ITALIANO

Principi di ottica; Fibre ottiche e ottica guidata; Componenti optoelettronici; Laser: Interazione radiazione-materia; Proprietà ottiche dei materiali semiconduttori; Sorgenti e rivelatori di luce a semiconduttori; Dispositivi fotovoltaici; Modulatori e amplificatori ottici; Sensori di misura optoelettronici.

S. O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Prentice Hill 2001
R. Noé, Essentials of Modern Optical Fiber Communication, Springer-Verlag 2010
A. Cutolo, Optoelettronica, ottica, fotonica e laser, McGraw Hill Italia (1997)
S. Solimeno, B. Crosignani, P. Di Porto, Guiding, confinement and diffraction of optical radiation, Academic Press, New York 1987
Optical Fiber Sensors: Application, analysis and future trends, J. Dakin and B. Culshaw Editors-Artech House 1997

Fornire gli elementi base per la progettazione e l'analisi di circuiti optoelettronici in guida dielettrica planare e fibra ottica, con particolare enfasi alle applicazioni alla trasmissione delle informazioni, alla conversione diretta dell'energia e alla implementazione di sensori di grandezze chimiche e fisiche

Fondamenti di Elettronica, Fisica, Campi Elettromagnetici

Lezioni frontali e esercitazioni in laboratorio

Prova orale

Le trasparenze delle lezioni sono rese disponibili a cura del docente.

Principi di ottica: Spettro elettromagnetico - Equazioni di Maxwell - Ottica geometrica - Riflessione e rifrazione – Diffrazione – Ottica parassiale – Dualismo onda-particella - Equazione di Schrödinger - Formalismo ABCD - Matrici di Jones - Propagazione nei mezzi anisotropi – Polarizzatori – Reticoli di diffrazione - Reticoli di Bragg – Monocromatori – Interferometria - Interferometro di Michelson - Interferometro Fabry-Perot - Interferometro Mach-Zehnder - Fasci gaussiani – Risonatori ottici - Effetto elettro-ottico – Effetto acusto-ottico.
Fibre ottiche e ottica guidata: Propagazione in strutture dielettriche – Caratteristiche delle fibre ottiche – Perdite – Dispersione – Propagazione nelle guide planari – Classificazione delle guide planari - Accoppiamento fibra/guida – Perdite di inserzione - Fabbricazione delle fibre ottiche - Trasmissioni su fibra ottica - Time Division Multiplexing - Wavelength Division Multiplexing
Componenti optoelettronici: Polarizzatori - Accoppiatori direzionali e Circolatori - Isolatori - Filtri interferenziali - PHASAR e AWG
Laser: Interazione radiazione-materia - Assorbimento - Emissione Spontanea - Emissione stimolata - Inversione di popolazione e Rate equations - Principio di funzionamento dei laser - Classificazione dei laser - Laser a onda continua e pulsati - Esempi di laser a gas e a stato solido
Proprietà ottiche dei materiali semiconduttori: Assorbimento ed emissione di fotoni - Teorema di Bloch - Materiali a bandgap diretto e indiretto - Ricombinazione radiativa e non radiativa - Classificazione dei materiali
Sorgenti e rivelatori di luce a semiconduttori: Diodi emettitori di luce (LED) – Principio di funzionamento dei laser a semiconduttore (LD) – LD a feedback distribuito (DFB) - LD a reticolo di Bragg (DBR) - LD a Multi-Qantum-Well - Fotoresistori – Fotodiodi a giunzione – Fotodiodi a valanga.
Dispositivi fotovoltaici: Spettro solare - Funzionamento delle celle fotovoltaiche - Efficienza quantica - Caratteristica I-V - Celle in serie e parallelo
Modulatori e amplificatori ottici: Modulazione diretta della radiazione emessa dai LED – Modulazione diretta della radiazione emessa da laser a semiconduttore – Modulatori a variazione di assorbimento - Modulatori a variazione di fase - Modulatori basati sull’effetto elettro-ottico – Modulatori basati sull’effetto acusto-ottico – Principio di funzionamento degli amplificatori in fibra ottica (EDFA) - Semiconductor Optical Amplifiers (SOA).
Sensori di misura optoelettronici: Caratteristiche generali - Sensori in fibra ottica e guida planare - Sensori di deformazione – Sensori di temperatura - Sensori di corrente – Sensori di campo elettrico e magnetico – Sensori di pressione – Sensori di posizione e vibrazioni - Biosensori optoelettronici

