Il corso sviluppa ed analizza usando un linguaggio semplice alcune caratteristiche delle onde coerenti (in particolare quelle elettromagnetiche) evidenziando le implicazioni di interesse applicativo del concetto di coerenza di un fenomeno ondulatorio. Verranno discussi i laser, l’olografia, l’interferenza e la diffrazione di onde coerenti, ed alcune applicazioni quantistiche quali la crittografia quantistica ed il teletrasporto. Verrà utilizzato un approccio euristico per dar modo al corso di essere fruito da studenti che afferiscono a più corsi di laurea triennale, preferibilmente ma non esclusivamente nell’area dell’ingegneria dell’informazione.



Le conoscenze trasmesse allo studente riguardano:

- i princìpi di funzionamento di un laser
- gli strumenti per la trattazione matematico-fisica della coerenza ottica
- i princìpi dell’olografia
- i princìpi dell’informazione e della crittografia quantistica
- i rudimenti del teletrasporto quantistico

Le conoscenze trasmesse allo studente riguardano:

- i princìpi di funzionamento di un laser
- gli strumenti per la trattazione matematico-fisica della coerenza ottica
- i princìpi dell’olografia
- i princìpi dell’informazione e della crittografia quantistica
- i rudimenti del teletrasporto quantistico


Le abilità trasmesse consistono:

- nella progettazione di semplici esperimenti di interferenza e diffrazione della luce
- nell’utilizzazione della sorgente laser più adatta ad una specifica applicazione industriale
- nella progettazione di un semplice insieme di dispositivi ottici per la formazione di ologrammi statici

Le conoscenze ritenute già acquisite riguardano la Fisica di base (meccanica, termodinamica, elettromagnetismo), e le Matematiche di base (Analisi I e II e Geometria) e la Chimica di base (livelli atomici e molecolari, transizioni).

Le abilità che gli studenti devono già possedere sono: l'applicazione delle leggi dell'elettromagnetismo classico; l'applicazione del calcolo differenziale ed integrale in una e più dimensioni; l'applicazione di concetti di algebra lineare (matrici, vettori, operatori lineari)

1) Concetto di onda: richiami dalla fisica elementare. Generazione di onde: esempi di sorgenti elementari. Concetto elementare di coerenza di un’onda (1 cr.)
2) Produzione di onde elettromagnetiche coerenti: princìpi fisici del laser; tipi di laser. Caratteristiche ed applicazioni della radiazione coerente emessa da un laser (1,5 cr.)
3) Interferenza di luce coerente (0,5 cr)
4) Visibilità delle frange di interferenza e trattazione quantitativa della coerenza di un’onda. Coerenza spaziale e temporale. Misura della coerenza di un’onda, tecniche per la misura della coerenza parziale (1 cr.)
4) L’olografia e gli ologrammi (0,5 cr)
5) Interferometri classici: di Michelson e di Fabry-Perot (0,5 cr.)
6) Interferometria quantistica dei fotoni: applicazioni alle moderne tecniche di trattamento dell’informazione ed alla crittografia quantistica (0,5 cr)
7) Stati altamente correlati ("entangled") di particelle quantistiche. Applicazioni al teletrasporto quantistico. (0,5 cr)

Le esercitazioni, a squadra unica, riguardano la trattazione di semplici esempi numerici relativi agli argomenti trattati nel corso.

Per le parti generali sono consigliati i seguenti testi:

G.R. Fowles
Introduction to modern optics
Dover Publications

K. F. Renk
Basics of Laser Physics for Students of Science and Engineering
Springer

Per le parti più specializzate:

Gerhard K. Ackermann and Jürgen Eichler
Holography - A Practical Approach
Wiley

nonché il materiale didattico fornito dal docente e disponibile sulla pagina web del corso.

La verifica dell’apprendimento avviene mediante una prova scritta integrabile con un prova orale. Lo scritto, della durata massima di 1,5 ore, consiste di una prima parte comprendente quesiti a risposta multipla ed asserzioni la cui validità è da verificare o indicare falsa, nella quale gli studenti possono usare materiale didattico stampato, seguita immediatamente da una seconda parte nella quale gli studenti devono rispondere per iscritto e per esteso ad un quesito di carattere generale attinente al programma svolto; in questa seconda parte non è consentito l’uso di supporti didattici di alcun tipo. Se lo studente non opta per la prova orale integrativa il punteggio dello scritto, espresso in trentesimi, corrisponde al voto. In caso di orale integrativo il voto sarà una media ponderata dell’esito dello scritto e di quello dell’orale..