Teoria della propagazione ottica
Uso del programma Zemax
Teoria delle aberaazioni e loro gestione
Principio di Marechal
Teorema di Petzval
POlinomi di Zernike
Invariante di Lagrange
Studio di progetti ottici
Impostazione di un progetto ottico e sua ottimizzazione.
Analisi tolleranze ottiche.
Introduzione alla meccanica dei continui
Teoria della trave
Teoria delle travature
Teoria delle piastre
Metodo degli elementi finiti
Fundamental of Optics – Jenkins & White
Lens Design – Milton
Introduction to Lens Design with Zemax – J.M.Geary
Handbook of optical Design – D.Malacara
Optics – E.Hecht
A. E. H. Love, A Treatise on the Mathematical Theory of Elasticity, Dover, 1944
P. Villaggio, Mathematical Models for Elastic Structures, Cambridge University Press, 1977
S. Timoshenko and S. Woinowsky-Krieger, Theory of plates and shells, McGraw-Hill, 1959
O. C. Zienkiewicz, The Finite Element Method, Mcgraw - Hill Book Co., 1977
Obiettivi Formativi
Il corso si propone di formare, all’interno dei corsi di laurea in fisica, astrofisica, chimica o ingegneria, persone in grado di progettare strumenti ottici operanti dal THz fino X-UV tenendo conto delle limitazioni imposte dai materiali, dalle condizioni ambientali in cui andranno ad operare, dalle tempistiche e modalità realizzative.
Prerequisiti
Oltre le usuali conoscenze proprie di un qualunque corso di laurea in fisica, astrofisica o ingegneria è richiesta la conoscenza della geometria, della teoria del calcolo differenziale e della meccanica
Metodi Didattici
Il corso farà riferimento, oltre che ai consueti strumenti di insegnamento, anche ad alcuni esempi applicativi del metodo degli elementi finiti.
Altre Informazioni
I moderni strumenti scientifici sono sempre più complessi e la loro realizzazione è conseguentemente sempre più spesso assegnata a gruppi di lavoro multidisciplinari, spesso internazionali. Le competenze necessarie alla loro realizzazione sono sempre più estese e specifiche: in questo contesto mi pare necessaria la presenza di persone appositamente formate per affrontare il processo ideativo e realizzativo che partendo dalle necessità scientifiche del momento, possano in autonomia e usando i moderni strumenti scientifici di progettazione, arrivare ad una proposta realizzativa degli opportuni strumenti ottici necessari per adempiere gli scopi. La progettazione ottica è alla base degli strumenti osservativi per l’astrofisica ed è sempre più richiesta anche in molte altre discipline, dalle scienze applicate alla ricerca di base, all’industria.
L’Università di Firenze opera in un territorio che da sempre ha una grande vocazione nel settore dell’Ottica e pare dunque opportuno l’accensione di un corso che di questi argomenti faccia il suo cuore principale.
La formazione di personale qualificato nella progettazione ottica risulta non solo utile al nostro territorio, ma alla ricerca italiana in generale e all’INAF nello specifico: attualmente le competenze del settore, peraltro grandi, si sono formate quasi per caso, spesso in maniera autodidattica.
Credo che sia opportuno dare l’opportunità agli studenti di poter conoscere questa disciplina e apprenderne le basi, sapendo che la loro formazione specifica, inserita in un corso di laurea in fisica, astrofisica o ingegneria, darà loro modo di essere appetibili per enti di ricerca, in testa italiani, oltre che ad aziende nazionali o internazionali.
Modalità di verifica apprendimento
La verifica consisterà nella soluzione opto-meccanica di problemi progettuali di componenti ottici semplici, con particolare riferimento a quelli relativi al progetto ottico presentato in sede d'esame.
Programma del corso
Analisi degli “Science Cases” e individuazione delle criticità ottiche della strumentazione volta al loro studio;
teoria della propagazione ottica;
metodologia di funzionamento dei programma di progettazione ottica: dispersione, definizione di materiali,
introduzione all’uso del programma di progettazione ottica Zemax;
analisi di progetti ottici esemplificativi sia sequenziali che non;
Studio di sistemi ottici visibili ed infrarossi;
Principio di Marechal;
Teorema di Petzval;
Invariante di Lagrange;
Teoria delle aberrazioni ottiche e loro correzione.
Studio delle procedure di ottimizzazione;
Configurazioni multiple, sistemi 3D e simulazione dell’immagine;
Analisi delle tolleranze;
Analisi delle specifiche costruttive di ottiche;
Metodologia d’uso dei progetti ottici con programmi di progettazione meccanica 3D (per esempio AutoDesk Inventor);
Introduzione alla programmazione dello Zemax Programming Language (ZPL);
Introduzione alla meccanica dei continui:
- definizione dello stato di deformazione
- definizione dello stato di tensione
- equazioni costitutive
- principio dei lavori virtuali
Teoria della trave. Definizioni di:
- tensione/compressione
- momento flettente
- momento torcente
- taglio
Teoria delle travature:
- equazione differenziale della linea elastica
Teoria delle piastre:
- definizione dell'equazione differenziale delle piastre rettangolari
- approssimazione della piastra rettangolare sottile
- approssimazione della piastra circolare sottile
Metodo degli elementi finiti:
- introduzione al metodo
- definizione generale
- matrice di rigidezza locale
- matrice di rigidezza globale
Esempi applicativi