Padronanza dei corsi fondamentali della laurea triennale in Fisica.

Il corso è suddiviso in due parti: nella prima si introducono  i principi dell'emissione laser e le loro principali applicazioni contemporanee. Nella seconda , tenuta dalla professoressa Maria Luisa De Giorgi, si introducono i principi della fisica molecolare e delle tecniche spettroscopiche collegate.

Gli studenti conosceranno i principi,le caratteristiche e le applicazioni dei laser, e le caratteristiche fisiche delle molecole

Lezioni frontali e problemi risolti in classe 

Esame orale

 

PRIMA PARTE: Interazione radiazione materia e laser. (Ferdinando  De Tomasi)

 

Introduzione. Richiamo di Elettromagnetismo classico.

Coerenza spaziale e temporale. Brillanza. Confronto tra laser e  sorgenti convenzionali.

Radiazione da cariche oscillanti.  Interazione radiazione materia dal punto di vista classico.

 

Teoria semiclassica 

Trattazione semiclassica di un’onda risonante con un sistema a due livelli (trattamento perturbativo e non perturbativo). Generalizzazione a una miscela statistica.

Passaggio dalle equazioni semiclassiche alle equazioni di rate.

 

Guadagno in un mezzo laser. Condizioni di soglia, saturazione.

Amplificazione della radiazione in un mezzo con inversione di popolazione.

Effetto di una cavità. Soglia per l’emissione laser. Schemi a tre e quattro livelli.

Guadagno di piccolo segnale e saturazione.

 

Potenza e frequenza emessa da un laser.

Approssimazione di campo uniforme. Accoppiamento ottimale in uscita.

Mezzi con allargamento omogeneo e non omogeneo. Determinazione della frequenza di emissione.

Emissione monomodo. Larghezza spettrale di un laser.

 

Emissione impulsata e multimodo.

Oscillazioni di rilassamento. Q-switching. Oscillazioni multimodo. Mode-locking. Creazione di impulsi ultracorti.

 

SECONDA PARTE:  FISICA  MOLECOLARE. (Maria Luisa De Giorgi)

 

Introduzione alla fisica molecolare.

Struttura delle molecole ed interpretazione degli spettri molecolari. Le molecole biatomiche.

Rotatore rigido e relativo spettro. Oscillatore armonico

 

Spettri rotovibrazionali

Effetto Raman: teoria classica e quantistica. Spettri Raman rotazionali e vibrazionali.

Interpretazione delle strutture fini negli spettri IR e Raman: oscillatore anarmonico.

Spettri continui, dissociazione molecolare. Potenziale di Morse. Rotatore non rigido, distorsione centrifuga, rotatore vibrante.

Diramazioni P ed R e formazione della band-head. Spettri Raman e diramazioni S, O, e Q.

Trottola simmetrica, spettri e regole di selezione. Intensità degli spettri rotovibrazionali 

Effetto isotopico negli spettri rotazionali e rotovibrazionali Proprietà di simmetria dei livelli rotazionali. Influenza dello spin nucleare.

 

Spettri elettronici.

Stati e transizioni elettroniche. Strutture vibrazionali nelle transizioni elettroniche. Progressioni e sequenze. Tabelle di Deslandres. Spettri in assorbimento ed emissione.

Strutture rotazionali delle bande elettroniche. Effetto isotopico. Intensità delle bande elettroniche. Principio di Franck-Condon. Parabola di Condon.

Classificazione degli stati elettronici. Stati di singoletto e di multipletto. Introduzione alla Fisica delle molecole poliatomiche. Elementi ed operazioni di simmetria.

 

Molecole Poliatomiche 

Rotazione e vibrazione delle molecole poliatomiche. Rotatore rigido, trottole simmetriche prolate ed oblate, trottole sferiche Distorsione centrifuga. Rotatori asimmetrici. Regole di selezione e spettri rotazionali

Modi normali di vibrazione in molecole poliatomiche e vibrazioni di gruppo.  Effetto dello stato di aggregazione delle molecole sugli spettri.

 

Metodi sperimentali.

Overview sulle tecniche sperimentali in Fisica Molecolare.

Dimostrazione teorico pratica di misure FTIR (Spettroscopia IR a trasformata di Fourier), FTIR-ATR (Riflettanza totale attenuata) e analisi degli spettri.

Milonni, Eberly , "Laser Physics", Wiley, 2010