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Master Classdi Ottica
Interferenza
6 marzo 2012
Dr. Eleonora Nagali
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La luce 1/2
Sir Isaac Newton1642-1727 Augustin-Jean Fresnel
1788-1827Christiaan Huygens
1629-1695
Christiaan Huygens: in analogia con il suono, la luce consiste in un movimento ondulatorio che si propaga dalla sorgente in tutte le direzioni... ( Traité de la lumiere, 1690 )
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ma che cosa intendiamo esattamente per luce?
La luce 2/2
la luce (visibile) rappresenta una forma di ONDA ELETTROMAGNETICA situata in una piccola porzione dello spettro elettromagnetico...
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raggio luminoso = onda elettromagnetica(n.b. la luce può essere anche qualcosa di diverso,ma per scoprirlo dovrete aspettare oggi pomeriggio...)
Descrizione della luce (1/2)
onda elettromagnetica
1
E(r, t) = E0 cos(k∗r−ωt+ ϕ)
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Ampiezza
Direzione di propagazione
Lunghezza d’onda
Fase
Descrizione della luce (2/2)1
E(r, t) = E0 cos(k∗r−ωt+ ϕ)
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Principio di sovrapposizione
Il campo totale E generato da “n” sorgenti in un punto dello spazio é pari alla SOMMA dei singoli
campi generati dalle “n” sorgenti.
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1 + 1 = ???Due fasci luminosi “interagiscono” fra loro...sappiamo prevedere l’intensità del fascio risultante?
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Ondapiana
Esperimento di Young (1803)
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Consideriamo due onde monocromatiche:
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..qualche conto alla lavagna..
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Interferenza costruttiva
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Interferenza distruttiva
Interferenza costruttiva
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Ondapiana
Esperimento di Young (1803)
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Visibilità delle frange
0
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Verifica Sperimentale
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Interferometro di MichelsonI due fasci coinvolti nell’interferenza sono generati dalla stessa sorgente
I due fasci si ricombinano su un beam splitter e danno origine (sotto le opportune condizioni) ad interferenza
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Obiettivo
Studio dell’interferenza tra due fasci di luce monocromatica (laser)
Caratterizzazione dell’interferenza “reale” al variare dei parametri
Possibili nuove osservazioni sulle condizioni necessarie per osservare l’interferenza tra due fasci di luce
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Quando si passa dalla teoria alla pratica
sistema ideale sistema reale
coerente
monocromatica
ampiezza costante
fase e ampiezzavariano nel tempo!
monocromatica (laser)
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termine d’interferenza
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Testo
tempo di coerenza
lunghezza di coerenza
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Cosa useremo...Sorgente laser
Beam splitter
Specchio su piezoelettrico
Generatore di segnale
Fotodiodo
Oscilloscopio
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Setup sperimentale
BSpiezo
LaserHe-Ne fotodiodo
L
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Attenzione! La sorgente adottata per l’esperimento é un laser, che si caratterizza per la monocromaticità, lunga coerenza, e alta brillanza.4 classi di pericolosità:
Classe 1 : innoqui
Classe 2 : non reca danni alla vistaClasse 3a : reca danni alla vista se il fascio
viene focalizzato nell’occhio Classe 3b : reca danni alla vista se il fascio
entra direttamente nell’occhioClasse 4 : (>500mW) é pericolosa anche la
luce diffusa
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Laser He-Ne
lunghezza d’onda
lunghezza di coerenza o(cm)
classe 2
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Beam Splitter
Dispositivo ottico basato sulla riflessione ottica
Angolo d’incidenza: 45°
Un fascio incidente viene diviso in due parti di uguale intensità
(riflettività = 50%)
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Variazione di faseL’intensità delle frange d’interferenza dipende dal termine di fase.
Variando leggermente il cammino ottico di uno dei due fasci é possibile monitorare la differenza di fase
Specchio montato su materiale piezoelettrico collegato ad un generatore di segnale
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FotodiodoViene utilizzato come rivelatore di segnali luminosi ed é basato su un particolare effetto fisico, noto come effetto fotoelettrico.
La luce fornisce energia agli atomi del materiale della testa sensibile e avvia il processo di “traduzione”in corrente elettrica del segnale ottico...
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OscilloscopioStrumento elettronico per la misura con elevata precisione di segnali elettrici.
Grafico bidimensionale tensione vs tempo
CH1 : segnale elettrico proveniente dal fotodiodo CH2 : segnale elettrico proveniente dal generatore di
segnale (onda trangolare)
Il campionamento del segnale avviene in modo pilotato da un “trigger” (CH2)
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Asse y segnale del fotodiodo
Asse y rampa
Scala asse y segnale
delfotodiodo
Scala asse yrampa
Asse x (tempo)
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MisureMisura di V per
Misura di V per diversi valori dei cammini ottici
Ricostruzione della curva V in funzione della posizione
Determinazione del tempo di coerenza del laser
Variazioni sul tema...
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Buon divertimento!