Luogo e data di nascita : Scandicci (Fi)

&XUULFXOXP9LWDHGL5LFFDUGR0HXFFL
'DWLDQDJUDILFL
Luogo e data di nascita : Scandicci (Fi) - 02/03/1956
Stato civile : coniugato con tre figli
7LWROLGLVWXGLR
•
Laurea in Fisica della Facoltà di Scienze Matematiche Fisiche e Naturali dell' Università
di Firenze, conseguita il 20/12 / 1982 col massimo dei voti (110/110).
•
Diploma della Scuola di Specializzazione in Ottica dell'Università di Firenze, conseguito il
13/03/1987 col massimo dei voti più lode (70/70 +lode).
3RVL]LRQLULFRSHUWH
•
Ricercatore presso l'Istituto di Cibernetica del CNR di Arco Felice (Na) dal 01/03/84 al 01/02/87.
•
Ricercatore presso l'Istituto Nazionale di Ottica (INO) dal 01/02/1987.
•
Primo Ricercatore presso l'INO dal 01/07/1992.
,QFDULFKLULFRSHUWL
•
Dirigente per incarico dell'Unità Organica n.1 (Ottica Quantistica ) dell' INO dal 01/11/90 al
31/08/94.
•
Responsabile della sezione staccata dell'INO presso il Dipartimento di Scienze Fisiche
dell'Università di Napoli "Federico II " e poi presso l’Istituto di Cibernetica del CNR di Arco
Felice (Napoli) dal 28/10 /94 al 5/10/2001.
•
Dirigente per incarico dell’Unità Organica n° 6 (Ottica Quantistica Sperimentale) dell’INOA dal
5/10/2001.
•
Referee delle seguenti riviste :
Nuovo Cimento D, Optics Communications,
Physical Review A/E, Physical Review Letters.
$OWULLQFDULFKL
1
•
Responsabile scientifico del contratto di ricerca del CNR n° 9600267.CT02 “Dinamica nonlineare
in sistemi ottici” (Prot. INO 2 Feb. 98, n° 96) per un importo di 60Mlire e del contributo di ricerca
del CNR n° 970072.CT02 (Prot. INOA 14 Dic. 2000, n° 919) per un importo di 30Mlire.
•
Responsabile scientifico per l'Istituto Nazionale di Ottica dei seguenti Progetti CEE:
"Noise and chaos in nonlinear dynamical systems" (n. SC1*-CT91-0697) dal 1/10/1991 al
30/09/1993 per un importo di 57MLire.
"Nonlinear phenomena and complex systems" (n. CHRX-CT93-0107.VII) dal 1/10/1993
al 31/3/1996 (Prot. INO 29 Apr. 1996, n° 392) per un importo di 40.000 "Spatially Extended Dynamics" (n. ERB FMRX-CT-96-0010) dal 1/9/1996 al 31/08/1999
per un importo 210.000 3URW,126HWWQƒ
"Control and Synchronization of Spatial Extended Nonlinear Systems" (n. HPRN - CT2000 - 00158) dal 1/9/2000 al 31/8/2003 (Prot. INOA 27 Ago. 2001, n° 782) per un
importo di 180.000 •
Responsabile del progetto di azione integrata Italia-Spagna "Sincronizzazione e controllo in
sistemi ottici nonlineari" (n° IT853) attivato con l’Università Rey Juan Carlos di Madrid.
$WWLYLWjGLGDWWLFD
Il sottoscritto ha svolto la seguente attività didattica :
1.
presso la Scuola di Specializzazione di Ottica (Università di Firenze) dove ha tenuto alcune
lezioni del corso di Ottica (Prof. A. Consortini) durante gli anni accademici 87-88 e 88 - 89.
