Diario delle lezioni
MNV: P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, Fisica volume II
MS: C. Mencuccini, V. Silvestrini, Fisica II
F: Grant R. Fowles, Introduction to Modern Optics
FM: Dispense Frova-Mataloni (vedi sezione "Materiale Didattico")
Lezione 1 - 26/02/2025 (1 Ora)
Introduzione e organizzazione del corso. Equazioni di Maxwell (richiami). Equazione generale delle onde.
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Lezione 2 - 03/03/2025
Equazione generale delle onde per dielettrici perfetti e isotropi. Soluzione generale nel caso unidimensionale. Onde Piane. Onde armoniche: pulsazione, periodo, numero d'onde, frequenza. Onde in più dimensioni. Onde sferiche e cilindriche. Onde armoniche e teorema di Fourier. Pacchetto d'onde. Velocità di fase e velocità di gruppo.
RIFERIMENTI: MS. Cap. IX.1-IX.3. MNV. 12.1-12.4-12.9 (pag. 475-478)-12.10-12.11 -13.1. F. Cap. 3.6, Cap. 6.1-6.2
Lezione 3 - 04/03/2025
Proprietà delle onde elettromagnetiche piane. Concetto di Polarizzazione. Polarizzazione rettilinea, ellittica, e circolare. Caso generale con sfasamento costante arbitrario: ellisse di polarizzazione. Onde parzialmente polarizzate e non polarizzate (cenni). Polaroid ed "esperimenti" sulla polarizzazione della luce.
RIFERIMENTI: MNV. 12.5-13,2. F. 2.3-2.4 FM. 5.1-5.2
Lezione 4- 05/03/2025 (1 Ora)
Vettore di Poynting e Intensità di un'onda. Intensità istantanea e intensità media.
RIFERIMENTI: MNV. 13.3-15.1.
Lezione 5 - 10/03/2025
Interferenza ottica. Ode coerenti, incoerenti e parzialmente coerenti. Cammino ottico. Ruolo della polarizzazione nei fenomeni di interferenza. Modello di luce caotica (lampada a scarica).
RIFERIMENTI: MNV. 15.1. ,15.3 MS. Cap. X.8 R. LOUDON, THE QUANTUM THEORY OF LIGHT, OXFORD SCIENCE PUBLICATIONS, 3.4,3.5
Lezione 6 - 11/03/2025
Ancora sui fenomeni di interferenza. Esperimento di Young. Esperimento di Young. Interferometro di Michelson. Teoria della coerenza parziale. Funzione di correlazione. Calcolo della funzione di mutua correlazione per luce caotica con fluttuazioni di fase casuali (ad intervalli di tempo costanti).
RIFERIMENTI: MNV. 15.1. ,15.3, F. Cap.3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5 - FM. 3.1-3.2-3.3
Lezione 7 - 12/03/2025 (1 Ora)
Introduzione alla pre-esperienza di laboratorio. Introduzione alla sicurezza in laboratorio.
RIFERIMENTI:
Scheda della Pre-esperienza, click here.
Sicurezza , click here.
Lezione 8 - 17/03/2025
Calcolo della funzione di mutua correlazione per luce caotica utilizzando la teoria cinetica dei gas. Come misurare il tempo di coerenza di una sorgente di luce con un interferometro di Michelson. Introduzione alla prima esperienza di laboratorio.
RIFERIMENTI: F. Cap.3.4, 3.5. 3.6 - FM. 3.1, 3.2,3.3 - R. LOUDON, THE QUANTUM THEORY OF LIGHT, OXFORD SCIENCE PUBLICATIONS, 3.4,3.5 Richiami di teoria cinetica dei gas: Feyman lecture # 43, click here
Dettagli sulla prima esperienza (Michelson): click here!
VIDEO ESPLICATIVO DELLA PRIMA ESPERIENZA. Click HERE!
Lezione 9 - 18/03/2025
Spettro in frequenza e relazione tra larghezza di riga e tempo di coerenza. Teorema di Wiener-Khintchin: relazione tra lo spettro in frequenza e la funzione di mutua coerenza. Confronto tra allargamento di riga naturale, da collisioni atomiche, da effetto Doppler. Cenni al funzionamento del laser. Ulteriori dettagli sulla prima esperienza di laboratorio.
F. Cap.3.4, 3.5. 3.6 - FM. 3.1, 3.2,3.3
Teorema di Wiener-Khintchine: click here!
Slides (dettagli sulla prima esperienza e cenni sui laser): click here!
