ECTS - University of Pisa
| Modules | Area | Type | Hours | Teacher(s) | |
| OTTICA QUANTISTICA E PLASMI | FIS/03 | LEZIONI | 54 |
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LE CONOSCENZE CHE ACQUISIRA' LO STUDENTE SONO DEFINITE DAGLI OBIETTIVI DEL CORSO:
1) Consolidare le conoscenze relative alla propagazione delle onde elettromagnetiche nel vuoto e nella materia (dielettrici, metalli, plasmi). 2) Approfondimento dei principi dell’Ottica Fisica e dei fenomeni d’ interferenza e diffrazione. 3) Saper valutare gli effetti non-lineari che condizionano la propagazione di intensi fasci di radiazione ottica nella materia.4) Principi di funzionamento dei laser in continua ed impulsati. 5) Le principali applicazioni dei laser ed in particolare: Fusione Termonucleare Controllata via laser (ICF), Accelerazione Laser-Plasma (LPA) di elettroni/ioni e relative sorgenti secondarie.
THE KNOWLEDGE THAT THE STUDENT WILL ACQUIRE ARE DEFINED BY THE COURSE OBJECTIVES:
1) Consolidate knowledge related to the propagation of electromagnetic waves in vacuum and in matter (dielectrics, metals, plasmas). 2) Deepening of the principles of Physical Optics and of the phenomena of interference and diffraction. 3) Knowing how to evaluate the non-linear effects that condition the propagation of intense beams of optical radiation in matter. 4) Principles of operation of continuous and pulsed lasers. 5) The main applications of lasers and in particular: Laser-controlled Thermonuclear Fusion (ICF), Laser-Plasma Acceleration (LPA) of electrons / ions and related secondary sources.
Il Corso è svolto com metodologia didattica che prevede una continua interazione con gli studenti. In questo modo si ha una verifica delle conoscenze acquisite da ciascuno, lezione dopo lezione.
The course is carried out with didactic methodology which foresees a continuous interaction with the students. In this way there is a verification of the knowledge acquired by each, lesson after lesson.
Lo studente sarà in grado di gestire correttamente un sistema laser che operi nei vari regimi utilizzati. Avrà competenze nel campo dell'ottica non-lineare ed in quelle dell'interazione laser-materia ad alte intensità. Avrà conoscenze nel campo dei plasmi ed in particolare in quelli prodotti da laser e le relative principali applicazioni.
The student will be able to correctly manage a laser system operating in the various regimes used. He will have skills in the field of non-linear optics and in those of high intensity laser-matter interaction. He will have knowledge in the field of plasmas and in particular in those produced by lasers and their main applications.
Il corso è fortemente interattivo e lo studente viene continuamente coinvolto, anche nella valutazione numerica dei fenomeni via, via presi in esame. Durante il Corso gli studenti possono essere chiamati ad approfondire uno specifico argomento, precedentemente trattato, illustrandolo agli altri studenti presenti.
The course is highly interactive and the student is continually involved, also in the numerical evaluation of the phenomena gradually examined. During the course students can be asked to study a specific topic previously discussed, illustrating it to the other students present.
Lo studente verrà formato per un suo inserimento in gruppi sperimentali nell'ambito della Struttura della Materia e Fisica dei Plasmi, con capacità teoriche che gli permettano di valutare quantitativamente i fenomeni studiati.
The student will be trained for his insertion in experimental groups within the Structure of Plastics Matter and Physics, with theoretical skills that allow him to quantitatively evaluate the phenomena studied.
Durante la lezione lo studente verrà stimolato ad intervenire criticamente durante la presentazione dei vari fenomeni fisici presi in considerazione. Gli studenti saranno stimolati ad illustrare approfondimenti su questioni via, via sollevate durante le lezioni.
During the lesson the student will be stimulated to intervene critically during the presentation of the various physical phenomena taken into consideration. Students will be stimulated to illustrate insights on issues gradually raised during the lessons.
PROPEDEUTICITA’ e FREQUENZA:
E’ richiesta una buona conoscenza dei fenomeni di Elettromagnetismo (Fisica Generale II) e dei principi della Meccanica Quantistica.
PROPAEDEUTICITY and FREQUENCY:
A good knowledge of Electromagnetism (General Physics II) and of the principles of Quantum Mechanics is required.
E' fortemente consigliato seguire il corso di FISICA DEI PLASMI (cod. 353BB), il cui programma è armonizzato con quello di OTTICA QUANTISTICA E PLASMI (cod. 354BB)
It is strongly recommended to follow the course of PLASM PHYSICS (code 353BB), whose program is harmonized with that of QUANTUM OPTICS AND PLASMS (code 354BB)
L'esame è consigliato a chi voglia seguire un' attività sperimentale nel campo dei plasmi prodotti da laser o che sia interessato alla fisica della Fusione Termonucleare Controllata o alle Nuove Tecniche di Accelerazione di particelle basate su plasmi-laser.
The exam is recommended for those who want to follow an experimental activity in the field of laser-produced plasmas or who are interested in the physics of controlled thermonuclear fusion or in the new particle acceleration techniques based on laser-plasma.
Corso estremamente interattivo con gli studenti, i quali possono anche indirizzare il programma verso argomenti particolarmente utili per la loro Tesi di Laurea Magistrale.
Delivery: face to face
Learning activities:
Attendance: Mandatory
Teaching methods:
Extremely interactive course with students, who can also direct the program towards topics particularly useful for their Master's Thesis.
PROGRAMMA DEL CORSO:
OTTICA CLASSICA
materia (dielettrici, metalli-plasmi). Ottica Fisica: interferenza e diffrazione.