2.
presso il Centro Internazionale di Fisica Teorica di Trieste dove ha svolto attività didattica come
istruttore di laboratorio durante i Training College on Physics and Characterization of Lasers and
Optical Fibers tenuti negli anni 90 - 91 -92- 93. Ha inoltre svolto i seguenti seminari:
- Chaos in Lasers (Winter College on High resolution Spectroscopy, 8/1-2/2 1990).
- CO2 Lasers (Second Training College on Physics an Technology of Lasers and Optical Fibers,
21/1-15/2 1991).
- CO2 Lasers Physics (Third Training College on Physics an Technology of Lasers and Optical
Fibers, 27/1-21/2 1992).
- Single Mode CO2 Lasers (Fourth Training College on Physics an Technology of Lasers and
Optical Fibers, 18/1-5/2 1993).
3.
presso l’Università di Cape Coast (Ghana) dove ha tenuto un ciclo di lezioni sui seguenti
argomenti :
- Introduction to Laser Physics
- Noise Phenomena and Chaotic Instabilities
- Detection of Optical and Infrared Radiation.
4.
presso il Dipartimento di Scienze Fisiche dell'Università di Napoli "Federico II" dove ha tenuto
un ciclo di seminari per gli studenti del Dottorato in Fisica su:
- Introduzione al caos deterministico ed esperimenti di dinamica caotica con il laser.
2
5.
presso l’Università di Firenze dove è stato docente del corso di Ottica Quantistica del Diploma
Universitario in Ottica Tecnica per gli anni accademici 1999/2000, 2000/2001, 2001/2002 e
confermato per il 2002/ 2003.
6.
E'stato correlatore e/o relatore per le tesi di laurea svolte presso l'
Istituto Nazionale di Ottica per i
seguenti studenti: A. Lapucci, M. Ciofini, F. Pavone, L. Pezzati, S. Balestri, D. Jafrancesco, A.
Labate, E. Allaria, M. Stanghini, M. Galanti, M. L Ramon (Universidad de Navarra, Pamplona ,
Spagna).
6RJJLRUQLDOO¶HVWHUR
“Visiting scientist” presso University of Maryland, College Park MD (USA) presso il gruppo del Prof.
R. Roy per i periodi: dal 28/09/2001 al 30/11/2001; dal 18 /07 2002 al 24/08/2002. Qui ha svolto
ricerche nel campo dei laser a stato solido pompati da diodi laser e degli amplificatori ottici a fibra
ottica. Durante lo stesso periodo ha collaborato col Dr. I.B. Schwartz ed il Dr. I. Triandalf del Naval
Research Laboratory (Washington D.C.) su problemi di “sustaining chaos”.
$WWLYLWj6FLHQWLILFD
Attività scientifica del sottoscritto è di tipo sperimentale e si è svolta prima presso l'
Istituto di
Cibernetica del CNR nel campo delle instabilità in sistemi bistabili di tipo ibrido e in quello
dell'
interazione radiazione materia con tecniche di interferometria olografica.
Ricevuto il trasferimento presso l'
Istituto Nazionale di Ottica ha svolto la sua attività presso il
Laboratorio laser CO2 dove ha sviluppato le seguenti ricerche.
-
,QVWDELOLWjFDRWLFKHLQODVHUVLQJRORPRGR
7UDQVLWRULODVHUPLFURVFRSLRVWDWLVWLFR
0RGHOOLSHUODGLQDPLFDGHLODVHUD&2 HGHLODVHULVRWURSLFL
-
&RQWUROORGHOFDRVQHLODVHU
,QVWDELOLWjVSD]LRWHPSRUDOLHVLVWHPLODVHUFRQULWDUGR
6LQFURQL]]D]LRQHHEXUVWLQJQHLODVHUHGDQDORJLHFRQLVLVWHPLELRORJLFL
,QGDJLQHRWWLFDQHOPHGLRLQIUDURVVR
,QVWDELOLWjFDRWLFKHLQODVHUVLQJRORPRGR
Questa linea di ricerca si è fortemente sviluppata dopo lo svolgimento della tesi di laurea nella quale si
evidenziava sperimentale per la prima volta il caos deterministico in un sistema quantistico come il
laser [L-1].
