Ottica

1. Ottica Un possibile percorso … per capirla meglio meglio Prof. Luigi Oliva

2. L’ottica è una branca della FISICA che studia i fenomeni luminosi e può essere studiata secondo sei teorie “incapsulate” una nell’altra. Spesso le teorie fisiche nascono attraverso la semplificazione degli elementi di un’osservazione (riduzione della complessità, separazione delle variabili). Quando poi gli studi progrediscono vengono ideate nuove teorie “più estese” che devono comprendere le teorie precedenti (o almeno parti di esse) come casi particolari. Queste ultime si possono ancora utilizzare sotto determinate ipotesi, che devono essere esplicitate. Prof. Luigi Oliva

3. Le teorie che riguardano l’ottica sono le seguenti: • Ottica quantistica • Elettrodinamica di Maxwell • Ottica ondulatoria • Ottica geometrica • Ottica lineare • Ottica di Gauss Prof. Luigi Oliva

4. Ottica quantistica L’ottica quantistica tiene conto della teoria dei quanti di luce, i fotoni, che sono particelle (anche se si potrebbe pensare che abbiano caratteristiche un po’ particolari). Se si ignorano gli effetti quantistici della luce allora si ricade in una approssimazione dell’Ottica quantistica che va sotto il nome di Elettrodinamica di Maxwell. Prof. Luigi Oliva

5. Elettrodinamica di Maxwell Maxwell eseguì una straordinaria sintesi degli effetti elettromagnetici comprendendovi anche il comportamento della luce interpretata come perturbazione elettromagnetica. Se si trascura l’emissione di radiazioni allora la luce si può ricondurre a un’altra teoria vista come caso particolare dell’Elettrodinamica di Maxwell, ossia l’Ottica ondulatoria. Prof. Luigi Oliva

6. Ottica ondulatoria Per buona parte dell’Ottocento sembrò che la luce dovesse essere ormai interpretabile in modo ondulatorio perché solo così si riuscivano a spiegare alcuni fenomeni come l’interferenza, la diffrazione, la polarizzazione. Se si trascura il fatto che la luce abbia una lunghezza d’onda (dato che è piuttosto piccola: dell’ordine dei decimi di micrometro) allora i fenomeni ottici si possono studiare mediante l’Ottica geometrica. Prof. Luigi Oliva

7. Ottica geometrica L’ottica geometrica definisce le leggi della riflessione e della rifrazione assumendo che la propagazione della luce in un mezzo omogeneo avvenga in linea retta. Il centro dello studio dell’Ottica geometrica è quindi il comportamento di dispositivi ottici quali specchi, diottri e lenti. Nel caso in cui si possano ignorare le “aberrazioni ottiche” si potrà parlare di Ottica lineare, come caso particolare dell’Ottica geometrica. Prof. Luigi Oliva

8. Ottica lineare L’ottica lineare non considera le aberrazioni ottiche. Spesso si parla tout court di Ottica di Gauss quando si trascurano le aberrazioni ottiche, ma non è del tutto corretto. E’ tuttavia vero che le “approssimazioni di Gauss” non prendono in esame le aberrazioni. Infatti l’Ottica di Gauss, oltre a trascurare le “aberrazioni ottiche”, considera solo casi a simmetria rotazionale. Prof. Luigi Oliva

9. Le approssimazioni di Gauss • I raggi luminosi sono considerati sempre parassiali (ossia con angoli di inclinazione piccoli rispetto all’asse ottico principale) • Gli angoli di apertura di specchi e lenti sono piccoli (specchi e lenti sono una piccola porzione delle sfere cui appartengono) in definitiva, nelle formule, sen α  α  tg α (se α è espresso in radianti) Prof. Luigi Oliva

10. Alcuni Link utili • Sull’Ottica Geometrica (OG) • Sulle Onde Elettromagnetiche (OE) • Sul Prisma Ottico (con applet) (PO) • Sulle Lenti (con applet) (LN) • Sulle Aberrazioni Ottiche (con applet) (AO) Prof. Luigi Oliva