LIBRETTO DELLE LEZIONI DEL CORSO DI. Ottica e Laboratorio IMPARTITE DAL PROF. Antonio Polimeni NELL'ANNO ACCADEMICO 2016/17
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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI ROMA LA SAPIENZA FACOLTA DI SCIENZE MATEMATICHE, FISICHE E NATURALI LIBRETTO DELLE LEZIONI DEL CORSO DI Ottica e Laboratorio IMPARTITE DAL PROF. Antonio Polimeni NELL'ANNO ACCADEMICO 2016/17
2 MNV: P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci Fisica volume II, EdiSES, Napoli MS: C. Mencuccini, V. Silvestrini, Fisica II, Liguori Editore, Napoli F: Grant R. Fowles, Introduction to Modern Optics, Dover Publications Inc., New York BW: M. Born, E. Wolf, Principles of Optics (Pergamon Press, Oxford, 1980) Argomento della Lezione N. 1 Argomento della Lezione N. 2 Argomento della Lezione N. 11 Argomento della Lezione N. 12 Introduzione al corso: lezioni, complementi, esercitazioni di laboratorio, modalità di esame. Richiami eq. di Maxwell ed eq. delle onde elettromagnetiche nella materia (MNV 13.1, MS IX.3 IX.4; F 6.1,6.2,6.3) Onda armonica piana. (MNV 12.9; MS IX.3, IX.4) Teorema di Fourier (MNV 12.4, MS X.2 volume meccanica). Polarizzazione delle onde (pol. lineare, ellittica, circolare, non polarizata) (MNV ). Riflessione interna totale e coefficienti di Fresnel. Fase onda riflessa e rombo di Fresnel (MNV 14.3, F 2.7, 2.10). Onda evanescente e applicazioni: cubo separatore di fascio e fluorescenza in modalità di riflessione totale interna (F 2.9, MNV , H ). Data :07/3/17 Firma : Data 07/3/17: Firma : Data :23/3/17 Firma : Data :23/3/17 Firma : Argomento della Lezione N. 3 Argomento della Lezione N. 4 Argomento della Lezione N. 13 Argomento della Lezione N. 14 Polarizzazione e rappresentazione matriciale (F 2.5). Vettore di Poynting (MNV 13.3). Vettore di Poynting per polarizzazione lineare, ellittica, circulare e nulla (MNV 13.3) Spettro delle onde e. m. (onde radio raggi gamma) (MNV 13.12). Spettro emesso dal Sole. Esercizio onde e.m. (MNV Es. 13.1) Condizioni per le onde e. m. all interfaccia tra due mezzi (MNV 14.3, MS X.1 X.2). Interferenza tra onde e. m., sorgenti coerenti (F , MS X.8, MNV 15.3). Esperimento di Young e cammino ottico (F , MS X.8, MNV 15.3). Interferometro di Michelson. Esempi: dall etere a Ligo (F 3.3). Esercizio su determinazione indice rifrazione gas (MNV 15.4). Funzioni di correlazione tra due campi e..m e funzione di autocorrelazione (F 3.4). Data :9/3/17 Firma : Data :9/3/17 Firma : Data :28/03/17 Firma : Data :28/03/17 Firma : Argomento della Lezione N. 5 Argomento della Lezione N. 6 Argomento della Lezione N.15 Argomento della Lezione N.16 Leggi della riflessione e della rifrazione (MNV 14.4, MS X.1 X.2) Principio di Fermat (MS X.1, MNV 17.10) Angolo limite ed esempi sulla rifrazione della luce (MNV 14.3, MS X.2) Esercizi ed esempi (fibre ottiche F 2.7, miraggi). Teoria della coerenza parziale e visibilità (F ). Teorema di Wiener-Khinchin ( KhinchinTheorem.html). Calcolo della visibilità di una sorgente laser in presenza di modi di cavità tramite il teorema di Wiener (appunti di lezione). Data :14/3/17 Firma : Data :14/3/17 Firma : Data :30/03/17 Firma : Data :30/03/17 Firma : Argomento della Lezione N. 7 Argomento della Lezione N. 8 Argomento della Lezione N. 17 Argomento della Lezione N. 18 Relazioni di Fresnel per onda e..m polarizzata nel piano di incidenza (MNV 14.4, MS X.2). Angolo di Brewster ed esempi (MNV 14.4, MS X.2.2). Relazioni di Stokes (MNV 14.4). Relazioni di Fresnel per onda e..m polarizzata ortogonalmente al piano di incidenza (MNV 14.4, MS X.2). Calcolo della visibilità di una sorgente laser in presenza di modi di cavità. Interferenza da una lastra a facce piane