Il laser impiegato era un laser a CO2 singolo modo con modulazione periodica delle perdite della cavità
laser. Con questo accorgimento fu possibile osservare la transizione al caos in un laser di classe B, cioè
un laser la cui dinamica è regolata da due gradi di libertà: il campo e.m. e l'
inversione di popolazione.
Successivamente, questa ricerca si è rivolta allo studio di altre configurazioni sperimentali in cui è stata
osservata la transizione al caos.
Particolare attenzione è stata rivolta al laser con feedback (F.T. Arecchi, R. Meucci and
W.Gadomski, "Laser dynamics with competing instabilities", Phys. Rev. Lett. , 2205 (1987)).
In questa configurazione il terzo grado di libertà, necessario per l'
insorgere di un regime caotico, è
costituito da un circuito di feedback in cui un segnale proporzionale all’intensità d'
uscita del laser viene
inviato ad un modulatore elettroottico posto nella cavità ottica. Questa configurazione sperimentale ha
permesso di osservare, oltre alla transizione al caos per mezzo di biforcazioni subarmoniche
3
(biforcazione di tipo locale), un altro tipo di biforcazione di tipo globale associata alla comparsa di una
orbita omoclinica nello spazio delle fasi. Quest'ultimo tipo di caos (caos di Shilnikov) è stato
caratterizzato con la tecnica della mappa dei tempi di ritorno, che è stata successivamente impiegata
anche da altri gruppi sperimentali per caratterizzare instabilità dello stesso tipo in laser a CO2 con
assorbitore saturabile.
7UDQVLWRULODVHUPLFURVFRSLRVWDWLVWLFR
Sin dall’avvento della fisica quantistica, l’attenzione si è rivolta ad apparati di misura macroscopici
che contengono informazione su eventi microscopici. In ottica quantistica, il processo di emissione
spontanea gioca un ruolo fondamentale poiché l’emissione laser trae origine proprio da questo
fenomeno. In questo contesto si colloca il metodo del microscopio statistico che permette un’accurata
determinazione di un piccolo numero di fotoni di emissione spontanea mediante il processo di
amplificazione ottica legato all’emissione stimolata.
Questa misura statistica viene dedotta
studiando i transitori di accensione del laser. La
caratterizzazione dei transitori è stata effettuata studiando la distribuzione dei tempi di primo
passaggio, cioè dei tempi che intercorrono tra l'istante in cui le perdite del laser vengono rapidamente
cambiate (partendo da un valore per cui il laser è sotto soglia) e l'istante in cui l’intensità del laser
raggiunge per la prima volta un determinato valore misurabile. Quest’ultimo valore dovrà essere minore
dell’intensità di saturazione in modo da poter usare l'approssimazione lineare durante la fase di “buildup” dell'impulso laser.
Dalla misura del tempo medio e della “standard deviation” della distribuzione dei tempi di primo
passaggio (ossia di due quantità macroscopiche) è possibile dedurre il numero medio iniziale di fotoni
di emissione spontanea dal quale ha origine il processo laser. Il metodo studiato, indipendente da
modelli, agisce quindi come un “microscopio statistico” consentendo la stima di una quantità che è
almeno 10 ordini di grandezza più piccola dell’intensità laser su cui vengono effettuate le misure. Un’
altra peculiarità del metodo è quella di discriminare il numero iniziale medio di fotoni dal contributo di
rumore lungo il cammino di amplificazione. In altri termini, il metodo risulta indipendente dalle
caratteristiche statistiche del processo di amplificazione ( F.T. Arecchi, W. Gadomski, R. Meucci and
J.A. Roversi, "Dynamics of laser buildup from quantum noise", Phys. Rev. $, 4004 (1989); F.T.
