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Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2019/2020
Scuola Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
Insegnamento 097503 - INTERAZIONE LUCE-MATERIA
Docente Torricelli Alessandro
Cfu 5.00 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*AZZZZ097503 - INTERAZIONE LUCE-MATERIA
Ing Ind - Inf (Mag.)(ord. 270) - MI (471) BIOMEDICAL ENGINEERING - INGEGNERIA BIOMEDICA*AZZZZ097503 - INTERAZIONE LUCE-MATERIA

Obiettivi dell'insegnamento

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.

L'insegnamento è 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”).


Risultati di apprendimento attesi

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

Autonomia di giudizio: Lo studente sarà in grado di distinguere in modo critico la complessità dell'interazione tra luce e materia avendo acquisito l'abilità di riconoscere e analizzare i fenomeni di assorbimento, diffusione da particelle e da fluttuazioni, diffusione singola e multipla, fluorescenza e fosforescenza, effetti fotochimici fototermici e fotomeccanici.

Capacità di apprendimento: Le competenze acquisite permetteranno allo studente di comprendere in modo autonomo le recenti e diverse applicazioni dei fenomeni di interazione tra luce e materia in Biomedicina e Nanotecnologie.


Argomenti trattati

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.


Prerequisiti

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”.


Modalità di valutazione

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) nella quale si intende verificare il livello di conoscenza e comprensione dei diversi fenomeni e meccanismi di interazione tra luce e materia.

Il docente si riserva la possibilità di integrare il voto con una prova orale per accertare o confermare l'autonomia di giudizio raggiunta dallo studente.

 

 


Bibliografia
Risorsa bibliografica facoltativaDispense a cura del docente https:\\beep.metid.polimi.it
Risorsa bibliografica facoltativaCraig F. Bohren, Donald R. Huffman, Absorption and Scattering of Light by Small Particles, Editore: John Wiley & Sons, Anno edizione: 2008, ISBN: 9783527618163
Risorsa bibliografica facoltativaMartelli-Del Bianco-Ismaelli-Zaccanti, Light Propagation Through Biological Tissue and Other Diffusive Media: Theory, Solutions, and Software, Editore: SPIE Press, Anno edizione: 2010, ISBN: 9780819476586
Risorsa bibliografica facoltativaJoseph R. Lakowicz, Principles of Fluorescence Spectroscopy, Editore: Springer Science & Business Media, Anno edizione: 2007, ISBN: 9780387463124
Risorsa bibliografica facoltativaMarkolf H. Niemz, Laser-Tissue Interactions, Editore: Springer-Verlag, Anno edizione: 2007, ISBN: 3540405534

Forme didattiche
Tipo Forma Didattica Ore di attività svolte in aula
(hh:mm)
Ore di studio autonome
(hh:mm)
Lezione
30:00
45:00
Esercitazione
20:00
30:00
Laboratorio Informatico
0:00
0:00
Laboratorio Sperimentale
0:00
0:00
Laboratorio Di Progetto
0:00
0:00
Totale 50:00 75:00

Informazioni in lingua inglese a supporto dell'internazionalizzazione
Insegnamento erogato in lingua Italiano
Disponibilità di materiale didattico/slides in lingua inglese
Disponibilità di libri di testo/bibliografia in lingua inglese
Possibilità di sostenere l'esame in lingua inglese
Disponibilità di supporto didattico in lingua inglese
schedaincarico v. 1.6.5 / 1.6.5
Area Servizi ICT
25/11/2020