Summary of History of Modern Physics and Optical Instrumentation

Course Syllabus

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Obiettivi

1) conoscenza:

- dei passaggi fondamentali dell’evoluzione storica dell’ottica e dell’optometria

- dei fondamenti dell’ottica fisica a partire da interferenza e diffrazione introdotte nell’Ottocento fino alla teoria dei quanti di inizio Novecento

· degli sviluppi storici della strumentazione in uso in campo optometrico a partire dall’Ottocento

2) competenze

- nell'uso di alcuni strumenti in uso nella pratica optometrica

- nell'uso della statistica di base per il trattamento di dati sperimentali

L’insegnamento ripercorre la storia dell’ottica e i concetti via via introdotti nei secoli, dalle prime lenti ritrovate fino all’invenzione degli occhiali, dalla Rivoluzione Scientifica dei Seicento fino alla teoria dei quanti di inizio Novecento, senza tralasciare l’introduzione di strumenti impiegati nel campo dell’ottica e dell’optometria.

Programma esteso

PARTE 1

Lente di Layard

Storia del vetro

Storia dell’invenzione degli occhiali

Storia delle lenti a contatto

Tra Medioevo e Rinascimento: Alhazen, Rucellai, Mauròlico, Della Porta

PARTE 2

Galileo, Keplero, il telescopio: Seicento, il secolo della Rivoluzione Scientifica

Legge della rifrazione: Snell, Cartesio, Fermat

La diffrazione di Grimaldi (precursore della teoria ondulatoria)

La misura della velocità della luce: Roemer

Teorie ondulatoria e corpuscolare: Huygens e Newton

Newton e il telescopio riflettore

PARTE 3

L’ottica dell’Ottocento fino alla teoria dei quanti di inizio Novecento

Polarizzazione, interferenza, diffrazione, scattering della luce

Righe spettrali, radiazione termica, varie sorgenti di luce e loro spettri di emissione

PARTE 4

Strumentazione di uso optometrico/oftalmologico

LABORATORIO

Attività di laboratorio sulla polarizzazione della luce, sulla diffrazione, sulla spettroscopia UV-visibile, sulle tecniche di imaging dell'occhio e di misurazione di parametri oculari utilizzate in optometria (microscopia endoteliale corneale, biometria, tomografia a coerenza ottica del segmento anteriore, ecc.).

Prerequisiti

Nozioni di matematica e fisica acquisite nel primo anno del corso di laurea

Modalità didattica

L'insegnamento prevede compessivamente 6 cfu, di cui 4 cfu dedicati agli argomenti suddivisi in quattro parti riportati nel programma dettagliato e 2 cfu di attività di laboratorio (questi ultimi con frequenza obbligatoria). In particolare, le ore previste sono le seguenti:

18 ore di lezioni di tipo eragoativo in presenza;
10 ore di lezioni di tipo erogativo a distanza;
4 ore di attività supervisionata dal docente di tipo interattivo in presenza;
8 ore di attività a distanza in preparazione delle attività di laboratorio;
16 ore di attività di laboratorio di tipo interattivo in presenza.

Materiale didattico

- appunti forniti dal docente tramite la piattaforma e-learning (capitoli pdf + slides delle lezioni)

- F.W. Sears, Ottica, CEA, capitoli da 7 a 12 inclusi

- tracce di laboratorio fornite dal docente tramite la piattaforma e-learning

Periodo di erogazione dell'insegnamento

primo semestre

Modalità di verifica del profitto e valutazione

L’esame consiste in due prove: (i) scritto, (ii) orale.

Lo scopo della prova scritta è la verifica estensiva della preparazione sul programma d'esame.

Lo scopo della prova orale è la verifica della capacità di riflessione autonoma sugli argomenti del programma.

Durante il semestre, saranno proposti quattro test scritti in itinere (domande a scelta multipla, brevi esercizi, costruzioni grafiche o richieste simili), ognuno su una parte del programma, in date comunicate dal docente tramite la piattaforma e-learning.

In alternativa, gli studenti potranno affrontare la prova scritta nel giorno dell’appello ufficiale d’esame. Il test scritto nel giorno dell’appello ufficiale sarà suddiviso in quattro parti affinché chi abbia superato solo una, due oppure tre test parziali in itinere o in appelli precedenti possa limitarsi a svolgere la/e parte/i mancante/i o parti in cui abbia ottenuto esito negativo in prove precedenti.