Arecchi, R. Meucci, J.A. Roversi, "Determination of a small photon number by statistical amplifying
transients", Europhys. Lett. (3), 225 (1989)).
L’analisi dei transitori laser risultata anche essere un potente mezzo di indagine per lo studio di
distribuzioni anomale di tempi di primo passaggio caratterizzate dalla presenza di un doppio picco.
Questo fenomeno è legato al ruolo delle fluttuazioni nell’ inversione di popolazione oltre a quello
dovuto alle fluttuazioni di emissione spontanea sul campo elettrico. In altri termini, nella statistica dei
transitori dei laser di classe B, a differenza di quanto accade in quelli di classe A, è necessario
considerare anche il rumore nell’inversione di popolazione specialmente quando la condizione iniziale
del laser è fissata in prossimità della condizione di soglia ( M. Ciofini, A. Lapucci, R. Meucci, Peng-Ye
Wang and F.T. Arecchi, "Two-peak passage-time distributions in transient CO2 lasers near threshold",
Phys. Rev. A , 5874 (1992)).
Lo studio dei transitori laser si è rivelato particolarmente utile anche nel caso in cui si effettua una
variazione lineare lenta del parametro di pompaggio o delle perdite della cavità. In questo caso è stato
evidenziato il fenomeno del ritardo della prima biforcazione del laser, ossia del ritardo che esiste
rispetto alla condizione in cui la soglia viene superata in maniera quasi statica (M. Ciofini, R. Meucci,
F.T. Arecchi, "Transient statistics in a CO2 laser with slowly swept pump", Phys. Rev. A , 482
(1990).
.
0RGHOOLSHUODGLQDPLFDGHLODVHUD&2 HGHLODVHULVRWURSLFL
4
Parallelamente alle prime due attività, il sottoscritto si è occupato dello studio di modelli dinamici per il
laser a CO2. Infatti, in questo tipo di laser, oltre ai due livelli laser risonanti giocano un ruolo essenziale
anche altri livelli rotazionali della stessa banda vibrazionale. Solamente modelli che includono questo
tipo di accoppiamento non radiativo riescono a spiegare bene l’evoluzione temporale durante i transitori
e quella in regime caotico. Il numero effettivo di livelli rotazionali Z coinvolti nelle dinamica laser può
essere determinato mediate l’analisi di Rigrod largamente usata per determinare le caratteristiche di
uscita di laser di potenza. Poiché i livelli rotazionali agiscono come riserva di energia per l’emissione
laser, il numero Z è un parametro importante perché agisce fortemente sull’intensità di uscita sia in
regime continuo che impulsato. Infatti è stato teoricamente dimostrato che il modello a quattro livelli
prevede un’intensità di saturazione che è circa Z volte maggiore di quella stimata dal semplice modello
a due livelli [L-3].
La descrizione dell’emissione laser con cavità isotropa ideale, dove non esistono elementi che a priori
selezionano un preciso stato di polarizzazione lineare, richiede una trattazione vettoriale del campo
elettrico. Il comportamento di questi laser dipende dal valore del momento angolare J dei due livelli
atomici o molecolari in risonanza con il campo elettromagnetico e dai valori relativi dei “rates” delle
variabili atomiche. In particolare per un risonatore isotropo e per transizioni J=0 È J=1 o J=1 È J=0 la
scelta tra emissione circolare o lineare dipende dal rate della coerenza tra i due sottolivelli attivi dello
stato J=1 (Jz=±1). Nel caso di un laser con risonatore quasi isotropico occorre discriminare tra effetti
intrinseci legati alla coerenza tra stati con lo stesso valore del momento angolare J e residui effetti
estrinseci legati ad anisotropie delle perdite e di fase tra due modi ortogonalmente polarizzati in
competizione tra di loro.
Lo studio dei transitori di polarizzazione in un laser a CO2 è stato per prima affrontato con un modello
fenomenologico dove l’accoppiamento tra variabili atomiche e campo è stato introdotto ad hoc [L-6].
