INGLESE

1) Laser a semiconduttore come strumenti per la spettroscopia
2) Larghezze e forme delle linee spettrali
3) Interazione laser-gas e tecniche spettroscopiche in regime Doppler
4) Spettroscopia ad alta sensibilità
5) Spettroscopia non lineare
6) Introduzione al raffreddamento e al confinamento con laser

Laser a semiconduttore come strumenti spettroscopici
Ampiezze e forme delle linee spettrali
Interazione laser-gas e tecniche spettroscopiche limitate dal Doppler
Spettroscopia ad alta sensibilità
Spettroscopia non lineare
Introduzione al raffreddamento e al confinamento con laser

Il corso mira a fornire una panoramica della spettroscopia laser per indagini fondamentali e ricerca applicata. Copre una vasta gamma di tecniche moderne per la rilevazione ultra-sensibile dell’interazione radiazione-materia, nonché studi ad alta risoluzione in fisica atomica e molecolare. Inoltre, fornisce una breve introduzione alla teoria delle forme delle linee spettrali. Alla fine del corso, gli studenti acquisiranno una conoscenza approfondita dei metodi più avanzati per l’interrogazione della materia a livello atomico. Applicazione della conoscenza e comprensione: Al termine del corso, lo studente dovrebbe essere in grado di descrivere e spiegare i concetti fondamentali della fisica dei laser a semiconduttore; confrontare il funzionamento e le proprietà di diversi tipi comuni di laser; descrivere e confrontare i metodi più avanzati in spettroscopia laser e le loro applicazioni; applicare la conoscenza acquisita per sviluppare e utilizzare spettrometri laser.
Per quanto riguarda le abilità comunicative, il corso svilupperà la capacità dello studente di presentare in modo chiaro e rigoroso le tecnologie laser e i metodi spettroscopici.

Elettromagnetismo; Ottica; Fisica Atomica; Optoelettronica

Il corso è strutturato in 48 ore di lezioni frontali. La partecipazione non è obbligatoria, ma è vivamente consigliata

L’esame consiste in un colloquio orale basato sulla discussione degli argomenti trattati durante il corso, con una durata tipica di 40 minuti. Oltre alla valutazione del grado di conoscenza e comprensione raggiunto dallo studente, il colloquio mira a valutare la capacità degli studenti di gestire le diverse tecniche di spettroscopia laser

Questo corso è consigliato per il percorso di studio che tratta di Atomi, Molecole e Fotoni

1) Laser a semiconduttore come strumenti spettroscopici: Laser a semiconduttore: Laser a diodi, laser a cascata quantica: principi di funzionamento e proprietà (1 ECTS).
2) Allargamenti e forme delle linee spettrali: Larghezza naturale, effetto di allargamento Doppler, effetti di collisione, profilo di Voigt, tempo di transito, allargamenti di potenza e saturazione, restringimento di collisione, effetti dipendenti dalla velocità (1 ECTS).
3) Interazione laser-gas e tecniche spettroscopiche in regime Doppler: Spettroscopia di assorbimento lineare, spettroscopia fotoacustica, spettroscopia di fluorescenza (0,5 ECTS).
4) Spettroscopia ad alta sensibilità: Spettroscopia a modulazione di frequenza, Spettroscopia in cavità ottiche: Cavity Ring Down Spectroscopy (CRDS); OFF Axis Integrated Cavity Output Spectroscopy (OA-ICOS);
Optical Feedback Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy (OF-CEAS); Noise-Immune Cavity-Enhanced Optical Heterodyne Molecular Spectroscopy (NICE-HOMS) (1.5 ECTS).
5) Spettroscopia non lineare: Buchi di Bennett, Lamb Dip, schemi sperimentali di spettroscopia in saturazione, spettroscopia di saturazione intra-cavità, principio di base della spettroscopia di polarizzazione, forma e ampiezza dei segnali di polarizzazione (1 ECTS).
6) Introduzione al raffreddamento e al confinamento con laser: Raffreddamento ottico e confinamento di atomi, melassa ottica, trappola magneto-ottica, forze di dipolo indotto in un campo di radiazione, pinzette ottiche (1 ECTS).

English

1) Semiconductor lasers as spectroscopic tools
2) Widths and shapes of spectral lines
3) Laser-gas interaction and Doppler limited spectroscopic techniques
4) ) High sensitivity spectroscopy;
5) Non-linear spectroscopy;
6) Introduction to laser cooling and trapping

- Principles of Laser – O. Svelto, Springer
- Laser Spectroscopy 1 Basic principles– W. Demtroder, Springer
- Laser Spectroscopy 2 Experimental Techniques– W. Demtroder, Springer
- Collisional Effects on Molecular Spectra – J.M. Hartmann, C. Boulet and D. Robert, Elsevier

-- Knowledge and understanding:
The course intends to provide an overview of laser spectroscopy for fundamental investigations and applied research. It covers a wide range of modern techniques for ultra-sensitive detection of radiation-matter interaction, as well as high-resolution studies in atomic and molecular physics. In addition, it provides a brief introduction to lineshape theory. At the end of the course, the students will acquire a deep knowledge of the most advanced methods for the interrogation of matter at the atomic level.
- Applying knowledge and understanding:
On completion of the course, the student should be able to describe and explain fundamental concepts of semiconductor laser physics; compare the operation and properties of a number of common lasers; describe and compare the most advanced methods in laser spectroscopy as well as their applications; apply the acquired knowledge to develop and use laser spectrometers.
Concerning communicative skills, the course will develop the student's ability in presenting in a clear and rigorous ways laser technologies and spectroscopic methods.

Electromagnetis; Optics; Atomic physics; Optoelectronics

The course is structured in 48 hours of frontal lectures. Attendance is not compulsory but strongly recommended

The examination consists in an oral interview based on the discussion of the topics treated during the course, with a typical duration of 40 minutes. Together with the evaluation of the degree of knowledge and understanding reached by the student, the interview is aimed to evaluate the students' ability in managing laser spectroscopic techniques

This course is recommended for the study track dealing with Atoms, Molecules and Photons

1) Semiconductor lasers as spectroscopic tools: Semiconductor diode lasers, quantum cascade lasers, interband cascade lasers – operation principles and properties (1 ECTS).
2) Widths and shapes of spectral lines: Natural width, Doppler broadening effect, Collisional effects, Voigt profile, Transit-time, power and saturation broadenings, Collisional narrowing, Speed-dependent effects (1 ECTS).
3) Laser-gas interaction and Doppler-limited spectroscopic techniques: Linear Absorption Spectroscopy, Photoacoustic Spectroscopy, Fluorescence Spectroscopy (0.5 ECTS).
4) High sensitivity spectroscopy: Frequency-Modulation spectroscopy, Cavity Ring-Down Spectroscopy, Off-Axis Integrated Cavity Output Spectroscopy, Optical Feedback Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy; Noise-Immune Cavity-Enhanced Optical Heterodyne Molecular Spectroscopy (1.5 ECTS).
5) Non-linear spectroscopy: Hole burning, Lamb Dip, Saturation spectroscopy experimental schemes, Intra-cavity Saturation Spectroscopy, Polarization spectroscopy basic principle, shape and magnitude of polarization signals (1 ECTS).
6) Introduction to laser cooling and trapping: Optical cooling and trapping of atoms, Optical molasses, Magneto-Optical Trap, Induced Dipole Forces in a Radiation Field, Optical Tweezers (1 ECTS).