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Fisica II - Informatica La natura della luce Ottica geometrica Velocità della luce Dispersione Fibre ottiche.

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Presentazione sul tema: "Fisica II - Informatica La natura della luce Ottica geometrica Velocità della luce Dispersione Fibre ottiche."— Transcript della presentazione:

1 Fisica II - Informatica La natura della luce Ottica geometrica Velocità della luce Dispersione Fibre ottiche

2 Fisica II - Informatica La natura della luce Teoria corpuscolare (Newton) Teoria ondulatoria: proposta già al tempo di Newton, ma scartata perchè necessaria lesistenza di un mezzo di supporto (etere !). Solo nel XIX secolo dopo una lunga serie di esperimenti fu accettata. Teoria quantistica: comportamento corpuscolare nelle interazioni con la materia a livello microscopico (XX secolo). La luce presenta una doppia natura: comportamento ondulatorio comportamento corpuscolare

3 Fisica II - Informatica Ottica geometrica Modello semplificato: Approssimazione dei raggi luminosi <

4 Fisica II - Informatica Ottica ondulatoria Effetti interferenziali ~d

5 Fisica II - Informatica Riflessione specularediffusa

6 Fisica II - Informatica Riflessione Langolo di incidenza è uguale allangolo di riflessione Il cammino del raggio di luce è reversibile Riflessione della luce su una strada. Quale riflessione è speculare e quale è diffusa ?

7 Fisica II - Informatica Rifrazione Variazione di direzione del raggio di luce al confine tra due mezzi Langolo 2 dipende dalle proprietà dei due mezzi secondo la relazione: Legge di Snell v i = velocità di propagazione nel mezzo i

8 Fisica II - Informatica v luce in aria 3.0 × 10 8 m/s, v luce in vetro 2.0 × 10 8 m/s perchè ? La luce nel vetro incontra un atomo in A e viene assorbita. Latomo si mette in oscillazione ed irradia la luce verso un altro atomo B che la assorbe, ed il processo continua (come una staffetta). I processi di emissione ed assorbimento causano un ritardo nella velocità di propagazione media della luce. Rifrazione

9 Fisica II - Informatica Rifrazione La luce passando da un mezzo ad un altro viene rifratta perchè la sua velocità media è diversa nei due mezzi. indice di rifrazione ogni sostanza ha il suo indice di rifrazione

10 Fisica II - Informatica Quando unonda passa da un mezzo a un altro la sua frequenza non varia ! Rifrazione I fronti donda superano un osservatore in A nel mezzo 1 con una certa frequenza ed incidono allinterfaccia (mezzo 1)/(mezzo 2). La frequenza con la quale i fronti donda superano un osservatore in B deve essere identica. Altrimenti si creerebbe un accumulo o una riduzione di onde al confine. Poichè la relazione rimane valida e deve anche essere

11 Fisica II - Informatica Esempio di rifrazione I raggi incidente ed emergente sono paralleli ma disassati di una distanza d. Raggio di luce che attraversa una lastra di vetro

12 Fisica II - Informatica Dispersione Dipendenza dellindice di rifrazione dalla lunghezza donda si chiama dispersione. Effetti della dispersione (es. prisma)

13 Fisica II - Informatica Dispersione: arcobaleno

14 Fisica II - Informatica Principio di Huygens Il principio di Huygens è una costruzione geometrica per determinare la posizione di un nuovo fronte donda dalla conoscenza di un fronte donda anteriore. Tutti i punti su un dato fronte donda si possono considerare come sorgenti puntiformi di onde sferiche elementari: la superficie tangente risultante è il nuovo fronte donda ad un istante successivo.

15 Fisica II - Informatica Riflessione interna totale In condizioni di riflessione interna totale la luce non si propaga nel secondo mezzo. La riflessione interna totale si verifica solo quando la luce si propaga da un mezzo di un dato indice di rifrazione ad un mezzo di indice di rifrazione minore. Dalla legge di Snell:

16 Fisica II - Informatica Riflessione interna totale: esempi

17 Fisica II - Informatica Fibre ottiche

18 Fisica II - Informatica Fibre ottiche Applicazione del fenomeno della riflessione interna totale: confinamento della luce.

19 Fisica II - Informatica Fibre ottiche Allargamento dellimpulso di luce dovuto alla presenza di traiettorie di lunghezza diversa allinterno della fibra ottica multimodo stepped index.

20 Fisica II - Informatica Fibre ottiche Fibra ottica multimodo graded index. Fibra ottica a modo singolo stepped index. Importante per le telecomunicazioni !

21 Fisica II - Informatica Fibre ottiche Cono di accettazione della luce: necessità di un ottimo accoppiamento tra fibre laddove esistono delle giunzioni !!!


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