Per accedere all’orale sarà necessario:

· essere in regola con le ore di frequenza obbligatoria al laboratorio (sono ammesse, al massimo, quattro ore di assenza compresi ingressi posticipati o uscite anticipate); gli studenti che non frequenteranno il minimo di ore di laboratorio non potranno sostenere l’esame, se non frequentando le ore di laboratorio in un anno accademico successivo.

· ottenere la sufficienza negli scritti di tutte le quattro parti del programma (nelle prove in itinere o durante gli scritti degli appelli ufficiali).

La prova orale consisterà in un colloquio e riguarderà il programma svolto.

L'esame potrà essere eventualmente svolto in inglese. Per la prova scritta, lo studente dovrà richiederlo espressamente al docente con almeno una settimana di anticipo rispetto alla data dell'esame.

Orario di ricevimento

su appuntamento da concordare via email

Sustainable Development Goals

SALUTE E BENESSERE

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Aims

1) Knowledge on:

- the historical evolution of optics and optometry

· the main concepts of physical optics from interference and diffraction to quantum theory

- the historical evolution and modern development of the instrumentation used in optics and optometry

2) skills in:

- the use of some advanced tools in use in the optometric practice

- the use of basic statistics for experimental data processing

The course concerns the history of optics and the concepts of physical optics developed in the last centuries, from the first lenses to spectacles, from the optics of the Seventeenth century to quantum optics, including the evolution of the main instrumentation applied in the field of optics and optometry.

Detailed program

PART 1

Lens of Layard

History of glass

History of spectacles

History of contact lenses

Alhazen, Rucellai, Mauròlico, Della Porta

PART 2

Galileo, Keplero, and the telescope: optics of the Seventeenth century

Refraction of light: Snell, Cartesio, Fermat

Diffraction: Grimaldi

The measure of the velocity of light: Roemer

Huygens e Newton

Newton and his telescope

PART 3

The optics of the Ninenteenth and Twenteenth centuries: from interference and diffraction of quantum optics

Polarization, interference, diffraction, and scattering of light

Light sources, black body

PART 4

Devices and instrumentation for optics, optometry, and ophthalmology

LABORATORY

Laboratory activities on polarization, diffraction, UV-visible spectroscopy, instrumentation for application in optics and optometry (corneal endothelial microscopy, biometer, anterior-segment optical coherence tomography, etc.).

Prerequisites

Concepts of mathematics and physics of the first year of the Degree in Optics and optometry

Teaching form

The course of 6 credits includes 4 credits of lectures corresponding to the four topics reported in the detailed program and 2 laboratory credits. Attendance at laboratory lessons is mandatory.
The details of the activity is as follows:

18 hours of lessons in person;
10 hours of lessons at distance
4 hours of activities undeer the supervision of the lecturer in person;
8 hours of activities at distance in preparation of the laboratory activities;
16 hours of laboratory activities in person.

Textbook and teaching resource

- notes on the e-learning page of the University

- F.W. Sears, Ottica, CEA, chapters 7-12

- notes on the laboratory activities on the e-learning page of the University

Semester

first semester

Assessment method

The test consists of a written test and an oral test.

The purpose of the written test is the extensive verification of the preparation on the exam program.

The purpose of the oral exam is to verify the ability to autonomously thinking and discussion on the topics of the program.

During the semester, four in-itinere written tests (multiple choice questions, brief exercises, graphic constructions or similar requests) will be proposed, each one part of the program, on dates communicated by the lecturer through the e-learning platform.
Alternatively, students will be able to carry out the written exam on the day of the official exam sessions. The written part of the exam on the day of the official exam will be divided into four parts so that those who have passed only one, two, or three partial tests in itinere or in previous exams can carry out only the part(s) missing or with previous negative result.

To access the oral, students will need to:

· Be in compliance with the mandatory attendance hours of the laboratory activities (at most, four hours of absence, including late arrivals or early exits); students who do not attend the minimum of laboratory hours will not be able to take the exam, if not attending the laboratory hours in another academic year.

· Obtain the sufficiency in the written exams of all the four parts of the program (in the in-itinere exams or during the written official exams).

The oral exam will cover the program of the course.

The exam can be done in English. For the written exam, the student must expressly request it to the lecturer at least one week in advance of the exam date.