Programma di Fisica III

Anno Accademico 2005-2006

Prof. Raffaello Girlanda

 

1° Anno. 1° Semestre

 

CFU 6  (36 ore di Lezione e 24 ore di Esercitazioni)

 

Unitą didattica N.1 (8 ore di Lezione e 6 ore di Esercitazioni)

Richiami di ottica geometrica: riflessione, rifrazione, riflessione totale. Principio di Fermat: cammino ottico. Prismi. Dispersione.

Raggi di luce in guide d’onda: ottica dei raggi nelle guide d’onda, fibre “step-index”, apertura numerica di una fibra ottica, velocitą di propagazione, fibre “gradient-index”. Lenti e specchi curvi.

Ottica matriciale: approssimazione parassiale, matrici ABCD, lenti in aria, sistemi di lenti, sistemi periodici di lenti, matrici ABCD per guide d’onda.

 

Unitą didattica N.2 (9 ore di Lezione e 6 ore di Esercitazioni)

Ottica ondulatoria e di Maxwell. Radiazione elettromagnetica: campi statici, mezzi dielettrici, campi dinamici, equazioni di Maxwell vs l’ottica, equazione di continuitą e principio di sovrapposizione, equazione delle onde elettromagnetiche, energia e momento.

Tipi di onde: onde piane, onde sferiche, onde dipolari.

Fasci Gaussiani: modo principale o modo TEM00 , la regola ABCD per i modi Gaussiani, focalizzazione con una lente sottile.

Polarizzazione. Stati di polarizzazione della luce. Polarizzazione lineare e polarizzazione circolare. Rappresentazione complessa. Rappresentazione con i vettori di Jones. Luce parzialmente polarizzata e luce non polarizzata. Parametri di Stokes. Rappresentazione di Poincaré di uno stato di polarizzazione di un’onda monocromatica.

 

Unitą didattica N.3 (10 ore di Lezione e 4 ore di Esercitazioni)

Riflessione e rifrazione di onde piane:Legge di Snell e formule di Fresnel; riflessione e trasmissione di onde s (onde TE); riflessione e trasmissione di onde p (onde TM); riflettanza e trasmittanza; incidenza normale; principio di reversibilitą; riflessione interna totale; onde evanescenti; shift di Goos-Hanchen. Polarizzazione per riflessione, angolo di Brewster. Riflettanza alla superficie di un mezzo assorbente.

Guide d’onda planari a specchi piani: modi, costanti di propagazione, distribuzione del campo, numero di modi, velocitą di gruppo,  modi TM, campi multimodo. Guide d’onda planari dielettriche: modi, numero di modi, distribuzione dei campi esterno ed interno, velocitą di gruppo.

Guide d’onda bidimensionali: rettangolari a specchi piani, rettangolari dielettriche, geometrie strip, embedded strip, rib, strip-loaded.

Accoppiamento ottico nelle guide d’onda: accoppiamento in ingresso (eccitazione del modo,  accoppiatori in ingresso, accoppiatore a prisma. Accoppiamento tra guide d’onda.

Guide d’onda e fibre: fibre “step-index”, fibre a singolo modo, fibre “graded-index”, apertura numerica, onde guidate e loro distribuzione spaziale, funzioni di Bessel, parametro V, equazione caratteristica, numero di modi, cutoff e numero di modi, fibre a grande V (numero di modi, costanti di propagazione, velocitą di gruppo),  fibre a singolo modo.

 

Unitą didattica N.4 (2 ore di Lezione e 3 ore di Esercitazioni)

Risonatori ottici: a specchi piani e paralleli, l’etalon Fabry-Perot, modi nei risonatori, il risonatore come analizzatore di spettro, risonatori a due e tre dimensioni; risonatori a specchi sferici, confinamento dei raggi, modi Gaussiani, frequenze di risonanza.


 

Unitą didattica N.5 (4 ore di Lezione e 3 ora di Esercitazioni)

Coerenza ed ottica statistica: proprietą statistiche della luce “random”, intensitą ottica, coerenza temporale, tempo di coerenza e spettro, coerenza spaziale; coerenza temporale ed interferenza; coerenza spaziale ed interferenza.

 

Unitą didattica N.6 (3 ore di Lezione e 2 ore di Esercitazioni)

Film ottici sottili: film a singolo strato, film multistrato.

Formulazione matriciale per mezzi periodici multistrato: formulazione con  matrici 2x2, trasmittanza e riflettanza.

Riflettori di Bragg. Tunneling risonante.

 

 

Testi consigliati:

 

Dieter Meschede, “Optics, Light and Lasers”, Wiley-VCH, 2004

ISBN 3-527-40364-7

Unitą didattiche 1-2

 

Bahaa E. A. Saleh, Malvin Carl Teich, “Fundamentals of Photonics”, John Wiley & Sons, INC 1991

ISBN 0-471-83965-5

Unitą didattiche 2, 3, 4, 5

 

Pochi Yeh, “Optical Waves in Layered Media”, John Wiley & Sons, 1988

ISBN 0-471-82866-1

Unitą didattica 2, 3, 6

 

Prove di verifica:

Š          in itinere (orale o quiz a risposta multipla)

Š          finale (orale).