Insegnamento OTTICA E FISICA MODERNA

Corso
Ottica e optometria
Codice insegnamento
A002463
Sede
TERNI
Curriculum
Ottica avanzata
Docente
Giovanni Carlotti
Docenti
  • Giovanni Carlotti
Ore
  • 42 ore - Giovanni Carlotti
CFU
6
Regolamento
Coorte 2022
Erogato
2024/25
Attività
Caratterizzante
Ambito
Microfisico e della struttura della materia
Settore
FIS/04
Tipo insegnamento
Obbligatorio (Required)
Tipo attività
Attività formativa monodisciplinare
Lingua insegnamento
ITALIANO
Contenuti
Impatto dell'Ottica nella Fisica del ventesimo secolo. Tecnologie ottiche avanzate e loro impiego nel campo della fisica.
Testi di riferimento
G. Gamow -
I trent'anni che sconvolsero la Fisica, Zanichelli

S.O. Kasap. Optoelectronics and Photonics - Principles and Practices

Materiale fornito dal docente
Obiettivi formativi
L'obiettivo principale del corso e' quello di illustrare come attorno all'Ottica si siano sviluppate alcune delle idee essenziali della Fisica moderna e come queste idee, a loro volta, abbiano avuto bisogno dell'Ottica per affermarsi. Lo studente prendera' coscienza della grande rilevanza, costante nello sviluppo temporale della Fisica, della sua disciplina per la ricerca fondamentale.
Le principali abilità che il corso si propone di trasmettere sono:
- saper inquadrare le nozioni acquisite e la disciplina di studio in un ampio contesto concettuale e storico;
- saper cogliere il fondamentale potenziale di scoperta di esperimenti, tecniche, strumenti tipici della pratica dell'Ottica.
Prerequisiti
Contenuto dei corsi di Fisica fondamentale dei primi due anni
Metodi didattici
Lezioni frontali; uso di audiovisivi e proiezione di materiale digitale.
Modalità di verifica dell'apprendimento
L'esame prevede una prova orale che consiste in una discussione finalizzata ad accertare il livello di conoscenza e capacità di comprensione raggiunto dallo studente sui contenuti teorici e metodologici indicati nel programma . La prova orale consentirà di verificare la capacità di comunicazione dell'allievo con proprietà di linguaggio e di organizzazione autonoma dell'esposizione sugli stessi argomenti a contenuto teorico.
Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA si rimanda alla pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa
Programma esteso
Situazione della Fisica a fine ottocento. Ipotesi dell’etere e formulazione della teoria della relatività ristretta. Esperienza di Michelson Morley. La radiazione di corpo nero. Legge di Stefan-Boltzman e leggi di Wien. Tentativo di Raileigh-Jeans. Ipotesi di Plank. Quantizzazione dell'energia e formulazione della legge relativa alla densità spettrale in funzione della frequenza e della temperatura. Effetto fotoelettrico e sua interpretazione. Il fotone. Effetto Compton.
Richiami su esperimento di Rutherford e modello atomico di Bohr. Stati stazionari. Ipotesi di De Broglie. Equazione di Schroedinger. Interpretazione probabilistica della funzione d'onda. Confronto con l’equazione di D’Alambert per le onde elettromagnetiche. Dispersione della particella libera. Soluzioni stazionarie. Particella libera e dispersione del pacchetto. Principio di indeterminazione di Heisenberg.
Cenni all’applicazione dell'equazione di Schroedinger a problemi unidimensionali: gradino e barriera di potenziale. Effetto tunnel. Buca di potenziale infinita, unidimensionale e tridimensionale. Oscilatore armonico. Buca di potenziale di altezza finita. Atomo di idrogeno. Livelli energetici, orbitali e numeri quantici.
Introduzione ai laser. Emissione stimolata. Coefficienti di Einstein. Inversione della popolazione. Coefficiente di guadagno di soglia e meccanismi di pompaggio. Laser a due, tre e quattro livelli. Meccanismi di allargamento della riga laser omogenei e disomogenei. Allargamento naturale e per effetto doppler. Tempo e lunghezza di coerenza. Modi longitudinali e trasversali.
Cavità ottiche. Fasci gaussiani, modi trasversali e condizioni di stabilità. Laser impulsati. Mode locking e Q-Switcing.
Richiami sulla descrizione quantistica del gas di elettroni nei metalli. Bande di energia e materiali semiconduttori. LED e laser a diodo. Materiali e tecnologie.
Propagazione guidata in strati sottili. Modi TE e TM, pari e dispari. Dispersione dei modi. Numero V. Guida simmetrica ed asimmetrica.
Guide ottiche a salto di indice. Modi guidati in approssimazione LP. Attenuazione. Dispersione el materiale, intermodale, intramodale e di polarizzazione. Fibre a profilo di indice graduale.
Teoria dei modi accoppiati. Accoppiamento sincrono ed asincrono, direzionale e controdirezionale. Esempi ed applicazioni.
Richiami sulla propagazione della luce incristalli anisotropi. Lamine di ritardo. Effetto elettroottico. Modulatori elettroottici longitudinale e trasversale. Effetto acusto-ottico. Modulatori di Bragg e di Raman-Nath.
Spettroscopia ottica. Spettroscopi basati su reticolo, interferometro di Michelson e di Fabry Perot.
Rivelatori per l'intensità luminosa. Responsivity. Fotomoltiplicatori. Rivelatori fotoconduttivi. Fotodiodi: modo fotoconduttivo e modo fotovoltaico. Rumore e risposta in frequenza. Celle solari e conversione di energia solare in elettrica.
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