Italian

Principles of optics; Optical fibers and guided optics; Optoelectronic components; Laser: Radiation-matter interaction; Optical properties of semiconductor materials; Semiconductor-based light sources and detectors; Photovoltaic devices; Optical modulators and amplifiers; Optoelectronic sensors.

S. O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Prentice Hill 2001
R. Noé, Essentials of Modern Optical Fiber Communication, Springer-Verlag 2010
A. Cutolo, Optoelettronica, ottica, fotonica e laser, McGraw Hill Italia (1997)
S. Solimeno, B. Crosignani, P. Di Porto, Guiding, confinement and diffraction of optical radiation, Academic Press, New York 1987
Optical Fiber Sensors: Application, analysis and future trends, J. Dakin and B. Culshaw Editors-Artech House 1997

Fundamentals for the design and analysis of optoelectronic circuits, in planar waveguides and optical fibers, mainly oriented to data transmission applications, energy conversion and chemical/physical sensors implementation.

Fundamentals of electronics, Physics, Electromagnetism

Classroom lessons and laboratory practice

Discussion

The slides of the lessons are made available by the teacher.

Principles of optics: Electromagnetic spectrum – Maxwell’s equations – Geometrical optics – Reflection and refraction – Diffraction – Paraxial optics – Wave-particle duality - Schrödinger equation – ABCD formalism - Jones Matrices – Propagation in anisotropic media – Polarization – Diffraction gratings – Bragg gratings – Interferometry – Michelson interferometer – Fabry-Perot interferometer – Mach-Zehnder interferometer – Gaussian beams – Optical resonators – Electro-optic effect – Acousto-optic effect.
Optical fibers and guided optics: Propagation in dielectric structures – Characteristics of optical fibers – Losses – Dispersion – Propagation in planar waveguides – Fiber/waveguide coupling – Insertion losses – Fabrication of optical fibers – Optical fiber data links – Time Division Multiplexing - Wavelength Division Multiplexing.
Optoelectronic components: Polarizers – Directional couplers and circulators – Isolators – Interference filters - PHASAR – AWG.
Laser: Radiation-matter interaction – Absorption –Spontaneous emission – Stimulated emission – Population inversion and rate equations – Principle of laser – Laser types – CW and pulsed lasers – Examples of gas and solid state lasers Optical properties of semiconductor materials: Absorption and emission of photons – Bloch theorem – Direct and indirect bandgap materials – Radiative and non-radiative recombination – Semiconductor alloys.
Semiconductor-based light sources and detectors: Light emitting diodes (LED) – Semiconductor laser principle (LD) – Distributed feedback LD – Bragg grating LD - Multi-Quantum-Well LD – Photo-resistors – Junction photodiodes – Avalanche photodiodes.
Photovoltaic devices: Solar spectrum – Working principle of photovoltaic cells – Quantum efficiency – I-V characteristic – Series and parallel combination.
Optical modulators and amplifiers: Direct modulation of LEDs – Direct modulation of LDs – Modulators based on absorption variation – Modulators based on phase variations – Electro-Optic modulators – Acousto-optic modulators – Erbium Doped Fiber Amplifiers (EDFA) – Semiconductor Optical Amplifiers (SOA). Optoelectronic sensors: General characteristics – Fiber optic and planar waveguide sensors – Deformation sensors –Temperature sensors –Current sensors – Electric and magnetic field sensors – Pressure sensors – Position and vibration sensors – Optoelectronic bio-sensors.