Il corso ha l'obiettivo di fornire le basi dell’ottica contemporanea ed è propedeutico per intraprendere ulteriori approfondimenti nei campi del trattamento e della trasmissione dell’informazione mediante segnali ottici. Dopo aver introdotto gli elementi teorici fondamentali per lo studio della polarizzazione della luce, dell'interferenza, della teoria della diffrazione e dell’ottica di Fourier, saranno analizzati i sistemi ottici per la formazione ed il filtraggio delle immagini. Verranno anche mostrati esempi di sistemi di acquisizione e riproduzione delle immagini, ed inoltre applicazioni pratiche dell’uso dell’ottica nell’elaborazione dei segnali, nelle comunicazioni e nella sensoristica.

Conoscenza e comprensione (Descrittore di Dublino 1) Lo studente conosce i principi fondamentali della polarizzazione della luce, dell'interferenza, della diffrazione e dell'ottica di Fourier. Tali conoscenze gli permettono di comprendere il funzionamento di sistemi per la trasformazione della polarizzazione, degli interferometri, dei sistemi di formazione dell'immagine e dei sistemi basati sull'ottica di Fourier.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione (Descrittore di Dublino 2) Lo studente, grazie anche agli specifici esempi applicativi visti nelle lezioni ed esercitazioni, è in grado di dimensionare i parametri fondamentali di:

- elementi ottici per ottenere prefissate trasformazioni di polarizzazione;

- semplici sistemi interferometrici e diffrattivi;

- semplici sistemi di formazione e filtraggio delle immagini.

Capacità di apprendimento (Descrittore di Dublino 5) Lo studente acquisisce gli strumenti metodologici per poter analizzare e studiare sistemi ottici di maggiore complessità rispetto a quelli esemplificati durante le lezioni/esercitazioni.

1. Polarizzazione della luce, proprietà di coerenza e interferenza. Vettori di Jones per la rappresentazione dello stato di polarizzazione. Matrici di Jones per lamine birifrangenti, rotatori di polarizzazione e polarizzatori. Definizione di coerenza per un fascio di luce. Luce laser e luce termica. Interferometri di Michelson e di Mach-Zehnder. Esempi di sensori basati su interferometria ottica.

2. Ottica di Fourier. Analisi di sistemi bidimensionali per il trattamento ottico delle informazioni. La diffrazione della luce. L’integrale di Huygens e l’approssimazione di Fresnel. Il concetto di frequenza spaziale. L’approssimazione di Fraunhofer. Diffrazione da aperture singolari. Diffrazione da reticoli.

3. Lenti, sistemi ottici e immagini. Azione delle lenti. Le lente come filtro di fase e la formazione delle immagini. Magnificazione, criterio di Rayleigh e limite di risoluzione. Analisi in frequenza dei sistemi ottici. Obiettivi e loro caratterizzazione. Fotografia e sistemi di acquisizione e riproduzione delle immagini. Sistemi per l’elaborazione ottica dell’informazione. Tecniche di filtraggio spaziale. Riconoscimento di caratteri.

4. Propagazione della luce e applicazioni nelle comunicazioni. Propagazione di fasci gaussiani in spazio libero. Propagazione guidata in fibra ottica. Accoppiamento tra spazio libero e fibra ottica. Applicazioni nelle comunicazioni ottiche wireless e in fibra.

Conoscenze matematiche di base relative a algebra delle matrici e dei vettori, calcolo e operatori differenziali, trasformata di Fourier.         

L'esame consiste in una prova scritta, con esercizi e domande aperte che copriranno tutti gli argomenti trattati nel corso. Durante la prova sarà possibile consultare esclusivamente un formulario messo a disposizione dal docente.

Più in dettaglio, la prova scritta d'esame consiste in:

- esercizi da risolvere numericamente, che permettono di valutare risultati di apprendimento associati ai Descrittori di Dublino 1 e 2;

- domande di carattere teorico a risposta aperta, che permettono di valutare risultati di apprendimento associati ai Descrittori di Dublino 1, 2 e 5.

Si suggerisce di seguire le lezioni e le esercitazioni per un'ottimale comprensione degli argomenti.