FOTONICA
Anno accademico 2016/2017 - 1° anno - Curriculum FISICA DELLA MATERIACrediti: 6
SSD: FIS/03 - FISICA DELLA MATERIA
Organizzazione didattica: 150 ore d'impegno totale, 108 di studio individuale, 42 di lezione frontale
Semestre: 2°
Obiettivi formativi
Obiettivo formativo del corso è quello di fornire agli studenti i fondamenti della fotonica, la scienza alla base della emissione, controllo e rivelazione dei quanti di luce.
Prerequisiti richiesti
Nozioni di elettromagnetismo
Frequenza lezioni
La frequenza è obbligatoria.
Contenuti del corso
Amplificazione Ottica e Laser Atomici
Interazione Radiazione-Materia - Assorbimento, Emissione spontanea e stimolata – Trattazione di Einstein del Corpo Nero – Larghezza naturale di riga – Guadagno ottico - Inversione di popolazione – Processo di saturazione del guadagno – Principi base di amplificazione ottica - Sistemi a 3 e 4 livelli - Cavità di Fabry-Perot – Modi di cavità – Finesse – Laser - Funzionamento di alcuni specifici tipi di laser: il maser ad ammoniaca, il laser al rubino, il laser al neodimio, il laser ad elio-neon – Raffreddamento laser – laser annealing
Guide d’onda
Guide con specchi planari: modi di guida, costante di propagazione, distribuzione di campo, velocità di gruppo – Guide in dielettrici planari: modi di guida, apertura numerica, distribuzione di campo, velocità di gruppo – Guide bidimensionali - Accoppiamento ottico – Accoppiamento fra le guide e switching – strutture Mach Zehnder e modulatori – fibre ottiche– attenuazione e dispersione – riamplificazione del segnale
Rivelatori, LED e Celle Solari
Semiconduttori e loro transizioni ottiche - Giunzione pn - Polarizzazione diretta ed inversa - Caratteristiche capacità tensione - Caratteristiche corrente tensione - Corrente di diffusione - Corrente di generazione e di ricombinazione - Rottura di una giunzione - Diodi tunnel – Rivelatori – Rivelatori a singolo fotone - LED con semiconduttori III-V e II-VI – Efficienza di estrazione – Efficienza quantica - LED al Si:Er – LED a nano ed eterostruttura - Celle solari - Modulatori
Laser a semiconduttore
Guadagno ottico nei semiconduttori - Diodo Laser – Laser ad eterostruttura - VCSEL – Laser a cascata quantica – Laser a bassa dimensionalità
Cristalli Fotonici
Principi base di funzionamento – Nanocavità – Laser a cristallo fotonico - Applicazioni
Testi di riferimento
Saleh & Teich, Fundamentals of Photonics, John Wiley & Sons Inc.
Programmazione del corso
| * | Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|---|
| 1 | * | Gli argomenti presenti in programma, come trattati nel Saleh-Teich, sono irrinunciabili per il superamento dell'esame | Saleh & Teich, Fundamentals of Photonics, John Wiley & Sons Inc. |
N.B. La conoscenza degli argomenti contrassegnati con l'asterisco è condizione necessaria ma non sufficiente per il superamento dell'esame. Rispondere in maniera sufficiente o anche più che sufficiente alle domande su tali argomenti non assicura, pertanto, il superamento dell'esame.
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
L'esame consisterà in una prova orale nella quale lo studente discuterà e approfondirà alcuni aspetti del corso.
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
Tutti gli argomenti presenti in programma, in egual misura, saranno oggetto di domanda.