Recentemente, il modello è stato modificato per tener conto della coerenza tra i sottolivelli coinvolti
nella transizione che nel caso della molecola di CO2 è del tipo J=19 È J=20. Il “rate” della coerenza in
questo caso è stato dimostrato essere vicino al “rate” dell’inversione di popolazione (γ||).
Il sottoscritto ha inoltre investigato la dinamica dei laser a metanolo pompati da un laser a CO2, quella
dei laser vibronici (laser ad alessandrite) e durante il suo soggiorno presso l’Università del Maryland
quella dei laser Nd- YAG pompati da un diodo laser.
&RQWUROORGHOFDRVQHLODVHU
Si tratta di una linea di ricerca che partendo dall’investigazione di un sistema laser in regime caotico ha
portato allo sviluppo di tecniche che consentono la stabilizzazione di una delle orbite periodiche
instabili che compongono l’attrattore caotico. L’impiego di piccole perturbazioni sinusoidali applicate
ad un parametro di controllo si è dimostrato un efficiente metodo per stabilizzare la dinamica caotica del
laser con modulazione delle perdite e quella del laser con feedback. Accanto a queste tecniche in catena
aperta sono state sviluppate tecniche di controllo in catena chiusa che consentono oltre alla
stabilizzazione di un’orbita periodica instabile il suo “tracking” al variare dei parametri di controllo[L4]. Questa linea di ricerca, dalle molteplici ricadute sia di carattere generale che applicativo, è stata
recentemente rivolta anche verso lo studio di quelle tecniche che consentono di sostenere il caos in
regioni dove scompare per effetto di crisi. Il caos infatti può essere un comportamento desiderabile in
diversi campi come in biologia, in meccanica oltre che nei sistemi ottici. In meccanica, ad esempio, un
regime caotico dove l’energia è distribuita fra diversi modi può essere preferito ad un regime periodico
caratterizzato da ampie oscillazioni su di un singolo modo risonante. Un altro esempio dove
l’esistenza del caos è desiderabile riguarda la dinamica di modelli evolutivi in cui la scomparsa del caos
conduce all’estinzione di una specie. In collaborazione con ricercatori del Naval Research Laboratory
(Washington D.C.) è stato dimostrato che in laser modulato una piccola perturbazione subarmonica
con una opportuna fase può essere adoperata sia per sostenere il caos che per sopprimerlo. Lo studio a
carattere teorico-sperimentale ha fatto uso dell’ approccio generale consistente nella ricerca delle
intersezioni dei “ manifolds” instabile e stabile nelle spazio delle fasi (I.B. Schwartz, I. Triandaf, R.
5
Meucci and T.W. Carr, “Open loop sustained chaos and control – a manifold approach” Phys. Rev. E
, 026213 (2002)).
,QVWDELOLWjVSD]LRWHPSRUDOLHVLVWHPLODVHUFRQULWDUGR
La transizione al caos alto-dimensionale nei sistemi ottici, ossia l’interazione di un elevato numero di
gradi di libertà, è stata realizzata in due casi distinti. Nel primo caso permettendo a molti modi di
competere in un risonatore ottico, nel secondo caso introducendo un opportuno meccanismo di
“feedback” ritardato. Sistemi fisici e biologici retti da equazioni con ritardo costituiscono una classe di
sistemi ancor oggi in larga parte inesplorati.
Per lo studio della competizione tra i modi del risonatore sono stati impiegati due tipi diversi di laser.
Nel primo caso è stato utilizzato un laser a CO2 a guida d’onda, con diametro interno di 4 mm, dove la
selezione dei modi trasversi è determinata variando la distanza tra la terminazione della guida e lo
specchio di accoppiamento. Per un opportuno valore del parametro confocale è stato evidenziato un
comportamento caotico derivante dall'
interazione nonlineare tra due modi traversi ( F.T. Arecchi, R.
