INTERFERENZA DELLA LUCE. Giuseppe Molesini

INTERFERENZA DELLA LUCE Giuseppe Molesini

- 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

Macchia d olio su asfalto bagnato, a tempi successivi

Interferenza della luce Occhio Interferenza costruttiva Luce Asfalto bagnato Olio Interferenza distruttiva

Uno stesso ritardo determina relazioni di fase diverse: Interazione di treni d'onda coerenti (interferenza) Rosso Verde Blu

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 1.0003, n acqua 1.33, n vetro 1.5 1.8) 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

Bolla di sapone Pellicola di sapone Occhio Luce Occhio Luce

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 2,46 500 0,50 0,63 0,77 0,90 1,03 1,17 1,30 1,43 1,56 1,70 1,83 1,96 2,10 2,36 525 0,50 0,63 0,75 0,88 1,01 1,13 1,26 1,39 1,51 1,64 1,77 1,89 2,02 2,27 550 0,50 0,62 0,74 0,86 0,98 1,10 1,23 1,35 1,47 1,59 1,71 1,83 1,95 2,19 575 0,50 0,62 0,73 0,85 0,96 1,08 1,19 1,31 1,43 1,54 1,66 1,77 1,89 2,12 600 0,50 0,61 0,72 0,83 0,94 1,05 1,17 1,28 1,39 1,50 1,61 1,72 1,83 2,05 625 0,50 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

Pellicola d'aria (interferometro di Newton) Occhio

Riduzione grafica di un sistema di frange centrate Riduzione grafica di un sistema di frange con tilt

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

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

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 0. 30 m l 0.55 m, l 5 nm l 0.606 m, 8 4.5 10 l 0.633 m, 1.5 10 l 0.488 m, 1.0 9 7.5 10 5 10 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.

Le onde e i raggi Onda sferica Sorgente puntiforme Onda piana Fascio collimato Fronti d'onda Onde e raggi in generale

Interferenza di due onde piane Schermo

sin = 2 2p 2p 2 2 1 = p sin 2

CLASSI DI INTERFEROMETRI: 1. A DIVISIONE DI FRONTE D ONDA (Young, Fresnel, ) 2. A DIVISIONE D AMPIEZZA (Mach-Zehnder, Twyman-Green, )

lamina in prova ricombinatore di fascio specchio onda piana interazione specchio sorgente puntiforme lente separatore di fascio INTERFEROMETRO MACH-ZEHNDER

TWYMAN-GREEN FIZEAU

INTERFEROMETRO DI NEWTON osservatore sorgente estesa superficie di riferimento superficie in prova

L INTERFEROMETRO DI MICHELSON specchio sorgente estesa separatore di fascio specchio lamina compensatrice obiettivo schermo

campione onda di prova interazione onda sorgente separazione onda di riferimento ricombinazione SCHEMA DI PRINCIPIO DI UN INTERFEROMETRO

Mach-Zehnder laser espansore di fascio bolla obiettivo macro fotocamera

CCD Laser Interferometer Object under test

INTERFERENZA GENERALIZZATA: CAMPI DI GRANULAZIONE (SPECKLES) schermo superficie rugosa laser schermo

Diffrazione da una fenditura

Diffrazione da un reticolo - I

Diffrazione da un reticolo - II

Diffrazione da un reticolo - III

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)

La sequenza interferenza-diffrazione Interferenza 2 2 Diffrazione (k = 1) 2 2

Meccanismi elementari in olografia: Registrazione (codifica) INTERFERENZA Ricostruzione (decodifica) DIFFRAZIONE

Registrazione Oggetto Materiale di registrazione Riferimento Ricostruzione Riferimento

Ricostruzione in luce bianca: dispersione Riferimento (luce bianca)

OLOGRAMMI RAINBOW

Diffrazione da reticolo "diretta" Registrazione (codifica) INTERFERENZA Ricostruzione (decodifica) DIFFRAZIONE

Diffrazione da reticolo "coniugata" Ricostruzione coniugata Riferimento coniugato

Registrazione Oggetto Materiale di registrazione Riferimento Ricostruzione Oggetto ricostruito ("ortoscopico", "virtuale") Riferimento x z

Ricostruzione con onda di riferimento coniugata Riferimento coniugato Oggetto ricostruito ("pseudoscopico", "reale") x z

Ologrammi rainbow (S. Benton, 1969) Oggetto 2 (pseudoscopico, reale) Riferimento 2 (piano yz) Riferimento 1 (coniugato, piano xz) Lastra 2 Lastra 1 (con fenditura)

Ricostruzione finale Oggetto ricostruito (ortoscopico) Fenditura ricostruita Lastra 2 Riferimento 2 (coniugato, piano yz)

Perdita di una parallasse Oggetto ricostruito (ortoscopico) Occhi dell'osservatore Lastra 2 (ologramma finale) Riferimento 2 (coniugato, piano yz)

Visione in luce bianca (effetto rainbow) Oggetto ricostruito (ortoscopico) Occhi dell'osservatore Lastra 2 (ologramma finale) Riferimento 2 (coniugato, piano yz, luce bianca)

WHITE LIGHT MICROINTERFEROMETER