Università degli studi dell'Insubria

LABORATORIO DI FISICA V

A.A. di erogazione 2016/2017

Laurea triennale in Fisica
 (A.A. 2014/2015)

Docenti

Anno di corso: 
3
Tipologia di insegnamento: 
Caratterizzante
Settore disciplinare: 
FISICA DELLA MATERIA (FIS/03)
Crediti: 
6
Ciclo: 
Primo Semestre
Ore di attivita' frontale: 
66
Dettaglio ore: 
Lezione (66 ore)

In questo laboratorio, verranno realizzati esperimenti di ottica lineare e statistica che illustrano alcune delle principali proprietà classiche della luce, quali la sua coerenza spazio-temporale, le sue proprietà statistiche in presenza di sistemi stocastici, e la sua capacità di realizzare analisi di Fourier. Tali proprietà sono alla base di numerose tecniche ottiche che trovano applicazione nel campo dell’interferometria, metrologia, formazione di immagine e velocimetria.

Familiarita' con metodologie di analisi dati e con i principi dell'ottica ondulatoria.

Il corso prevede una prima fase nella quale verrà tenuta una serie di lezioni tese ad introdurre gli studenti alle tematiche relative agli esperimenti da eseguire e alla strumentazione da usare. Nella seconda fase, gli studenti verranno divisi in gruppi di 2‑3 unità e ciascun gruppo eseguirà, a partire dalla realizzazione del setup ottico, uno degli esperimenti sotto riportati:

Interferometria PDI.

L'uso di un interferometro di tipo "Point Diffraction Interferometer" (PDI) permette la facile visualizzazione di aberrazioni presenti nel fronte d'onda di un fascio laser. Nel corso del laboratorio verra utilizzato un interferometro PDI per caratterizzare la distribuzione dei modi trasversi presenti in un fascio laser e di misurare l'anomalia di fase di un fascio gaussiano TEM00.

Coerenza spaziale

Le proprietà di coerenza spaziale di una radiazione determinano la sua capacità di dare luogo a frange di interferenza quando vengono sovrapposti porzioni diverse del suo fronte d'onda. Tale proprietà è basilare in tutte le tecniche di interferometria ottica. In laboratorio verrà utilizzata una radiazione laser e un vetro smerigliato per simulare una radiazione pseudo-termica con diverse caratteristiche di coerenza spaziale e verrà mostrato come sia possibile misurare le dimensioni dell’area di coerenza utilizzando un interferometro di Young.

Speckle 3D

Quando un fascio laser incide su una superficie otticamente ruvida come quella di un vetro smerigliato, il fronte d’onda del fascio viene modulato in modo stocastico e la sua propagazione nello spazio diviene irregolare. La distribuzione d’intensità osservata ad una certa distanza dal vetro ha un aspetto profondamente maculato, nel quale si alternano in modo altamente disordinato macchie chiare (luce) e scure (buio) note con il nome di speckle. Studiando le proprietà statistiche delle speckle in 3D è possibile caratterizzare la rugosità della superficie e definire il volume di coerenza spaziale del campo speckle.

Velocimetria speckle

Sotto opportune condizioni, le speckle prodotte da un sistema di particelle in moto si muovono solidalmente con le particelle. Di conseguenza, attraverso la misura della cross-correlazione di due campi speckle acquisiti ad una assegnata distanza temporale, è possibile risalire alla mappatura 2D del capo di velocità delle particelle. Tale tecnica verrà applicata in laboratorio per misurare il profilo di velocità (laminare) di un fluido all’interno di un condotto e per caratterizzare la velocità di sedimentazione di particelle colloidali.

Moto Browniano

Una particella colloidale dispersa in un fluido è soggetta ad un moto di agitazione termica noto con il nome di moto Browniano. Lo spostamento quadratico medio della particella dipende dal suo coefficiente di diffusione traslazione, che, a sua volta attraverso la relazione di Stokes‑Einstein, dipende dal raggio della particella. Utilizzando un semplice microscopio ottico interfacciato ad una telecamera veloce è possibile visualizzare e tracciare il moto della particella, misurarne il suo spostamento quadratico medio, e determinare di conseguenza il suo raggio.

Estinzione a piu' lunghezze d'onda.

La tecnica di estinzione spettrale permette di studiare campioni con dimensioni comparabili con la lunghezza d'onda della radiazione visibile. Nel corso del laboratorio si utilizzerà uno spettrofotometro miniaturizzato a fibra ottica per l'analisi granulometrica di particelle di diametro noto e per lo studio di processi di aggregazione colloidale.

Note e materiale messo a disposizione dal docente

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A.A. 2017/2018

Anno di corso: 3
Curriculum: PERCORSO COMUNE

A.A. 2016/2017

Anno di corso: 3
Curriculum: PERCORSO COMUNE

A.A. 2015/2016

Anno di corso: 3
Curriculum: PERCORSO COMUNE

A.A. 2013/2014

Anno di corso: 3
Curriculum: PERCORSO COMUNE