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Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2014/2015
Scuola Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
Insegnamento 083564 - PRINCIPI E APPLICAZIONI DEI LASER
Docente Longhi Stefano
Cfu 10.00 Tipo insegnamento Monodisciplinare

Corso di Studi Codice Piano di Studio preventivamente approvato Da (compreso) A (escluso) Insegnamento
Ing Ind - Inf (1 liv.)(ord. 270) - MI (366) INGEGNERIA FISICA* AZZZZ061392 - PRINCIPI DEI LASER
083564 - PRINCIPI E APPLICAZIONI DEI LASER
Ing Ind - Inf (Mag.)(ord. 270) - BV (478) NUCLEAR ENGINEERING - INGEGNERIA NUCLEARE* AZZZZ061383 - APPLICAZIONI DEI LASER
Ing Ind - Inf (Mag.)(ord. 270) - MI (424) INGEGNERIA NUCLEARE* AZZZZ083564 - PRINCIPI E APPLICAZIONI DEI LASER

Programma dettagliato e risultati di apprendimento attesi

 

Obiettivi

Lo scopo del corso è di fornire una conoscenza sui fondamenti dei principi fisici di funzionamento, delle modalità di operazione e delle applicazioni dei laser.

 

Programma delle lezioni e delle esercitazioni

Prima parte: Principi dei Laser

1. Concetti Introduttivi. Processi fondamentali di interazione radiazione-materia, principio di funzionamento del laser. Inversione di popolazione. Proprietà del fascio laser.

2. Richiami di meccanica quantistica. Teoria delle perturbazioni dipendenti dal tempo. Corpo nero. Elementi di interazione radiazione-materia. Emissione spontanea, processi di decadimento non radiativo. Emissione ed assorbimento stimolati, transizioni ottiche permesse. Oscillazioni di Rabi. Cross section, righe di assorbimento e di guadagno. Cause di allargamento di riga. Saturazione.

3. Richiami di elettromagnetismo e ottica. Elementi di ottica diffrattiva parassiale, matrici ABCD, integrale di Huygens-Fresnel, fasci Gaussiani e loro proprietà. Risonatori ottici, modi dei risonatori. Forma canonica. Interferometro di Fabry-Perot. Perdite nei risonatori e tempo di vita dei fotoni in cavità. Condizione di stabilità, risonatori a specchi sferici. Esercizi sui fasci Gaussiani e sui risonatori ottici.

4. Comportamento in onda continua del laser. Equazioni di bilancio (rate equations), condizione di soglia, potenza di uscita ed efficienza di un laser. Stabilità e oscillazioni di rilassamento. Laser tuning. Cause di oscillazione multimodale e tecniche di selezione di singolo modo. Esercizi sul comportamento continuo del laser.

Seconda parte: Applicazioni dei Laser

5. Comportamento dinamico del laser. Dinamica del processo di Q-switching. Teoria del Q-switching attivo. Metodi di Q-switching. Il regime di mode-locking: analisi nel dominio delle frequenze e del tempo. Metodi di mode-locking: metodi attivi e passivi. Teoria del  mode-locking di ampiezza, Kerr lens mode-locking.

6. Aspetti generali sui laser a stato solido. Pompaggio ottico. Laser a Neodimio e a Titanio in zaffiro. Applicazioni dei laser a stato solido.

7. Laser a semiconduttore.  Richiami sull’analisi a bande nei semiconduttori. Livelli e quasi-livelli di Fermi. Condizione di trasparenza. Laser ad omogiunzione ed a doppia eterogiunzione. Struttura e prestazioni dei laser a semiconduttore. Cenni sui laser di tipo DFB e DBR.  Applicazioni dei laser a semiconduttore.

8. Aspetti generali sui laser a gas. Laser ad He-Ne. Livelli energetici e transizioni ottiche nelle molecole. Laser ad anidride carbonica. Laser ad eccimeri.

9. Proprieta' della luce laser. Monocromaticita', coerenza spaziale e temporale, direzionalita', brillanza. Analisi comparativa delle proprietà  fra luce convenzionale (luce termica) e luce laser.

 

Le esercitazioni prevedono lo svolgimento di problemi inerenti ai fasci Gaussiani, ai risonatori ottici, al comportamento in onda continua e transiente del laser.  


Prerequisiti

Il corso presuppone le conoscenze fondamentali di fisica generale, in particolare dell’elettromagnetismo e dell’ottica, e dell’analisi matematica. E’ vivamente consigliata una conoscenza dei fondamenti della meccanica quanstistica e della fisica atomica.


Note Sulla Modalità di valutazione

 

L'esame consiste in una prova scritta comprendente quesiti inerenti argomenti di teoria e di esercitazioni. A seguito della valutazione della prova scritto lo studente può richiedere di sostenere una prova orale. L'insieme della prova scritta e della eventuale prova orale contribuisce alla formulazione della valutazione finale.


Bibliografia

Mix Forme Didattiche
Tipo Forma Didattica Ore didattiche
lezione
70.0
esercitazione
20.0
laboratorio informatico
0.0
laboratorio sperimentale
4.0
progetto
0.0
laboratorio di progetto
0.0

Informazioni in lingua inglese a supporto dell'internazionalizzazione
Insegnamento erogato in lingua Italiano
Disponibilità di libri di testo/bibliografia in lingua inglese
Possibilità di sostenere l'esame in lingua inglese

Note Docente
schedaincarico v. 1.6.5 / 1.6.5
Area Servizi ICT
25/11/2020