Ottica – Corso Di Fisica Generale – Volume IV | D. V. Sivuchin

Il quarto volume del Corso di fisica generale è dedicato all'ottica fisica ed è la prosecuzione naturale del volume precedente, nel quale è esposta la teoria dei fenomeni elettrici e magnetici.L'ottica fisica è esaminata, in que- sto volume, principalmente dal punto di vista ondulatorio (elettromagneti- co), mentre i problemi dell'ottica quantica occupano una parte molto mo- desta. Si introduce la nozione di fotone e si interpreta il processo di irrag- giamento come risultante di transizioni quantiche dei sistemi atomici da uno stato energetico ad un altro, il che è necessario per introdurre la nozio- ne di irraggiamento indotto e per spiegare il principio di funzionamento dei laser. Ma un'esposizione sistematica dei fondamenti dell'ottica quantica, nella misura in cui ciò è possibilie nel quadro della fisica generale, nonché degli effetti quantici concernenti l'ottica (effetto fotoelettrico, effetto Compton, leggi spettrali, luminescenza, effetto Zeeman, effetto Stark, ecc.) verrà data nel quinto volume, che sarà dedicato alla fisica atomica.

L'ottica geometrica viene trattata nei primi due capitoli del presente vo- lume, che servono da base nello studio dei fenomeni d'interferenza, di dif- frazione e di altre questioni dell'ottica fisica. L'ottica geometrica è presen- tata da un punto di vista tipicamente fisico, cioè come caso limite dell'otti- ca ondulatoria, allo scopo di precisarne i limiti di validità. Per semplificare lo studio dell'ottica geometrica, si prende come punto di partenza l'equa- zione d'onda nella sua forma scalare. Benché quest'equazione non sia veri-

ficata per i mezzi non omogenei, essa conduce a risultati corretti quando si passa al limite dell'ottica geometrica.L'equazione scalare non permette di giustificare la rotazione del piano di polarizzazione dei raggi luminosi in un mezzo non omogeneo, poiché a questo scopo sono necessarie le equazioni vettoriali di Maxwell. Ma ciò richiede calcoli molto laboriosi, mentre l'equazione d'onda scalare descrive correttamente gli aspetti principali del- la propagazione delle onde nei mezzi omogenei e non omogenei. L'ottica geometrica deriva da quest'equazione nel caso limite di onde corte, cioè quando le lunghezze d'onda sono piccole rispetto alle dimensioni caratteri- stiche che determinano la propagazione della luce in un mezzo dato.

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 D'altra parte la giustificazione dell'ottica geometrica, malgrado la sua importanza, può essere omessa in una prima lettura del presente volume. Dopo aver esposto le basi de/l'ottica geometrica, nel secondo capitolo di questo volume tratteremo la teoria geometrica delle immagini ottiche,

affrontando soprattutto questioni di principio. Lo studente, ad una prima lettura, può limitarsi ad assimilare la teoria della formazione delle immagi- ni nell'approssimazione di raggi parassiali e le nozioni fondamentali della fotometria. Potrà ritornare sulle altre questioni qui sviluppate, qualora ne avverta la necessità per ben comprendere l'ottica fisica.

La parte centrale del volume è costituita dalla trattazione dell'ottica fi- sica, che inizia a partire dal terzo capitolo. Incontreremo successivamente una parte dedicata alla teoria della relatività, ai prindpi di funzionamento del laser, ed inoltre saranno dati alcuni elementi di ottica non lineare. Co- me nei precedenti volumi di questo Corso, l'autore si è proposto di dare particolare risalto al significato fisico dei fenomeni ottici ed al loro collega- mento con i prindpi fisici generali.

Le questioni della storia dell'ottica, di una verifica sperimentale delle sue leggi, delle sue applicazioni nella tecnica ed in altre scienze sono toccate solo se necessarie per meglio comprendere i fenomeni ed i prindpi dell'otti- ca. Per non allungare troppo il testo, alla descrizione di esperienze dimo- strative viene dedicata una minore attenzione che nei volumi precedenti. Le dimostrazioni svolte all'Istituto fisico-tecnico di Mosca dagli assistenti dell'autore, E.N. Morozov, M.I. Maklakov, V.P. Molcanov, V.A. Kuz- netsova, ai quali sono molto grato, hanno giocato un ruolo positivo nella preparazione di questo Corso d'ottica.