L'insegnamento "Interazione luce materia"  ha l’obiettivo di insegnare allo studente i concetti di base dell’interazione tra luce e materia nell’ambito dell’elettromagnetismo classico e dell’ottica lineare.

Lo studente acquisisce gli strumenti teorici e applicativi per comprendere i concetti alla base dei fenomeni di interazione tra luce e materia.

In particolare lo studente comprende e distingue i fenomeni di

- assorbimento

- diffusione da particelle e da fluttuazioni

- diffusione singola e multipla

- fluorescenza e fosforescenza

L'insegnamento può essere propedeutico ad alcuni insegnamenti della Laurea Magistrale (es. “Nanoscopy and Optical Tomography”/”Biophotonics”, “Physics of ultra fast processes”, “Micro and Nano Optics”, “Physics of photovoltaic processes”).

Nel'insegnamento vengono illustrati i principali fenomeni fisici legati all’interazione luce-materia. Nella prima parte si considerano i fenomeni che sono utilizzati per caratterizzazione e diagnostica dei materiali (es. assorbimento, diffusione, fluorescenza), mentre nella seconda parte vengono mostrati i fenomeni di interazione che possono comportare modifiche irreversibili nei materiali per effetti fotochimici, fototermici e fotoablativi. Si pone inoltre risalto sulle applicazioni in diversi campi quali Biomedicina e Nanotecnologie. L’approccio adottato è quello dell’elettromagnetismo classico e dell’ottica lineare in cui verrà considerato l’intervallo dello spettro elettromagnetico dall’ultravioletto all’infrarosso caratteristico dell’emissione delle sorgenti laser. La trattazione classica dei fenomeni considerati consente di fornire soluzioni accurate per gran parte delle applicazioni di interesse pratico.

Parte I

Introduzione ai fenomeni di diffusione e assorbimento. Assorbimento e dispersione nei dielettrici. Legge di Beer-Lambert, attenuazione e densità ottica. Diffusione e assorbimento da singola particella dielettrica: teoria di Mie e Rayleigh. Collezioni di particelle in approssimazione di diffusione singola. Teoria del trasporto radiativo per diffusione multipla. Approssimazione di regime diffusivo. Diffusione da fluttuazioni termodinamiche. Strumentazione per misure di assorbimento e diffusione.

Parte II

Introduzione ai fenomeni di luminescenza e fotoluminescenza. Diagrammi di Perrin-Jablonski. Caratteristiche dell’emissione di fluorescenza: Stokes shift, spettri di emissione, tempo di vita ed efficienza. Spettroscopia di fluorescenza: misure di spettri, misure di tempo di vita risolte nel tempo o in frequenza. Strumentazione per spettroscopia di fluorescenza. Effetto del solvente, della temperatura e dell’ambiente, quenching, anisotropia.

Parte III

Effetti fotochimici, fototermici, e fotoablativi. Densità di potenza e tempo di esposizione. Applicazioni in biologia e nanotecnologie.

È richiesta la conoscenza dei concetti di base dell’elettromagnetismo e dell’ottica. Alcune parti dell'insegnamento richiedono la conoscenza del calcolo differenziale (operatori vettoriali, equazioni a derivate parziali). Si consiglia quindi di sostenere l’esame dopo il superamento di “Fisica Sperimentale I”, “Fisica Sperimentale II”, “Analisi Matematica I e Geometria”, “Analisi Matematica II”, e “Analisi Matematica III”.

Per la verifica dell'apprendimento sono previsti 5 appelli di cui 1 al termine dell'insegnamento (es. Maggio) e 4 nel corso dell'anno accademico (es. Giugno, Luglio, Settembre, Gennaio).

La prova d’esame consiste in una prova scritta (es. durata 2 ore, 6 quesiti di cui 1 facoltativo).

Il docente si riserva la possibilità di integrare il voto con una prova orale.