e parallele. (F 4.1-3; BW ). Anelli di Newton (MNV 15.6). Rivestimenti anti-riflesso e celle solari (MNV 15.6) Data :16/3/17 Firma : Data :16/3/17 Firma : Data : 05/04/17 Firma : Data : 05/04/17 Firma : Argomento della Lezione N. 9 Argomento della Lezione N. 10 Argomento della Lezione N. 19 Argomento della Lezione N. 20 Coefficienti di riflessione e trasmissione per luce comunque polarizzata (MNV 14.4, Es. 14.3; MS X.2.2). Grado di polarizzazione (MNV 14.4). Caso di incidenza normale (MNV 14.4). Esercizio su coefficienti di Fresnel e luce pol. Circolarmente (MNV esempio 14.3). Polaroid e luce polarizzata (MNV 14.7) Polaroid e legge di Malus per diversi stati di polarizzazione (MNV 14.7, MS X.5) H: Eugene Hecht,Optics, Addison Wesley, San Francisco Pacchetto d onde e coerenza (MS X.6, F1.5, MNV 12.10, F 3.6; Amaldi, Bizzarri, Pizzella, Fisica Generale, Zanichelli 12.7). Spettroscopia a trasformata di Fourier (F 3.9) Coerenza spaziale trasversale (F 3.7, nota MNV dopo es.15.6). Principio di Huyghens-Fresnel (MS X.7, MNV , F ). Teorema di Green (F , MS X.7, MNV 14.2). Data :21/03/17 Firma : Data :21/03/17 Firma : Data : 06/4/17 Firma : Data : 06/4/17 Firma :
3 Argomento della Lezione N. 21 Argomento della Lezione N. 22 Argomento della Lezione N. 31 Argomento della Lezione N. 32 Principio di Huyghens-Fresnel (MS X.7, MNV , F ). Teorema integrale di Kirchhoff (F , MS X.7, MNV 14.2; vedere anche M. Born e E. Wolf, Principles of Optics ). Diffrazione (caso di Fresnel e limite di Fraunhofer) (F 5.2-3, MNV 16.1) Diffrazione alla Fraunhofer da fenditura calcolata con l integrale di Kirchhoff (F 5.4, MNV ). Dispersione della luce e coefficiente di assorbimento (MNV13.9, MS IX.6, F , H 3.5.1). Costante dielettrica e indice di rifrazione complessi per gli isolanti (MS 9.6, MNV 13.9, H 3.5.1, F 6.4; anche F. Wooten Optical properties of solids cap. 3.10) Contributi alla polarizzabilita nei materiali in relazione alla pulsazione delle onde e.m. (MS 9.6, MNV 13.9, H 3.5.1, F 6.4). Pacchetto d onde in un mezzo dispersivo (MS X.6, F 1.5, MNV ) Data :11/04/17 Firma : Data :11/04/17 Firma : Data :10/05/17 Firma : Data :10/05/17 Firma : Argomento della Lezione N. 23 Argomento della Lezione N. 24 Argomento della Lezione N. 33 Argomento della Lezione N. 34 Diffrazione alla Fraunhofer da foro circolare calcolata con l integrale di Kirchhoff (F 5.4, MNV ). Criterio di Rayleigh ed esempi (F 5.4, MS X.10.1 X.10.2, MNV ). Potere separatore microscopio e apertura numerica (MNV 16.4). Applicazioni e conseguenze della diffrazione (DVD e CD). Velocita di fase e velocita di gruppo di un pacchetto d onde. (MS X.6, F 1.5, MNV ) Dispersione normale e anomala (MS X.6, F 1.5, MNV , alternativamente Amaldi, Bizzarri, Pizzella, Fisica Generale, Zanichelli 12.7). Fibre ottiche multi- e monomodali. Attenuazione, dispersione modale e cromatica, Banda passante di un segnale.. Indice di rifrazione complesso per i metalli. Indice di rifrazione complesso per i metalli: limite di bassa e a lta frequenza (MNV 13.10, F , MS IX.7). Pulsazione di plasma. Colorazione dei metalli (MNV 13.10, F , MS IX.7). Data :20/04/17 Firma : Data :20/04/17 Firma : Data :11/05/17 Firma : Data : 11/05/17 Firma : Argomento della Lezione N. 25 Argomento della Lezione N. 26 Argomento della Lezione N. 35 Argomento della Lezione N. 36 Diffrazione da reticolo calcolata con l integrale di Kirchhoff (F 5.4, MNV 16.5, MS X.10.4). Larghezza dei massimi di un reticolo di diffrazione (F 5.4, MS X.10.4, MNV ). Potere dispersivo e potere risolutivo di un reticolo di diffrazione. (F 5.4, MS X.10.4, MNV ). Intervallo spettrale libero. Bande di energia in un solido. Colorazione dei metalli (MNV 13.10, F , MS IX.7). Cristalli