LIBRETTO DELLE LEZIONI DEL CORSO DI. Ottica e Laboratorio IMPARTITE DAL PROF. Antonio Polimeni NELL'ANNO ACCADEMICO 2017/18
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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 2017/18
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. 0 Argomento della Lezione N. 0 Argomento della Lezione N. 11 Argomento della Lezione N. 12 Sospensione maltempo Sospensione maltempo Principio di Huyghens-Fresnel e leggi della riflessione e rifrazione (MS X.7, MNV , F ). Angolo di Brewster ed esempi (MNV 14.4, MS X.2.2). 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) Data :26/2/18 Firma : Data 26/2/18: Firma : Data :16/3/18 Firma : Data :16/3/18 Firma : Argomento della Lezione N. 1 Argomento della Lezione N. 2 Argomento della Lezione N. 13 Argomento della Lezione N. 14 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). Equivalenza eq. Onde ed eq. Schroedinger. 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 :2/3/18 Firma : Data :2/3/18 Firma : Data :19/03/18 Firma : Data :19/03/18 Firma : Argomento della Lezione N. 5 Argomento della Lezione N. 6 Argomento della Lezione N.15 Argomento della Lezione N.16 Polarizzazione delle onde (pol. lineare, ellittica, circolare, non polarizata) (MNV ). 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) I esperienza classe P1 4 ore (4 ore MM) I esperienza classe P2 2 ore (4 ore NS) Data :7/3/18 Firma : Data :7/3/18 Firma : Data :20/03/18 Firma : Data :21/03/18 Firma : Argomento della Lezione N. 7 Argomento della Lezione N. 8 Argomento della Lezione N. 17 Argomento della Lezione N. 18 Condizioni per le onde e. m. all interfaccia tra due mezzi (MNV 14.3, MS X.1 X.2). 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, posizione apparente di una stella). 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. Funzione 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 : 23/03/18 Firma : Data : 23/03/18 Firma : Argomento della Lezione N. 9 Argomento della Lezione N. 10 Argomento della Lezione N. 19 Argomento della Lezione N. 20 Relazioni di Fresnel per onda e..m polarizzata nel piano di incidenza (MNV 14.4, MS X.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). 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). H: Eugene Hecht,Optics, Addison Wesley, San Francisco 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). Spettroscopia a trasformata di Fourier (F 3.9). Data :12/03/18 Firma : Data :12/03/18 Firma : Data : 26/03/18 Firma : Data : 26/03/18 Firma :
3 Argomento della Lezione N. 21 Argomento della Lezione N. 22 Argomento della Lezione N. 31 Argomento della Lezione N. 32 I esperienza classe P3 I esperienza classe P3 Principio di Huyghens-Fresnel (MS X.7, MNV , F ). Teorema di Green (F , MS X.7, MNV 14.2). 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) Data :26/03/18 Firma : Data :26/03/18 Firma : Data :09/04/18 Firma : Data :09/04/18 Firma : Argomento della Lezione N. 23 Argomento della Lezione N. 24 Argomento della Lezione N. 33 Argomento della Lezione N. 34 II esperienza classe P1 II esperienza classe P1 Diffrazione alla Fraunhofer da fenditura e 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 (f# di una lente, DVD e CD). Esercizio sul potere risolutivo dell occhio (MNV 16.4) Data :04/04/18 Firma : Data :04/04/18 Firma : Data :13/04/18 Firma : Data : 13/04/18 Firma : Argomento della Lezione N. 25 Argomento della Lezione N. 26 Argomento della Lezione N. 35 Argomento della Lezione N. 36 II esperienza classe P2 II esperienza classe P2 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. Esercizio doppietto sodio. Data : 05/04/18 Firma : Data : 05/04/18 Firma : Data : 16/04/18 Firma : Data : 16/04/18 Firma : Argomento della Lezione N. 27 Argomento della Lezione N. 28 Argomento della Lezione N. 37 Argomento della Lezione N. 38 II esperienza classe C II esperienza classe C Interferometro di Fabry-Perot, caratteristiche generali, dipendenza dai parametri fisici, finesse (F 4.1-3; BW ). Applicazioni spettroscopiche Data :06/04/18 Firma : Data :06/04/18 Firma : Data : 23/04/18 Firma : Data : 23/04/18 Firma : Argomento della Lezione N. 29 Argomento della Lezione N. 30 Argomento della Lezione N. 39 Argomento della Lezione N. 40 Interferenza da una lastra a facce piane e parallele. (F 4.1-3; BW ). Rivestimenti anti-riflesso e celle solari (MNV 15.6). Pacchetto d onde e coerenza (MS X.6, F1.5, MNV 12.10, F 3.6; Amaldi, Bizzarri, Pizzella, Fisica Generale, Zanichelli 12.7). 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) Data :06/04/18 Firma : Data :06/04/18 Firma: Data : 27/04/18 Firma : Data : 27/04/18 Firma :