Lezione 10 - 24/03/2025
Leggi della riflessione e della rifrazione: Condizioni di raccordo per i campi elettrici e magnetici nel caso generale. Prima, Seconda, e Terza legge della riflessione e rifrazione. Legge di Snell. Angolo limite e riflessione totale interna. Onde evanescenti. Dispersione della luce.
RIFERIMENTI: MS. Cap. X.1-X.2.1 MNV. 14.3 FM: Cap. 1 F. Cap. 2.6
Video mostrati a lezione: Video 1: click here! Video 2: click here!
Lezione 11- 25/03/2025
Cenni alle applicazioni della riflessione totale interna: riflettori e fibre ottiche. Relazioni di Fresnel per onde polarizzate nel piano di incidenza. Calcolo della riflettanza e trasmittanza. Angolo di Brewster. Incidenza normale.
RIFERIMENTI: MNV. 14.4 F. Cap. 2.6-2.10
Lezione 12 - 26/03/2025 (1 ora)
Sfasamento in riflessione totale interna. Relazioni di Fresnel per onde polarizzate linearmente nel piano ortogonale al piano d'incidenza. Relazioni di Fresnel per onde polarizzate in maniera arbitraria. Caso di polarizzazione lineare, circolare, ellittica, e caso di luce non polarizzata. Onda parzialmente polarizzata e grado di polarizzazione. Polarizzazione per riflessione.
RIFERIMENTI: MNV. 14.4 F. Cap. 2.6-2.10
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Lezione 13 - 31/03/2025
Rombo di Fresnel. Interferenza da molti fasci. Interferometro di Fabry-Perot. Funzionamento di un Fabry-Perot come etalon. Simmetria della figura di interferenza.
RIFERIMENTI: F. Cap. 2.10 - Cap. 4.1-4.4
Lezione 14 - 01/04/2025
Ulteriori dettagli sul funzionamento di un Fabry-Perot come etalon. Come utilizzare un interferometro di Fabry-Perot a scansione per fare spettroscopia. Potere risolutivo di un Fabry-Perot.
RIFERIMENTI: F. Cap. 4.1-4.4
Lezione 15 - 02/04/2025 (1 ora)
Introduzione alla seconda esperienza di laboratorio sul Fabry-Perot.
RIFERIMENTI: Scheda della seconda esperienza, click here
Lezione 16- 07/04/2025 (1 ora)
Interferenza da lamine di dielettrico sottili. Strati anti-riflettenti. Cenni alla teoria dei multistrati e matrici di transfer.
RIFERIMENTI: F. 4.4 (cenni) MNV. 15.6 (fino a pag. 606)
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Lezione 17 - 08/04/2025
Introduzione al fenomeno della diffrazione. Principio di Huygens-Fresnel. Leggi della riflessione/rifrazione dal principio di Huygens-Fresnel. Basi matematiche del principio di Huygens: Teorema integrale di Kirchoff.
RIFERIMENTI: MNV. 14.1, 14.2, 14.3
Lezione 18 - 09/04/2025 (1 Ora)
Basi matematiche del principio di Huygens: Teorema integrale di Kirchoff. Formula integrale di Kirchoff-Fresnel.
RIFERIMENTI: MNV. 14.1, 14.2, FM. Cap. 4.1-4.2, F. Cap. 5.1-5.2 - Vedere anche M. Born e E. Wolf, Principles of Optics, Cap. 8.3.1-8.3.2
Lezione 19 - 14/04/2025
Regime di diffrazione di Fraunhofer e Fresnel, curvatura del fronte d'onda. Calcolo della figura di diffrazione di Fraunhofer per una fenditura quadrata e lineare.
RIFERIMENTI: F. Cap. 5.3-5.4-4 (fino a pagina 117). Vedere anche M. Born e E. Wolf, Principles of Optics, Cap. 8.5.1
Lezione 20 - 15/04/2025
Diffrazione di Fraunhofer per due fenditure, confronto con esperimento di Young. Calcolo della figura di diffrazione di Fraunhofer per una fenditura circolare. Risoluzione, creiterio di Rayleigh, potere risolutivo di una lente,
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RIFERIMENTI: FM. Cap. 4.3.1. MNV. 16.4.
Lezione 21- 16/04/2025 (1 Ora)
Introduzione alla terza esperienza di laboratorio.
SCHEDA DELLA TERZA ESPERIENZA: click here!
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TEMPLATE TERZA RELAZIONE: click here
Lezione 22- 28/04/2025
Diffrazione di Fraunhofer per N fenditure. Reticolo di diffrazione. Come utilizzare un reticolo di diffrazione per fare spettroscopia. Potere risolutivo di un reticolo di diffrazione.
