Spettroscopia laser: Introduzione alla interazione radiazione-materia, modi in una cavità e loro densità spettrale. Radiazione termica e legge di Planck, emissione di corpo nero, densità spettrale di energia al variare della temperatura. Assorbimento, emissione indotta ed emissione spontanea, coefficienti di Einstein.

Spettri di assorbimento e di emissione: probabilità di transizione, vita media per emissione spontanea e transizioni non radiative. Processo di assorbimento in approssimazione semiclassica: impostazione delle equazioni descrittive del problema, approssimazione di campo forte e debole, discussione delle soluzioni.

Larghezza e profilo delle righe spettrali: larghezza naturale, profilo lorentziano della radiazione emessa relazione tra larghezza di riga e vita media, larghezza naturale per transizioni di assorbimento, coefficiente di assorbimento. Allargamento Doppler delle righe spettrali ed allargamento per collisioni. Assorbimento lineare, legge di Beer e assorbimento saturato.

Strumenti spettroscopici: spettrometri a prisma ed a reticolo, monocromatori, principi di funzionamento, potere risolutivo e risoluzione. Interferometri: principi di funzionamento. Interferometro Fabry-Perot: trasmissione in funzione della lunghezza d'onda, dell'angolo della Finesse, potere risolutivo, Fabry-Perot piano e confocale, esempi ed applicazioni.
Esercitazioni in laboratorio sulla caratterizzazione di sorgenti differenti utilizzando un monocromatore.

I laser: Principi di funzionamento, inversione di popolazione, cavità risonanti, mezzo attivo e pompaggio, oscillazione ed amplificazione, condizione di soglia, risonatori aperti e perdite per diffrazione, stabilità dei risonatori ottici, caratteristiche spettrali e spaziali dell'emissione laser. Proprietà dell'emissione: direzionalità, brillanza, coerenza spaziale e temporale. Tipi di laser.
Richiami sui semiconduttori. LED. Principi di funzionamento di un laser a semiconduttore. Caratteristiche spettrali dell'emissione. Emissione vs J, caratteristica corrente-potenza, emissione vs T, accordabilità. Caratteristiche spaziali dell'emissione. Danneggiamento e vita media, utilizzo in sicurezza di un laser.
Esercitazione sulle caratteristiche dell'emissione di un laser a diodo.

Tecniche spettroscopiche: Spettroscopia in assorbimento e trasmissione: tecnica. Applicazioni.
Cenni alla struttura atomica dei metalli alcalini. Interazione spin-orbita. Momento angolare totale. Notazione spettroscopica. Separazione di stuttura fine. Struttura iperfine. Doppietto del Sodio. Spettro del Rubidio allargato Doppler.
Spettroscopia in saturazione: assorbimento saturato, tecnica, applicazioni. Spettro sub-Doppler del Rb, cross over.

Spettroscopia in modulazione di frequenza, Spettroscopia in fluorescenza (LIF), Spettroscopia a due fotoni.
Preparazione e montaggio in laboratorio di un apparato sperimentale per la spettroscopia laser in assorbimento di atomi di Rb. Acquisizione dello spettro, misura della densità atomica a temperatura ambiente in cella, verifica della legge di assorbimento al variare dei suoi parametri
Osservazione e misura dell'effetto di desorbimento atomico di Rb indotto da un LED. Implementazione dell'apparato sperimentale per la spettroscopia in saturazione di atomi di Rb.

Raffreddamento ed intrappolamento di atomi neutri:
Breve storia, Fasci atomici, pressione di radiazione, conservazione energia ed impulso nell'interazione atomo-fotone, effetti meccanici della luce, forza di scattering, raffreddamento di fasci atomici, effetto Zeeman, pompaggio ottico. Raffreddamento Doppler in 3D, melassa ottica, confinamento spaziale, MOT, forza dipolare, trappole magnetiche, raffreddamento di Sisifo, raffreddamento evaporativo.