anisotropi, tensore suscettività dielettrica (MNV 14.6, BW15.1, F 6.7, H 8.4 ). Tensore suscettività dielettrica e sue proprietà matematiche per materiali trasparenti, ellissoide degli indici (MNV 14.6, BW15.1, F 6.7, H 8.4) Data : 27/04/17 Firma : Data : 27/04/17 Firma : Data : 16/05/17 Firma : Data : 16/05/17 Firma : Argomento della Lezione N. 27 Argomento della Lezione N. 28 Argomento della Lezione N. 37 Argomento della Lezione N. 38 Esercizio doppietto sodio. Interferometro di Fabry-Perot, caratteristiche generali, dipendenza dai parametri fisici, finesse (F 4.1-3; BW ). Potere risolutivo di un interferometro di Fabry-Perot (F 4.1-3; BW ) Propagazione di un onda elettromagnetica in un cristallo anisotropo: onda ordinaria e straordinaria e direzione dei vettori coinvolti nella propagazione dell onda (F 6.7, MNV 14.6). Legge della rifrazione per il vettore di Poyinting (BW 15.2). Brifrangenza (MNV 14.6) Data :02/05/17 Firma : Data :02/05/17 Firma : Data : 18/05/17 Firma : Data : 18/05/17 Firma : Argomento della Lezione N. 29 Argomento della Lezione N. 30 Argomento della Lezione N. 39 Argomento della Lezione N. 40 Potere risolutivo di un interferometro di Fabry-Perot (F 4.1-3; BW ). Free spectral range di un interferometro di Fabry- Perot (F 4.1-3; BW ). Polarizzabilita elettronica statica di un atomo (MNV 5.10, MS III.2). Modello di Lorentz, e polarizzabilita elettronica complessa (MNV13.9, MS IX.6, F , H 3.5.1). Coefficiente di assorbimento (MNV13.9, MS IX.6, F , H 3.5.1) Costruzione di Huyghens del fronte d onda ordinario e straordinario (MNV 14.6). Lamine di ritardo (MNV 14.6). Rappresentazione matematica delle lamine di ritardo. Esempi (F 2.5, vedere anche E. Hecht, Optics, 8.13). Data :04/5/17 Firma : Data :04/5/17 : Data : 23/05/17 Firma : Data : 23/05/17 Firma :
4 Argomento della Lezione N. 41 Argomento della Lezione N. 42 Argomento della Lezione N. 51 Argomento della Lezione N. 52 Parametri di Stokes e sfera di Poincarè (H. 8.13). Descrizione V esercitazione e misura sperimentale dei parametri di Stokes. Condizioni per l effetto laser: inversione di popolazione, amplificazione ottica (F 9.1-4). Funzione guadagno e allargamento Doppler (F ) Laser a tre e quattro livelli (F ) Principio di funzionamento laser He-Ne (Bransden and Joachain, Physics of Atoms and Molecules, 14.2).. Data : 25/05/17 Firma : Data : 25/05/17 Firma : Data : 13/06/17 Firma: Data : 13/06/17 Firma: Argomento della Lezione N. 43 Argomento della Lezione N. 44 Potere rotatorio e birifrangenza circolare (F. 6.9, H 8.10). Approssimazione dell Ottica geometrica e definizioni generali (MS XI.1-2). Data : 30/05/17 Firma : Data : 30/05/17 Firma : Argomento della Lezione N. 45 Argomento della Lezione N. 46 Specchi sferici e costruzione delle immagini (MS XI.3). Diottro (MS XI.4). Diottro composto (lenti spesse e sottili) e costruzioni delle immagini (MS XI.6). Data : 01/06/17 Firma : Data : 01/06/17 Firma : Argomento della Lezione N. 47 Argomento della Lezione N. 48 Aberrazioni geometriche e cromatiche. Esempi (doppietto acromatico) Funzionamento dell occhio (MNV 17.8) Cristalli liquidi, lamine a ritardo variabile, display (H 8.12). Data : 06/06/17 Firma : Data : 06/06/17 Firma : Argomento della Lezione N. 49 Argomento della Lezione N. 50 Effetti elettro-ottici, tensore elettro-ottico (A. Yariv e P. Yeh, Photonics cap. 9, F. 6.11). Esempi (KDP e niobato di litio) e modulatori elettro-ottici (A. Yariv e P. Yeh, Photonics cap. 9). Modulatori di ampiezza (A. Yariv e P. Yeh, Photonics cap. 9). Laser: assorbimento, emissione spontanea e stimolata (coeff. Di Einstein) (MS X.2.8; F 9.1-4) Data : 08/06/17 Firma : Data : 08/06/17 Firma :
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