Stage invernale 4-8 febbraio 2013
Università della Calabria – Rende
(CS)
LA LUCE ALLA/NELLA
GUIDA
La fisica e gli studenti: stessa lunghezza d’onda
Silvio Aiello, Annamaria Dagostino, Alessandro Ferraro, Pierpaolo Fontana, Alessandro Lento,
Armando Merli, Domenico Middonno, Maria Grazia Orlando, Valentina Varone
STAGE ESTIVO 18-22 GIUGNO 2012
L’obiettivo della prima parte dello
stage mirava a creare un reticolo
di diffrazione che, attraversato
dalla luce, restituiva varie
lunghezze d’onda percepibili
tramite i colori dello spettro visibile.
I principi sui quali si fondava
erano:
INTERFERENZA;
DIFFRAZIONE;
OBIETTIVO
RAGGIUNTO!
Realizzato il reticolo abbiamo
osservato come la luce rossa
proveniente da un laser si è
propagata nel nostro campione
diffrangendosi
LA LUCE NELLA GUIDA
In questa seconda puntata vedrete come la luce non
attraverserà più un campione infinito, ma sarà costretta ad
attraversare specifici canali.
LE NOSTRE GUIDE D’ONDA
Modulo ICT
(Information and Communication
Technology)
-
Cos’è una guida d’onda?
-
Realizzazione della guida d’onda
-
Caratterizzazione morfologica( AFM e microscopio ottico)
-
Propagazione della luce nella guida (caratterizzazione)
Cos’è una guida d’onda?
Una guida d’onda è qualunque mezzo che permette a qualsiasi forma di
energia di propagarsi. Essa dunque è un mezzo di trasmissione di
un segnale su un canale di comunicazione.
 Legge di Snell:
n1 sin θi = n2 sin θr
n0 sin θ1 =
Angolo a cui avviene la
riflessione totale:
Con n1 > n2
 crit
n2
 arcsin( )
n1
NA  n1  n2
2
2
(Apertura numerica del fascio
rispetto alla guida)
La riflessione totale avviene quando la
deviazione diventa così grande che la
rifrazione genera un raggio che si può
considerare riflesso (come in uno
specchio).
Il fenomeno della rifrazione
avviene quando un raggio
incidente su una superficie
diversa da quella in cui sta
viaggiando viene deviato rispetto
alla perpendicolare di un angolo
dipendente da quello incidente.
Modi di una guida d’onda
 Un modo è la “maniera” in cui l’onda si propaga nella
guida d’onda; è una configurazione energetica permessa
dalla guida d’onda che dipende dalla lunghezza d’onda
del raggio incidente (colore)
o
Possiamo
assimilare
le
onde in una guida alle
vibrazioni della corda di
una chitarra. Le onde
hanno
due
punti
a
vibrazione 0 corrispondenti
al capotasto e al ponte
della chitarra o, nella
nostra
guida,
ai
due
estremi della sezione. Solo
alcune configurazioni sono
permesse (Così come le
note)
CLADDING
CLADDING
 ( x)  A sin( kx)
2
n
k


a
I modi permessi dipendono dalla lunghezza d’onda e dalle
caratteristiche del canale:
K, la costante dell’onda, è discreta.
n=1
n=2
.
.
.
Realizzazione della guida d’onda:
SOL GEL: il processo Sol-Gel è una tecnica utilizzata per la fabbricazione di
materiali ceramici che noi abbiamo sfruttato per la realizzazione di guide di
luce attraverso le tre fasi di idrolisi, condensazione ed essiccamento.
PROCEDIMENTO:
1. Preparazione delle soluzioni (Ti/TMSPM):
-soluzione A : 3,34 ml TMSPM; 3,10 ml Alcol isopropilico;
0,19 ml HCl 0,01 M; stirring 60 min.
-soluzione B: 0,71 ml Acido acetico; 0,96 ml Ti-propossido;
stirring 30 min.
- mescolare le due soluzioni; stirring 10 min.
2. 0,48 g IRGACURE( iniziatore fotosensibile) nella soluzione;
stirring 10 min.; ultrasuoni 10 min.
3 lasciare riposare a temperatura ambiente per 16h.
4 spinning 5000 rpm 30 sec.
pre-bake 80°C
5 applicazione della maschera ed esposizione per 30 min. UV
post-bake 120°C
Caratterizzazione morfologica( AFM e microscopio ottico)
L’AFM
È l’acronimo di Atomic Force Microscopy, si
tratta di uno dei microscopi più potenti del
mondo. Lo abbiamo utilizzato per rilevare la
profondità del nostro campione attraverso la
modalità TAPPING:
mentre il tip( la sonda) scorre sul substrato
cambia l’inclinazione della leva (il cantiliver);
questo cambiamento causa una variazione
dell’angolo di riflessione del laser, cambiamento
che è captato dal fotodiodo, che, attraverso un
processo detto “feedback” modifica l’altezza del
substrato in modo da mantenere il cantiliver
praticamente fermo.
Caratterizzazione ottica della propagazione
RISULTATO FINALE
macroscopio
laser
campione
Lamina a
mezz’onda
Ringraziamo
I nostri tutor:
o Dott. Roberto Caputo
o Dott. Alfredo Pane
o Dott.ssa Cristina Labate
o Ing. Vincenzo Caligiuri
o Ing. Giovanna Palermo
Per la loro professionalità e, soprattutto, per la loro
pazienza
E ancora: dott. Luciano De Sio (per averci sopportato pur non essendo costretto)