OTTICA QUANTISTICA
Coerenza spaziale e temporale. Brillanza di una sorgente ed intensità di radiazione.
OTTICA NON LINEARE
Automodulazione di fase.
APPLICAZIONI
radiazione X incoerente. Generazione di armoniche di alto ordine. Microscopia a raggi X.
Microlitografia. Impulsi ultra-corti ed intensità di radiazione relativistica. Acceleratori di particelle basati su plasmi prodotti da laser e sorgenti innovative di radiazione. Fusione termonucleare controllata (ICF).
Geometrical and Physical Optics; propagation of electromagnetic waves in vacuum, dielectrics and plasmas; quantum aspects of electromagnetic radiation; LASER principles; laser-matter interaction at high-intensities; non-linear optics;applications to Inertial Confinement Fusion, laser-plasma acceleration, high brightness X-ray sources.
COURSE PROGRAM:
CLASSIC OPTIC
Geometric Optics. Propagation of electromagnetic waves in vacuum and in
matter (dielectrics, metal-plasmas). Physical Optics: interference and diffraction.
Polarization of light. Birefringence. Faraday effect. Kerr effect.
QUANTITY OPTICS
Radiation e.m. and quantum physics. Sources of thermal radiation and coherent radiation.
Spatial and temporal coherence. Brilliance of a source and intensity of radiation.
Operating principles of the LASER. Q-switching. Mode-locked. Chirped pulse amplification.
a) The main solid-state LASERS: Ruby, Neodymium, Titanium-Sapphire. The diode LASER.
b) The main gas LASERS: He-Ne, CO2, N2, Ar. Excimer.
c) The free electron LASER.
d) The X-ray LASER.
NON-LINEAR OPTICS
Harmonics generation. Parametric amplifier. Autofocusing of laser beams.
Phase self-modulation.
APPLICATIONS
Holographic interferometry. X-ray spectroscopy. X-ray optics. Generation of
inconsistent X radiation. Generation of high order harmonics. X-ray microscopy.
Microlithography. Ultra short pulses and relativistic radiation intensity. Particle accelerators based on laser-produced plasmas and innovative radiation sources. Controlled thermonuclear fusion (ICF).
MATERIALE DEL CORSO:
TESTI DI RIFERIMENTO CONSIGLIATI:
Bruno Rossi, OTTICA, Masson Italia Editori, 1984.
Born and Wolf- Principles of Optics- Pergamon Press, 1984.
Y.R. Shen, The principles of non-linear optics, John Wiley & Sons, New York, 1984.
2019. A. Curcio, D. Giulietti, Laser plasma acceleration and secondary electromagnetic sources, Aracne Editrice, ISBN 978-88-255-2130-6
Articoli di riviste internzionali forniti dal Docente
I suggest O. Svelto, Principles of Lasers, 4th edition, Plenum Press, New York, 1998. However the student is free to use the books he like devoted to the topics of the course. Usually he shows me the book and I say if it is adequate or not.
COURSE MATERIAL:
RECOMMENDED REFERENCE TEXTS:
Bruno Rossi, OPTIC, Masson Italia Editori, 1984.
Born and Wolf- Principles of Optics- Pergamon Press, 1984.
Y.R. Shen, The principles of non-linear optics, John Wiley & Sons, New York, 1984.
O.Svelto, Principles of LASERS, Plenum Press, New York, 1998.
D. Giulietti X-ray emission from laser-produced plasmas, La Rivista del Nuovo Cimento, Vol. 21, N. 10, 1998.
2019. A. Curcio, D. Giulietti, Laser plasma acceleration and secondary electromagnetic sources, Aracne Editrice, ISBN 978-88-255-2130-6
International magazine articles provided by the teacher
E' possibile anche concordare un percorso formativo che non preveda la frequenza del corso.
It is also possible to agree on a training course that does not include the attendance of the course.
Esame orale
Oral examination
Il Docente è in stretta collaborazione con diversi centri di ricerca Italiani (Laboratori Nazionali di Frascati (INFN), Cerntro Ricerche ENEA di Frascati, CEDAD (Università di Lecce), .....) ed Esteri (Ecole Polytechniquen (FR), RAL (UK), CLPU (E), NIF (USA), ....) ed è in grado di offrire agli studenti svariate opportunità di stages, tirocini, attività di Tesi e Dottorato.
The Professor is in close collaboration with several Italian research centers (National Laboratories of Frascati (INFN), Cerntro Ricerche ENEA of Frascati, CEDAD (University of Lecce), .....) and Foreign (Ecole Polytechniquen (FR), RAL (UK), CLPU (E), NIF (USA), ....) and offers interested students numerous opportunities for internships, traineeships, thesis and doctoral activities.
Lo studente che completa con successo il corso sarà in grado di dimostrare conoscenze avanzate di Ottica Geometrica e Fisica; propagazione delle onde elettromagnetiche nel vuoto, dielettrici e plasmi; aspetti quantistici della radiazione elettromagnetica; Principi LASER; interazione laser-materia ad alta intensità; ottica non lineare; applicazioni alla fusione a confinamento inerziale, accelerazione laser-plasma, sorgenti di raggi X ad alta brillanza.
Il corso potrà essere seguito anche a distanza utilizzando la piattaforma Teams
The student who successfully completes the course will be able to demonstrate advanced knowledge of Geometrical and Physical Optics; propagation of electromagnetic waves in vacuum, dielectrics and plasmas; quantum aspects of electromagnetic radiation; LASER principles; laser-matter interaction at high-intensities; non-linear optics;applications to Inertial Confinement Fusion, laser-plasma acceleration, high brightness X-ray sources.
The course can also be followed remotely using the Teams platform
