ITALIANO

-Propagazione elettromagnetica nel vuoto e in materiali isotropi ed omogenei;
-Polarizzazione della luce;
-Propagazione elettromagnetica in cristalli anisotropi;
-Modello di Lorenz-Lorentz per la suscettività elettrica
-Plasmonica;
-Matrici ABCD ed ottica gaussiana;
-Cavità risonanti;
-Interazione radiazione-materia;
-Laser a tre e a quattro livelli;
-sistemi Laser a gas e a stato solido

Max Born & Emil Wolf, Principles of Optics, Cambridge University Press
Ammon Yariv, Quantum Electronics, Wiley
Orazio Svelto, Principles of Lasers, Springer
Mark Fox, Optical Properties of Solids, Oxford University Press

- Conoscenza e capacità di comprensione
L’insegnamento ha lo scopo di fornire agli studenti i fondamenti dell’Ottica e dell’Opto-elettronica, per arrivare ad una conoscenza di base dei principali meccanismi che regolano l’interazione tra la radiazione elettromagnetica e la materia. Il corso presuppone la conoscenza degli argomenti di Ottica Geometrica e Ondulatoria trattati nel corso di Fisica Generale II.

- Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
lo studente dovrà conoscere approfonditamente proprietà e formalismo dei campi elettromagnetici, e aver sviluppato le capacità necessarie per l’applicazione di tali concetti alla risoluzione di problemi relativi ai sistemi fotonici.

Elettromagnetismo e Ottica

Il corso è articolato in 40 ore di lezione frontali e 12 ore di esercitazioni, il tutto svolto in aula.
La frequenza non è obbligatoria, ma fortemente suggerita

Esame orale

Programma:
1. Il campo elettromagnetico
Richiami delle equazioni di Maxwell, vettore di Poynting, onde elettromagnetiche piane, onde sferiche, onde armoniche. Velocità di fase, pacchetto d’onda e velocità di gruppo.

2. Polarizzazione della luce
Onda elettromagnetica piana vettoriale, polarizzazione ellittica, lineare e circolare. Caratterizzazione dello stato di polarizzazione con i parametri di Stokes.

3. Propagazione nei materiali
Formula di Lorentz-Lorenz e teoria elementare della dispersione; Propagazione in mezzi anisotropi; Ottica dei metalli; Plasmonica: plasmoni di di volume, plasmoni di superficie.

4. Matrici ABCD e ottica parassiale
Ottica geometrica parassiale, la propagazione di raggio ottici in mezzi con indice di rifrazione quadratica; Equazione delle onde in approssimazione parassiale. Il modo fondamentale di Gauss, modi di ordine superiore di Hermite-Gauss. Fasci gaussiani in mezzi con indice di rifrazione quadratica.

5. Cavità risonanti
Introduzione ai risonatori ottici; risonatori con specchi sferici; criteri e soluzioni per le condizioni di stabilità del risonatore. Modi e frequenze di risonanza. Perdite in un risonatore ottico.

6. Il Laser
Principio di funzionamento. Caratteristiche dell’emissione laser. Mezzo attivo e inversione di popolazione. Guadagno di soglia. Metodi e schemi di pompaggio. Classificazione dei Laser. Esempi di laser a gas e a stato solido.

Italian

-Electromagnetic propagation in vacuum and in homogeneous and isotropic materials;
-Polarization of Light:;
-Propagation of electromagnetic waves in anisotropic crystals;
-Model of Lorentz-Lorenz and elementary theory of dispersion;
-Plasmonics;
-ABCD optical matrix and gaussian optic;
-Optical resonators;
-Interaction radiation-matter;
-Three and four level laser;
-Laser systems with gases and solid state laser;

Max Born & Emil Wolf, Principles of Optics, Cambridge University Press
Ammon Yariv, Quantum Electronics, Wiley
Orazio Svelto, Principles of Lasers, Springer
Mark Fox, Optical Properties of Solids, Oxford University Press

-Knowledge and understanding:
The objective of the course is to provide students the fundamental knowledge about the optics ad the opto-electronics, in order to manage the principal mechanism that rules the radiation-matter interaction. The course assumes the knowledge of geometrical and physical optic treats in the course of Electromagnetics and optics and its complement.

-Applying knowledge and understanding:

Electromagnetism and Optics

The course is divided into 40 hours of lectures and 12 hours of exercitations in the classroom.
Attendance is not mandatory, but strongly suggested.

Oral examination

Programma:
1. Basic properties of the electromagnetic field
Maxwell's equation, Poynting vector, electromagnetic plane waves, spherical waves, harmonic waves. Phase velocity, wave packets and the group velocity.

2. Polarization of light
The general electromagnetic plane wave, the harmonic electromagnetic plane wave, elliptic polarization, linear e circular polarization. Characterization of the state of polarization by Stokes parameters.

3. Propagation of light in a optical medium
Lorentz-Lorenz Formula and elemntary theory of dispersion; Propagation in anisotropic medium; Optics in the metals; Plasmonics: bluk and surface plasmons.

4. ABCD matrix and paraxial optics
paraxial geometric optics, the propagation of optical ray in medium with quadratic refractive index; wave equation in paraxial approximation. The fundamental gaussian beam, high-order Hermite-Gauss modes. Gaussian beam in lenslike medium- the ABCD law.

5. Optical resonators
Introduction; spherical mirror resonators; Mode stability criteria. The resonance frequencies. Losses in Optical Resonators.

6. Il Laser
Principio di funzionamento. Caratteristiche dell’emissione laser. Mezzo attivo e inversione di popolazione. Guadagno di soglia. Metodi e schemi di pompaggio. Classificazione dei Laser. Esempi di laser a gas e a stato solido.