Meucci and L. Pezzati, "Chaos in a CO2 waveguide laser due to transverse mode competition", Phys.
Rev. A , 5791 (1990)).
L’altra configurazione impiegata fa invece uso di laser convenzionali con elevato numero di Fresnel.
E'stato infine studiato l’effetto di un “feedback” ritardato che risulta essenziale per la comparsa di
dinamiche alto dimensionali. Il fatto che un sistema dinamico con ritardo abbia uno spazio delle fasi
infinito dimensionale suggerisce che possa essere assimilato a un sistema spazialmente esteso. Una
stretta analogia tra queste due classi di sistemi può essere fatta considerando la variabile tempo t sotto
un duplice aspetto: come una variabile spaziale continua tra 0 e τ, dove τ è il ritardo e come una
variabile discreta n che conta il trascorrere del tempo in unità di ritardo ( F.T. Arecchi, G. Giacomelli,
A. Lapucci and R. Meucci, "Two- dimensional representation of a delayed dynamical system", Phys.
Rev. A , R4225, (1992). L’uso di questa rappresentazione bidimensionale ha permesso lo studio di
due diversi regimi di caos spazio-temporale caratterizzati dalla presenza di difetti di fase, ossia eventi
localizzati dove la fase di un treno di oscillazioni regolari subisce un salto e l’ampiezza delle
oscillazioni diminuisce sensibilmente. I due regimi sono stati sperimentalmente caratterizzati studiando
l’evoluzione temporale dei difetti[L-2].
6LQFURQL]]D]LRQHHEXUVWLQJQHLODVHUHGDQDORJLHFRQLVLVWHPLELRORJLFL
L’indagine di un sistema ottico come un laser in regime di caos omoclinico, caratterizzato da tempi di
ricorrenza erratici, ha mostrato dei comportamenti che hanno delle forti analogie con quelle di alcuni
sistemi biologici (cellule cardiache del nodo sinoatriale, cellule neuronali dell’ippocampo).
La sequenza di impulsi caratteristica di questo regime può essere sincronizzata per mezzo di una
piccola perturbazione periodica applicata ad un parametro di controllo come la corrente di eccitazione.
L’uso di una frequenza di modulazione diversa da quella ottimale induce SKDVHVOLSV cioè eventi in cui
la fase del laser ha una brusca variazione di 2π rispetto alla modulazione esterna. Basandosi su questa
informazione la frequenza di modulazione può essere riaggiustata fino ad eliminare i SKDVH VOLSV. In
questo modo abbiamo realizzato un metodo adattivo di aggancio della frequenza naturale di questo
sistema [L-5]. Recentemente è stata sperimentalmente caratterizzata la transizione verso lo stato di
sincronizzazione. Questa transizione è caratterizzata dalla presenza di un regime di sincronizzazione
periodica di fase in cui i SKDVHVOLSV avvengono con la massima coerenza. E’ stato inoltre dimostrato
che questo regime avviene nel punto di incrocio tra due leggi di scala per i SKDVHVOLSV [L-8]. Inoltre,
per la prima volta, è stato investigato da un punto di vista sperimentale il fenomeno della
sincronizzazione di un laser prodotto da due frequenze. In questo caso è stato impiegato un laser a
Nd-YAG con modulatore acusto-ottico operante in un regime non di caos omoclinico ed è stata
evidenziata una competizione tra le due frequenze e la loro media nel processo di sincronizzazione di
6
fase[L-10]. In questo caso la ricerca è stata fatta all’ Università del Maryland in collaborazione con il
gruppo del Prof. R. Roy.
L’uso di una frequenza di modulazione molto più bassa di quella naturale del sistema conduce
all’osservazione del fenomeno del EXUVWLQJ dove sequenze regolari di impulsi sono separate da lunghi
periodi quiescenza in analogia a quanto avviene nell’attività elettrica delle cellule neuronali. La ricerca
ha dimostrato che questo fenomeno può avvenire anche in maniera autonoma ossia mediante un
opportuno feedback secondario ottenuto filtrando a bassa frequenza il segnale d’uscita del laser [L-7].
