PROGRAMMA di FOTONICA e OPTOELETTRONICA
CFU 12 (72 ORE DI LEZIONE E 48 ORE DI ESERCITAZIONI)
Corso di Laurea Magistrale in: INGEGNERIA ELETTRONICA
A. A. 2012-2013
Docente:
Modulo “Fotonica (A)”: Prof. Raffaello Girlanda
Modulo “Optoelettronica (B)”: Prof. Salvatore Patanè
CFU 6
FOTONICA (A)
1° Anno. 1° Semestre
(36 ORE DI LEZIONE E 24 ORE DI ESERCITAZIONI)
UNITÀ DIDATTICA N.1 (3 ORE DI LEZIONE E 2 ORE DI ESERCITAZIONI)
Richiami di ottica geometrica: riflessione, rifrazione, riflessione totale. Principio di Fermat:
cammino ottico. Prismi. Dispersione.
Ottica matriciale: approssimazione parassiale, matrici ABCD, lenti in aria, sistemi di lenti,
sistemi periodici di lenti, matrici ABCD per guide d’onda.
Fasci Gaussiani: modo principale o modo TEM00 , la regola ABCD per i modi Gaussiani,
focalizzazione con una lente sottile.
Dieter Meschede, “Optics, Light and Lasers”, Wiley-VCH, 2004
ISBN 3-527-40364-7
Unità didattica N.2 (3 ore di Lezione e 2 ore di Esercitazioni)
Polarizzazione: Stati di polarizzazione della luce. Polarizzazione lineare e polarizzazione
circolare. Rappresentazione complessa. Rappresentazione con i vettori di Jones*. Luce
parzialmente polarizzata e luce non polarizzata. Parametri di Stokes. Rappresentazione di
Poincaré di uno stato di polarizzazione di un’onda monocromatica.
Pochi Yeh, “Optical Waves in Layered Media”, John Wiley & Sons, 1988
ISBN 0-471-82866-1
* Bahaa E. A. Saleh, Malvin Carl Teich, “Fundamentals of Photonics”, John Wiley & Sons, INC 1991
ISBN 0-471-83965-5
UNITÀ DIDATTICA N.3 (6 ORE DI LEZIONE E 4 ORE DI ESERCITAZIONI)
Riflessione e rifrazione di onde piane:Legge di Snell e formule di Fresnel; riflessione e
trasmissione di onde s (onde TE); riflessione e trasmissione di onde p (onde TM); riflettanza e
trasmittanza; incidenza normale; principio di reversibilità; riflessione interna totale; onde
evanescenti; shift di Goos-Hanchen. Polarizzazione per riflessione, angolo di Brewster.
Riflettanza alla superficie di un mezzo assorbente.
Pochi Yeh, “Optical Waves in Layered Media”, John Wiley & Sons, 1988
ISBN 0-471-82866-1
Guide d’onda planari a specchi piani: modi, costanti di propagazione, distribuzione del
campo, numero di modi, velocità di gruppo, modi TM, campi multimodo. Guide d’onda
planari dielettriche: modi, numero di modi, distribuzione dei campi esterno ed interno,
velocità di gruppo.
Guide d’onda bidimensionali: rettangolari a specchi piani, rettangolari dielettriche,
geometrie strip, embedded strip, rib, strip-loaded.
Accoppiamento ottico nelle guide d’onda: accoppiamento in ingresso (eccitazione del modo,
accoppiatori in ingresso, accoppiatore a prisma. Accoppiamento tra guide d’onda.
Guide d’onda e fibre: fibre “step-index”, fibre a singolo modo, fibre “graded-index”,
apertura numerica, onde guidate e loro distribuzione spaziale, funzioni di Bessel, parametro
V, equazione caratteristica, numero di modi, cutoff e numero di modi, fibre a grande V
(numero di modi, costanti di propagazione, velocità di gruppo), fibre a singolo modo.