4 Argomento della Lezione N. 41 Argomento della Lezione N. 42 Argomento della Lezione N. 51 Argomento della Lezione N. 52 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 ). 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. Rappresentazione matematica delle lamine di ritardo. Esempi (F 2.5, vedere anche E. Hecht, Optics, 8.13). Parametri di Stokes e sfera di Poincarè (H. 8.13). Descrizione V esercitazione e misura sperimentale dei parametri di Stokes. Data : 04/05/18 Firma : Data : 04/05/18 Firma : Data : 18/05/18 Firma: Data : 18/05/18 Firma: Argomento della Lezione N. 43 Argomento della Lezione N. 44 Argomento della Lezione N. 53 Argomento della Lezione N. 54 Fibre ottiche multi- e monomodali. Attenuazione, dispersione modale e cromatica. Banda passante di un segnale in fibra ottica. 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 e bande di energia di un solido (MNV 13.10, F , MS IX.7). Descrizione V esercitazione e misura sperimentale dei parametri di Stokes. Potere rotatorio e birifrangenza circolare (F. 6.9, H 8.10). Effetto di un campo magnetico sulle proprietà ottiche di un dielettrico: rotazione di Faraday (F 6.10). Cristalli liquidi, lamine a ritardo variabile (H 8.12, appunti lezione). Data : 07/05/18 Firma : Data : 07/05/18 Firma : Data : 21/05/18 Firma: Data : 21/05/18 Firma: Argomento della Lezione N. 45 Argomento della Lezione N. 46 Argomento della Lezione N. 55 Argomento della Lezione N. 56 IV esercitazione IV esercitazione (N. Spagnolo) V esperienza V esperienza (N. Spagnolo) Data : 10/05/18 Firma : Data : 11/05/18 Firma : Data : 22/05/18 Firma: Data : 23/05/18 Firma: Argomento della Lezione N. 47 Argomento della Lezione N. 48 Argomento della Lezione N. 57 Argomento della Lezione N. 58 Tensore suscettività dielettrica e sue proprietà matematiche per materiali trasparenti, ellissoide degli indici (MNV 14.6, BW15.1, F 6.7, H 8.4) 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). Equazione di Fresnel per gli indici di rifrazione (appunti e BW 15.2) Cristalli liquidi e display (H 8.12, appunti lezione). Effetti elettro-ottici, tensore elettro-ottico (A. Yariv e P. Yeh, Photonics cap. 9, F. 6.11). KDP e modulatori elettro-ottici (A. Yariv e P. Yeh, Photonics cap. 9). Modulatori di ampiezza (A. Yariv e P. Yeh, Photonics cap. 9). Data : 11/05/08 Firma : Data : 11/05/18 Firma : Data : 25/05/18 Firma: Data : 25/05/18 Firma: Argomento della Lezione N. 49 Argomento della Lezione N. 50 Argomento della Lezione N. 58 Argomento della Lezione N. 59 Legge della rifrazione per il vettore d onda e per il vettore di Poyinting (appunti e BW 15.2). Brifrangenza (MNV 14.6) Costruzione di Huyghens del fronte d onda ordinario e straordinario (MNV 14.6). Lamine di ritardo (MNV 14.6). Niobato di litio e modulatori elettro-ottici (A. Yariv e P. Yeh, Photonics cap. 9). Approssimazione dell Ottica geometrica e definizioni generali (MS XI.1-2). Specchi sferici e costruzione delle immagini (MS XI.3). Diottro e costruzione delle immagini (MS XI.4). Data : 14/05/18 Firma : Data : 14/05/18 Firma : Data : 28/06/18 Firma: Data : 28/06/18 Firma:
5 Argomento della Lezione N. 60 Argomento della Lezione N. 62 V esperienza V esperienza Data : 29/06/18 Firma : Data : 29/06/18 Firma : Argomento della Lezione N. 63 Argomento della Lezione N. 64 Diottro composto (lenti spesse e sottili) e costruzioni delle immagini (MS XI.6). Aberrazioni geometriche e cromatiche. Esempi (doppietto acromatico) Funzionamento dell occhio (MNV 17.8) Data : 01/06/18 Firma : Data : 01/06/18 Firma : Argomento della Lezione N. 65 Argomento della Lezione N. 66 Laser: assorbimento, emissione spontanea e stimolata (coeff. Di Einstein) (MS X.2.8; F 9.1-4) Data : 04/06/18 Firma: Condizioni per l effetto laser: inversione di popolazione, amplificazione ottica (F 9.1-4). Laser a tre e quattro livelli (F ). Principio di funzionamento laser He-Ne (Bransden and Joachain, Physics of Atoms and Molecules, 14.2). Data : 04/06/18 Firma: Argomento della Lezione N. 65 Argomento della Lezione N. 66 Funzione guadagno (F ) Allargamento Doppler (F ) Data : 08/06/18 Firma: Data : 08/06/18 Firma:
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