In questo ambito è stato infine studiato il ruolo di una piccola perturbazione ritardata. La capacità di
questa perturbazione di memorizzare lunghe sequenze di impulsi omoclinici, la cui durata risulta pari a
quella durata del ritardo selezionato, trova una stretta analogia con meccanismi neuronali a livello
dell’ippocampo responsabili del processo di consolidamento della memoria. In altri termini, una
piccola perturbazione applicata in modo continuo costituisce l’analogo di un processo di continua
riattivazione di un particolare recettore situato nelle regione ippocampale. Rimane dunque confermata
l’importanza dell’indagine sui sistemi laser caotici per la loro valenza e generalità.
,QGDJLQHRWWLFDQHOPHGLRLQIUDURVVR
Mediante l’utilizzo di laser a CO2 direttamente sviluppati e realizzati in laboratorio, il sottoscritto ha
indagato sui diversi fenomeni di ottica nonlineare e su applicazioni biomediche.
Tra questi citiamo l’effetto optogalvanico, le proprietà ottiche dei cristalli liquidi, l’olografia digitale e
le applicazioni in campo biomedico.
L’effetto optogalvanico, sebbene sia ben noto e largamente usato in spettroscopia atomica e molecolare
ad alta risoluzione, non ha ancora ricevuto una completa interpretazione teorica, soprattutto quando è
osservato direttamente sulla scarica di un laser molecolare. In questo caso, le variazioni di impedenza
della scarica sono state interpretate da un modello dove la dinamica del laser si combina con gli effetti
termici indotti dal processo di emissione stimolata ( R. Meucci, Peng-ye Wang and A. Lapucci,
"Dynamic behavior of the optogalvanic effect in a CO2 laser", Optics Lett. , 1040, (1991)).
Nella regione del medio infrarosso non esistono caratterizzazioni e pochissimi esperimenti sulle
proprietà ottiche dei cristalli liquidi in fase nematica e isotropa a causa delle difficoltà di rivelazione
della radiazione. Diversi fenomeni di ottica nonlineare sono stati investigati ed in particolare quello
della “self–phase modulation’’ in cui compaiono dei pattern ad anelli concentrici quando l’intensità
incidente supera un certo valore di soglia (soglia di Freedericksz). Tale fenomeno è il risultato di una
dipendenza dell’indice di rifrazione dall’intensità incidente ( processo nonlineare del terzo ordine ).
Assumendo che fascio laser incidente abbia una dipendenza gaussiana, la parte nonlineare delle
differenza di fase avrà un’analoga distribuzione spaziale. La distribuzione di intensità sul piano di
osservazione sarà data dall’integrale di Kirchhoff. L’analisi del fenomeno ha consentito la
determinazione delle costanti elastiche e della parte nonlineare dell’indice di rifrazione dei campioni
usati [L-9]. Oltre ai processi indotti dal campo laser sono stati investigati anche quelli nonlineari indotti
dalla temperatura in cristalli liquidi in fase isotropa (S. Brugioni and R. Meucci “Thermally induced
nonlinear optical effects in an isotropic liquid crystal at 10.6µm “accettato per pubblicazione su Appl.
Opt. )
Le potenzialità della olografia digitale per la ricostruzione numerica dei fronti d’onda sono state
inizialmente investigate nelle regione visibile (S. Grilli, P. Ferraro, S. De Nicola, A. Finizio, G.