Bahaa E. A. Saleh, Malvin Carl Teich, “Fundamentals of Photonics”, John Wiley & Sons, INC 1991
ISBN 0-471-83965-5
UNITÀ DIDATTICA N.4 (3 ORE DI LEZIONE E 2 ORE DI ESERCITAZIONI)
Risonatori ottici: a specchi piani e paralleli, l’etalon Fabry-Perot, modi nei risonatori, il
risonatore come analizzatore di spettro, risonatori a due e tre dimensioni; risonatori a specchi
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sferici, confinamento dei raggi, modi Gaussiani, frequenze di risonanza. Teoria di Schawlow
e Townes, teoria di Fox e Li; risonatore confocale e risonatore generico a specchi sferici
(cenni)*.
Bahaa E. A. Saleh, Malvin Carl Teich, “Fundamentals of Photonics”, John Wiley & Sons, INC 1991
ISBN 0-471-83965-5
* O. Svelto, Principi dei laser, Tamburini editore O. Svelto, Principles of laser, Plenum Press (1994)
UNITÀ DIDATTICA N.5 (3 ORE DI LEZIONE E 2 ORE DI ESERCITAZIONI)
Film ottici sottili: film a singolo strato, film multistrato.
Formulazione matriciale per mezzi periodici multistrato: formulazione con
trasmittanza e riflettanza.
Riflettori di Bragg. Tunneling risonante.
Pochi Yeh, “Optical Waves in Layered Media”, John Wiley & Sons, 1988
ISBN 0-471-82866-1
matrici 2x2,
UNITÀ DIDATTICA N.6 (3 ORE DI LEZIONE E 2 ORE DI ESERCITAZIONI)
Pompaggio ottico: Introduzione. Efficienza del pompaggio, efficienza di trasferimento.
Distribuzione dell'energia di pompaggio nel materiale attivo. Potenza di pompa assorbita per
unità di volume.
UNITÀ DIDATTICA N.7 (3 ORE DI LEZIONE E 2 ORE DI ESERCITAZIONI)
Il laser: Equazioni di bilancio per il laser a tre livelli e per il laser a quattro livelli;
comportamento statico del laser: laser a tre livelli e laser a quattro livelli, accoppiamento
ottimo, limite di monocromaticità e fenomeno di attrazione in frequenza; comportamento
dinamico del laser.
UNITÀ DIDATTICA N.8 (3 ORE DI LEZIONE E 2 ORE DI ESERCITAZIONI)
Proprietà di un fascio laser: Monocromaticità, coerenza al primo ordine, direzionalità,
rumore di spuntinatura, brillanza, coerenza agli ordini superiori. Misura della lunghezza di
coerenza e del tempo di coerenza. Luce coerente da una lampada.
UNITÀ DIDATTICA N.9 (6 ORE DI LEZIONE E 4 ORE DI ESERCITAZIONI)
Interruttori e processori ottici: Interruttori opto-meccanici, Interruttori elettroottici: effetto Pockels,
effetto Kerr. Modulatori di fase e di Ampiezza. Mezzi ottici non lineari e generazione di seconda
armonica. Conversione di frequenza. Non linearità del terzo ordine. Interruttori totalmente ottici.
Principi della bistabilità ottica, dispositivi bistabili ottici ibridi, dispositivi bistabili completamente
ottici, dispositivi bistabili ottici ibridi.
UNITÀ DIDATTICA N.10 (3 ORE DI LEZIONE E 2 ORE DI ESERCITAZIONI)
Interconnessioni ottiche: interconnessioni olografiche, interconnessioni ottiche in microelettronica.
Calcolo: calcolo ottico digitale, processing ottico analogico.
Testi consigliati:
O. Svelto, Principi dei laser, Tamburini editore O. Svelto, Principles of laser, Plenum Press (1994)
P. Bhattacharya,Semiconductor Optoelectronic Devices Prentice hall International Edition
B. E. A. Saleh e M. C. Teich, Fundamentals of Photonics, Wiley Interscience, 1991
G. F. Neumark et al., Phys.Today 47, 26 (1994)
P. L. Gourley Nature 371, 571 (1994); J. Faist et al. Science 264, 553 (1994);
R. Tsu Nature 369, 442 (1994)
Prove d'esame
L'esame consiste di una prova orale
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