Stage estivo 18-22 giugno 2012Università della Calabria – Rende (CS)

LA LUCE ALLA/NELLA GUIDALa fisica e gli studenti: stessa lunghezza d’onda

Aiello Silvio, Dagostino Annamaria, Ferraro Alessandro, Fontana Pierpaolo, Lento Alessandro, Merli Armando, Middonno Domenico, Orlando Maria Grazia, Varone Valentina

Modulo ICT(Information and Communication Technology)

- Tecnica SOL-GEL (clean room)- Interferenza e diffrazione- Scrittura di un reticolo di diffrazione- Microscopia a forza atomica

Fasi della preparazione del Sol-Gel:

IDROLISIZr(OC3H7)4 (isopropossido di zirconio) reagisce con l’acqua; si ottiene Zr(OH)4 (idrossido di zirconio) e CH3CH2CH2OH (alcol propilico).

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, cioè di “canali” attraverso cui la luce viene intrappolata e veicolata. Questo processo è particolarmente interessante perché la luce è spesso utilizzata come veicolatrice di informazioni; il Sol-Gel è dunque molto utile per la crescita dell’ ICT.

2

Zr +

H HO

CH3-CH2-CH2

O

OO

O

HHH

CH3-CH2-CH2

CH3-CH2-CH2+ 34

CH2-CH2-CH3

Il SOL - GEL

CONDENSAZIONE

ESSICCAMENTO

Processo di evoluzione in un GEL: i prodotti dell’idrolisi reagiscono tra loro liberando acqua. Ad esempio, da due molecole del prodotto ottenuto dalla precedente reazione si ottiene, con alcune molecole d’acqua di scarto, questo tipo di reticolo:

Mettendo il tutto in una stufa l’acqua viene fatta evaporare. Otteniamo così un film (pellicola sottile) di materiale fotosensibile.

O O

O O

Zr O O

Zr

Zr Zr

Zr

Onda elettromagneticaL’elemento principale dell’interferenza è la natura ondulatoria della luce. Ad essa è associato un

campo elettrico variabile nello spazio e nel tempo: E(x,y,z)= Eo cos(kz-ωt +)

t =0; =0;

z=0; =0;

Ciò che è necessario per creare l’interferenza è che un’onda debba essere : COERENTE, MONOCROMATICA, POLARIZZATA.

vettore d’onda k=2πn/Indice di rifrazione n= c/v

-10 0 10 20 30 40 50 60

0

2

4

6

8

10

Y A

xis T

itle

X Axis Title

B

Il fenomeno dell’interferenza viene utilizzato per la scrittura del reticolo tramite raggi UV che attivano la reazione del materiale fotosensibile

La figura d’interferenza che si ottiene ha una struttura periodica che viene definita Passo del Reticolo : =λ/2n sinθ a cui si associa il vettore d’onda q = 2π/.

EQUAZIONE D’ INTERFERENZA:

TOT = 1 + 2 + 2(1 2 )cos(qx)Se 1 = 2 allora si ha un’interferenza distruttiva. Se le due onde sono in fase si ha un’ Interferenza costruttiva con 4 volte se cos(qx)=1.

L’intensità del campo elettrico (I) è data dal quadrato del modulo del campo stesso.

Set-up olografico

Laser

Beam Splitter

Beam Expander

Sample

40 m

L’AFMÈ l’acronimo di Atomic Force Microscopy, si tratta di uno dei microscopi più potenti del mondo.

Può funzionare in diversi modi, noi abbiamo utilizzato il tapping: mentre il tip 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.

Sono tre i modi di funzionamento dell’AFM:

• Contatto (d < 0,5 nm)

• No contact (0,1 nm< d < 10 nm)

• Tapping (0,5 < d < 2)

Tutto dipende dalla curva in tabella: sulle ascisse abbiamo la distanza tip – substrato, sulle ordinate la forza. All’aumentare della distanza la forza repulsiva tende a diminuire fino a raggiungere lo 0: a questo punto si trasforma in attrattiva.

Analisi topografica

L’obiettivo del modulo ICT è quello di realizzare una GUIDA D’ONDA.

Grazie ai processi fisici e chimici sopra descritti, siamo riusciti a costruire una guida d’onda.Con essa, è possibile intrappolare, indirizzare e controllare un fascio luminoso……………………

LA LUCE ALLA GUIDA