RIFERIMENTI: MNV. 16.5, 16.6, FM. Cap. 4.4.-4.5-4.5.1-4.5.2 - 4.6.4-4.6.5, F. Cap. 5.3-5.4 Vedere anche M. Born e E. Wolf, Principles of Optics, Cap. 8.5.2
Lezione 23 - 29/04/2025
Propagazione delle onde nella materia. Equazione generale delle onde, richiami. Equazione delle onde per dielettrici perfetti e isotropi. Calcolo della polarizzazione nel caso statico. Calcolo della polarizzazione. Indice di rifrazione immaginario, fenomeno della dispersione e dell'assorbimento.
RIFERIMENTI: F. Cap. 6.1-6.4 , MNV. 5.10, 13.9 .
Lezione 24 - 30/04/2025 (1 Ora)
Propagazione delle onde nei dielettrici. Discussione sulla velocità di gruppo. Introduzione alla birifrangenza.
RIFERIMENTI: F. Cap. 6.1-6.4 , MNV. 5.10, 13.9 .
Calcite: click here!
Lezione 25- 05/05/2025
Birifrangenza. Onda ordinaria e onda straordinaria. Spiegazione della birifrangenza con il metodo degli ellissoidi di rivoluzione di Huygens. Costruzione dei fronti d'onda rifrtatti. Tensore di suscettività. Conservazione dell'energia e proprietà di simmetria del tensore di suscettività. Assi principali del cristallo.
RIFERIMENTI: Eugene Hecht, Optics, Addison Wesley, San Francisco, Cap. 8.4.1-8.4.2. M. Born e E. Wolf, Principles of Optics, Cap. 15.1
Lezione 26 - 06/05/2025
Equazione di Fresnel (sia per n che per v). Soluzione per un cristallo monoassico. Calcolo degli angoli di rifrazione per l'onda ordinaria e straordinaria. Superficie dei k e direzione del campo elettrico e del vettore spostamento.
RIFERIMENTI: F. Cap. 6.7. M. Born e E. Wolf, Principles of Optics, Cap. 15.2
Lezione 27 - 07/05/2025 (1 Ora)
Ortogonalità dei vettori spostamento per l'onda ordinaria e straordinaria. Velocità di fase e velocità del raggio. Direzione del vettore di Poynting, Superfici dei k (o S), superfici della velocità di fase e del raggio.
Slide presentate a lezione: click here
RIFERIMENTI: F.M Cap. 6.7
Lezione 28- 12/05/2025
Costruzione delle superfici dei k (o S). Applicazioni della birifrangenza: Prismi polarizzatori, Lamine di ritardo. Lamine di ritardo a mezz'onda e a quarto d'onda. Formalismo di Jones per la polarizzazione. Matrici di Jones.
RIFERIMENTI: F.M Cap. 6.7-6.8
Lezione 29 - 13/05/2025
Matrici di Jones per lamine di ritardo ad angolo arbitrario. Parametri di Stokes: Definizione operativa e legame con l'ellisse di polarizzazione. Sfera di Poincarè. Luce non polarizzata.
RIFERIMENTI: F.M Cap. 5.4 Eugene Hecht, Optics, Addison Wesley, San Francisco, Cap. 8.13.
Lezione 30 - 14/05/2025 (1 Ora)
Luce parzialmente polarizzata. Introduzione alla quarta esperienza di laboratorio.
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SCHEDA DELLA QUARTA ESPERIENZA (STOKES), Click here
Lezione 31- 19/05/2025
Propagazione delle onde nei metalli. Indice di rifrazione complesso, pulsazione di plasma. Limiti ad alta e bassa frequenza. Riflettività per dielettrici e metalli. Discussione nel caso di incidenza normale.
RIFERIMENTI: F. Cap. 6.5-6.7 , MNV. 13.9-13.10 (fino a pag, 528).
Lezione 32- 26/05/2025
Approssimazione dell’Ottica geometrica. Definizioni generali e convenzioni. Specchi sferici. Equazione dello specchio. Costruzione delle immagini.
RIFERIMENTI: MS. Cap. XI.1-3
Lezione 33- 27/05/2025
Diottro e costruzione delle immagini. Diottro composto (lenti spesse e sottili) e costruzioni delle immagini .
RIFERIMENTI: MS. Cap. XI.4 Cap. XI.6,
Lezione 34- 28/05/2025 (1 ora)
Funzionamento dell’occhio. Cenni al funzionamento di diversi dispositivi ottici: lente d'ingrandimento, Telescopio di Keplero. Microcscopio.
RIFERIMENTI: MS. Cap. XI.7, MNV. 17.8