Il corso presenta i principi del funzionamento dei laser in relazione a sistemi e materiali specifici. L’obiettivo è di fornire allo studente la conoscenza necessaria per capire ed usare al meglio i più diffusi tipi di laser nell’ambito della sua carriera professionale, e di coglierne l’evoluzione tecnologica. In particolare, viene spiegato con esempi concreti l’approccio alla progettazione dei laser a stato solido. Questo settore assorbe attualmente la maggior parte di professionisti che si occupano della progettazione di sorgenti o di ottimizzazione delle loro applicazioni industriali. Infine vengono discusse le principali applicazioni dei laser industriali e quelle fortemente emergenti delle sorgenti ultraveloci.
Prerequisiti
Nozioni di elettromagnetismo, di ottica geometrica e ondulatoria, di componenti ottici e optoelettronici.
Metodi didattici
Lezioni (ore/anno in aula): 45 Esercitazioni (ore/anno in aula): 0 Attività pratiche (ore/anno in aula): 0
Verifica Apprendimento
L’esame consiste in una prova orale di circa 30 minuti, con discussione di un progetto assegnato (diverso per ogni studente) ed elaborato dallo studente nell’arco di 2-3 settimane prima della data d'esame concordata. Durante la discussione orale, questo potrà essere di spunto per domande su concetti generali presentati nel corso, rilevanti per il progetto in questione.
Testi
Dispense (A. Agnesi). Per approfondimenti e integrazioni: O. Svelto: Principles of Lasers, Springer, New York, 2010
Contenuti
· Oscillatore laser in continua: Sistemi a 4 livelli e a quasi 3 livelli. Fattori che determinano la soglia e l’efficienza. · Risuonatori ottici: Fasci gaussiani e formalismo ABCD. Risuonatori stabili. Qualità spaziale. Risuonatori instabili. · Tecniche di controllo dello spettro di emissione. · Tipi di laser di notevole rilievo tecnologico: Laser a stato solido. Laser in fibra. Laser a semiconduttore a pompaggio elettrico e ottico. Cenni ad altri laser. · Regimi di funzionamento impulsato al nanosecondo e sub-ns: Q-switching a bassa frequenza e comportamento ad alta frequenza. Gain-switching. Cavity dumping. Dispositivi di switching. Mode locking: tecniche e dispositivi. Criterio di stabilità per cw-ML passivo. Propagazione in mezzi dispersivi con nonlinearità Kerr. Tecnologie delle sorgenti a impulsi ultracorti (ps/fs). · Tecniche di misura di impulsi ultracorti. · Esempi di progettazione di laser a stato solido in regime continuo e in Q-switching. · Amplificatori di potenza in regime continuo e in regime pulsato. · Sorgenti a stato solido dotate di convertitori di frequenza: armoniche, generazione parametrica e Raman. · Applicazioni industriali dei laser di potenza: marcatura, taglio, saldatura, foratura, trimming, trattamenti superficiali. · Applicazioni industriali e biomediche degli impulsi ultracorti: micromarcatura, microscopia nonlineare.
