La prima parte del corso "Tecnologie Ottiche" ha lo scopo di fornire conoscenze approfondite in alcuni settori dell'ottica, quali l'interferometria e la propagazione in guida, che hanno particolare rilevanza anche dal punto di vista tecnologico ed applicativo. La seconda parte del corso "Ottica Fisica" si pone come obiettivo di introdurre lo studente ad un approfondimento dell'ottica geometrica e dell'ottica diffrattiva. Successivamente verrà studiata l'interazione tra le onde elettromagnetiche ad elevata intensità e la materia e i conseguenti effetti ottici non-lineari. Il corso è integrato da laboratori sperimentali al fine di acquisire un riscontro oggettivo dei temi trattati a lezione.

I risultati di apprendimento attesi riguardano i seguenti tre indicatori:

1. Conoscenza e comprensione

Lo studente approfondirà i principi e gli strumenti di base attraverso un un percorso che parte dalle leggi della fisica classica e moderna e mostra la loro rilevanza nelle tecnologie con particolare riguardo alle applicazioni dell’ottica

2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Lo studente sarà in grado di comprendere le relazioni tra le diverse discipline scientifiche in modo da avvalersene nello studio dei fenomeni e nello sviluppo di nuovi dispositivi e sistemi nel campo dell'ottica. Lo studente sarà in grado di comprendere l’importanza della cultura scientifica nei processi di innovazione che riguardano le moderne tecnologie. 

5. Capacità di apprendimento

Lo studente avrà sviluppato quelle capacità di apprendimento necessarie per intraprendere studi successivi con un alto grado di autonomia. Inoltre i contenuti del corso permetteranno allo studente di raggiungere una visione organica della materia. I contenuti saranno propedeutici ai corsi avanzati presenti nella Laurea Magistrale del corso di Studi in Ingegneria Fisica. 

I risultati dell'apprendimento verranno conseguiti attraverso differenti modalità didattiche quali lezioni frontali, esercitazioni e alcune esperienze di laboratorio e saranno verificati mediante prove scritte con un eventuale colloquio orale. 

Programma delle lezioni e delle esercitazioni per la parte di Tecnologie Ottiche

RICHIAMI SULLE ONDE: Riflessione e rifrazione delle onde e.m (condizioni al contorno). Coefficienti di riflessione e trasmissione (ampiezza e fase) e loro interrelazione. Considerazioni energetiche per onde riflesse e trasmesse.

INTERFEROMETRIA: Analisi con il metodo della matrice di trasferimento delle proprietà dei multistrati dielettrici in riflessione e trasmissione. Progettazione di strati antiriflesso, specchi ad alta riflettività e filtri ottici.

INTERFEROMETRI:  L'interferometro di Fabry-Perot come filtro in frequenza e come analizzatore di spettro, applicazioni. Interferometri di Michelson e Mach Zender, applicazioni. Misura della coerenza temporale della radiazione e.m..

GUIDE D'ONDA OTTICHE: Analisi dei modi di guide ottiche planari metalliche e dielettriche. Guide con confinamento bidimensionale (a canale). Trasferimento di potenza tra guide e accoppiatore direzionale. Modi nelle fibre ottiche: fibre monomodali e multimodali. Attenuazione e dispersione nelle fibre ottiche.

Programma delle lezioni e delle esercitazioni per la parte di Ottica Fisica

OTTICA GEOMETRICA: Concetto di raggio. Principio di Fermat. Matrici ABCD di elementi ottici. Punti cardinali di un sistema ottico. Formazione di immagini e aberrazioni (cenni)

OTTICA DIFFRATTIVA:  Teoria scalare della diffrazione e spettro delle onde piane. Approssimazioni di Fresnel e Fraunhofer. Concetto di trasformata di Fourier di una lente e filtraggio spaziale. Risposta impulsiva di una lente e di un sistema ottico. Olografia (cenni).

OTTICA NON LINEARE: Interazione radiazione-materia in regime non-lineare: introduzione del modello di oscillatore anarmonico e del metodo di risoluzione per approssimazioni successive. Calcolo e proprietà della suscettività non lineare del secondo ordine. Propagazione delle onde in mezzi non lineari e problema del "phase matching". Effetti non lineari del secondo ordine: (i) generazione di seconda armonica (ii) effetti parametrici; (iii) generazione di frequenza somma; (iv) effetto elettro-ottico, modulatori di ampiezza e di fase. Calcolo della suscettività non lineare del terzo ordine. Effetti ottici non lineari del terzo ordine: (i) generazione di terza armonica; (ii) effetto Kerr.

Attività di laboratorio:  Il corso prevede due esercitazioni di laboratorio sperimentale su temi riguardanti: (i) l'ottica diffrattiva (trasformata di Fourier e filtraggio spaziale) e olografia; (ii) ottica non lineare (generazione di seconda armonica).

Sono richieste le conoscenze di base di elettromagnetismo, oltre alle conoscenze di base dell'analisi matematica.

La prova d’esame consiste in una prova scritta eventualmente integrata da una prova orale. La prova scritta comprende la risoluzione di problemi numerici e domande di carattere teorico a risposta aperta sugli argomenti del corso.