Pierattini and R. Meucci “Whole optical wavefields reconstruction by digital holography” Opt. Express
, 294 (2001)). Recentemente, questa tecnica è stata applicata per la prima volta all’infrarosso dove
sono stati registrati ologrammi di Fresnel fuori asse di oggetti posti in un interferometro di MachZehnder a 10.6 µm. A questa lunghezza d’onda gli ologrammi sono stati registrati su di un array di
sensori con risoluzione spaziale inferiore a quella richiesta per la regione visibile. In particolare, è stata
dimostrata la possibilità di impiegare un rivelatore composto da 124 *124 sensori pirolettrici separati
7
da una distanza di 100 µm (E. Allaria S. Brugioni, S. De Nicola, P. Ferraro, S. Grilli and R. Meucci
"Digital Holography at 10.6 µm” accettato per pubblicazione su Opt. Commun.11 Novembre 2002).
Mediante un laser a CO2 di piccola potenza è stato investigato il sensorio termico in soggetti sani e in
pazienti affetti da fibromialgia, una sindrome reumatica caratterizzata da diffusi dolori muscolari.
Una peculiarità del laser a CO2 è quella di essere completamente assorbito negli strati più superficiali
della cute dove sono situati i recettori termici e del dolore superficiale. Rispetto ai metodi tradizionali di
stimolazione con questo tipo di laser si ha un miglior controllo dell’ area stimolata e
conseguentemente del numero di recettori. Recentemente, è stato condotto uno studio sulla valutazione
delle migliori condizioni sperimentali per la determinazione dell’ energia di soglia (espressa come
densità superficiale di energia ) che induce la sensazione di dolore pungente causata da radiazione a
10.6 µm (M.R. Voegelin, M. Zoppi, R. Meucci, D. Jafrancesco and A. Bartoli “ Factors influencing the
pricking pain termal threshold using a CO2 laser” accettato per pubblicazione su Physiological
Measurement ).
8
3XEEOLFD]LRQL
1.
F.T. Arecchi, R. Meucci, G. Puccioni and J. Tredicce, "Experimental evidence of subharmonic
bifurcations, multistability and turbulence in a Q-switched gas laser", Phys. Rev. Lett. ,
1217 (1982).
2.
L.R. Ronchi, R. Meucci, "Heterochromatic brightness match variability and transient
adaptation", Optica Acta , 1061 (1984).
3.
F.T. Arecchi, W. Gadomski and R. Meucci, "Generation of chaotic dynamics by feedback on
a laser", Phys. Rev. A , 1617 (1986).
4.
F.T. Arecchi, R. Meucci and W. Gadomski, "Laser dynamics with competing instabilities",
Phys. Rev. Lett. , 2205 (1987).
5.
F. Bloisi, L. Vicari, P. Cavaliere, S. Martellucci, J. Quartieri, R. Meucci and G. Pierattini,
"Experimental configuration of laser-induced temperature field model by means of
microholographic interferometry", Nuovo Cimento, Vol. 9D, n. 2, 185 (1987).
6.
F.T. Arecchi, W. Gadomski, R. Meucci and J.A. Roversi, "Swept dynamics of a CO2 laser
near threshold: two-versus four-level model", Opt. Comm. , 47 (1988).
7.
R. Meucci, A. Poggi, F.T. Arecchi and J.R. Tredicce, "Dissipativity of an optical chaotic
system characterized via generalized multistability", Opt. Comm. , 151 (1988).
8.
F.T. Arecchi, A. Lapucci, R. Meucci, J.A. Roversi and P. Coullet, "Experimental
characterization of Shil’nikov chaos by statistics of return times", Europhys. Lett. , 677
(1988).
9.
F.T. Arecchi, W. Gadomski, A. Lapucci, H. Mancini, R. Meucci and J.A. Roversi, "Laser with
feedback: an optical implementation of competing instabilities, Shil’nikov chaos, and transient
fluctuations enhancement", Journal Opt. Soc. Am. B , 1153, (1988).
10. F.T. Arecchi, W. Gadomski, R. Meucci and J.A. Roversi, "Behavior of a CO2 laser near
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Firenze, 7 Ottobre 2003
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