFEROMETRO
37 Mach-Zehnder laser espansore di fascio bolla obiettivo macro fotocamera
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39 CCD Laser Interferometer Object under test
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44 - FENOMENI DI INTERFERENZA IN NATURA - COERENZA DELLA LUCE E OSSERVAZIONE DELLE FRANGE - LEGGE DI FORMAZIONE DELLE FRANGE D INTERFERENZA - CONFIGURAZIONI INTERFEROMETRICHE - INTERFEROMETRI COME STRUMENTI DI MISURA - INTERFERENZA GENERALIZZATA: FENOMENI DI SPECKLES - UN APPLICAZIONE PARTICOLARE: L OLOGRAFIA
45 INTERFERENZA GENERALIZZATA: CAMPI DI GRANULAZIONE (SPECKLES) schermo superficie rugosa laser schermo
46 - FENOMENI DI INTERFERENZA IN NATURA - COERENZA DELLA LUCE E OSSERVAZIONE DELLE FRANGE - LEGGE DI FORMAZIONE DELLE FRANGE D INTERFERENZA - CONFIGURAZIONI INTERFEROMETRICHE - INTERFEROMETRI COME STRUMENTI DI MISURA - INTERFERENZA GENERALIZZATA: FENOMENI DI SPECKLES - UN APPLICAZIONE PARTICOLARE: L OLOGRAFIA
47 Diffrazione da una fenditura
48 Diffrazione da un reticolo - I
49 Diffrazione da un reticolo - II
50 Diffrazione da un reticolo - III
51 La legge del reticolo k = -1 sin k = k k = 1 k = 0 k = 0, ±1,... lunghezza d'onda frequenza di reticolo (numero di tratti per mm) k = 1 sin = Luce bianca (andamenti qualitativi)
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53 La sequenza interferenza-diffrazione Interferenza 2 2 Diffrazione (k = 1) 2 2
54 Meccanismi elementari in olografia: Registrazione (codifica) INTERFERENZA Ricostruzione (decodifica) DIFFRAZIONE
55 Registrazione Oggetto Materiale di registrazione Riferimento Ricostruzione Riferimento
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58 Ricostruzione in luce bianca: dispersione Riferimento (luce bianca)
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60 OLOGRAMMI RAINBOW
61 Diffrazione da reticolo "diretta" Registrazione (codifica) INTERFERENZA Ricostruzione (decodifica) DIFFRAZIONE
62 Diffrazione da reticolo "coniugata" Ricostruzione coniugata Riferimento coniugato
63 Registrazione Oggetto Materiale di registrazione Riferimento Ricostruzione Oggetto ricostruito ("ortoscopico", "virtuale") Riferimento x z
64 Ricostruzione con onda di riferimento coniugata Riferimento coniugato Oggetto ricostruito ("pseudoscopico", "reale") x z
65 Ologrammi rainbow (S. Benton, 1969) Oggetto 2 (pseudoscopico, reale) Riferimento 2 (piano yz) Riferimento 1 (coniugato, piano xz) Lastra 2 Lastra 1 (con fenditura)
66 Ricostruzione finale Oggetto ricostruito (ortoscopico) Fenditura ricostruita Lastra 2 Riferimento 2 (coniugato, piano yz)
67 Perdita di una parallasse Oggetto ricostruito (ortoscopico) Occhi dell'osservatore Lastra 2 (ologramma finale) Riferimento 2 (coniugato, piano yz)
68 Visione in luce bianca (effetto rainbow) Oggetto ricostruito (ortoscopico) Occhi dell'osservatore Lastra 2 (ologramma finale) Riferimento 2 (coniugato, piano yz, luce bianca)
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71 WHITE LIGHT MICROINTERFEROMETER
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