Testi del Syllabus
Docente
UMETON CESARE PAOLO
Anno offerta:
2012/2013
Insegnamento:
27005380 - FOTONICA MOLECOLARE
Corso di studio:
Matricola: 001842
0729 - SCIENZA DEI MATERIALI INNOVATIVI E PER LE
NANOTECNOLOGIE
Anno regolamento: 2011
CFU:
5
Settore:
FIS/03
Tipo attività:
D - A scelta dello studente
Partizione studenti:
-
Anno corso:
2
Periodo:
Secondo Semestre
Sede:
UNIVERSITA' DELLA CALABRIA
Testi in italiano
Tipo testo
Testo
Lingua insegnamento
Italiano
Contenuti
Approccio matriciale degli elementi ottici. Natura ondulatoria della luce e
principi di ottica fisica. Propagazione di campi elettromagnetici in
materiali isotropi e anisotropi. Fasci Gaussiani. Risonatori ottici.
Interazione della radiazione con sistemi atomici. Sistema risonante a due
livelli. Allargamento di righe spettrali. Laser e principali sistemi laser.
Principali componenti ottici. Dispositivi fotonici basati sui cristalli liquidi
Testi di riferimento
A. Yariv: Quantum Electronics; S.O. Kasap: Optoelectronics and
Photonics; V. Degiorgio, I. Cristiani: Note di Fotonica
Obiettivi formativi
Dare agli studenti i principi della fotonica, con particolare attenzione ai
dispositivi basati sull'utilizzo di cristalli liquidi
Prerequisiti
Concetti basilari di Meccanica, Elettromagnetismo, Ottica
Metodi didattici
Lezioni e laboratorio
Altre informazioni
Orario di ricevimento: tutti i venerdì 15.30 - 17.30
Studio docente: edificio 33B - piano 4° - stanza 10
Email: [email protected]
Recapito telefonico: +39 0984.496117 - +39 0984.496152
Modalità di verifica
dell'apprendimento
Prova orale
Programma esteso
1. Approccio matriciale degli elementi ottici
Lente come guida d'onda; sequenza periodica di lenti; propagazione tra
specchi e raggi rientranti.
2. Natura ondulatoria della luce e principi di ottica fisica
Equazione delle onde; onda piana monocromatica; polarizzazione di
onde piane; energia, quantità di moto e potenza elettromagnetica;
equazione di continuità e vettore di Poynting; interferenza ed esperienza
di Young; coerenza temporale e spaziale della luce; visibilità delle
frange; tempo di coerenza e monocromaticità
3. Propagazione di campi elettromagnetici in materiali isotropi e
anisotropi
Trasporto, accumulo e dissipazione di potenza nei campi e.m.;
propagazione in mezzi anisotropi e tensore dielettrico; equazione di
Fresnel ed ellissoide degli indici; propagazione in cristalli uniassici;
propagazione in mezzi tipo lente; equazione delle onde in mezzi con
indice quadratico.
4. Fasci Gaussiani
Fascio gaussiano in mezzo omogeneo; fascio gaussiano in mezzo tipo
lente; legge ABCD; fasci gaussiani di ordine superiore e velocità di
gruppo in mezzi tipo lente; fasci gaussiani ellittici.
5. Risonatori ottici
Risonatori a specchi sferici; criteri per i risonatori aperti e
determinazione dei modi trasversali; risonatore simmetrico; modo
gaussiano fondamentale in un risonatore; criteri di confinamento e
metodo autoconsistente; frequenze di risonanza; risonatore confocale e
risonatore quasi-piano; perdite nei risonatori e risonatori instabili.
6. Interazione della radiazione e.m. con sistemi atomici
Cenni sulla matrice densità; calcolo della suscettività atomica; come
Tipo testo
Testo
tener conto del rilassamento; soluzione stazionaria; relazioni di KramersKronig e saturazione.
7. Sistema risonante a due livelli
Transizioni spontanee e indotte; trattazione di Einstein delle transizioni
atomiche.
8. Allargamento di righe spettrali
Allargamento omogeneo; allargamento disomogeneo; coefficiente di
guadagno.
9. Oscillazione laser e principali sistemi laser
Condizione di oscillazione laser per un fascio gaussiano; inversione di
popolazione e soglia di inversione; frequenza di oscillazione; modi
longitudinali e trasversali; potenza emessa a regime; ruolo
dell'emissione spontanea; regimi sotto-soglia e sopra-soglia; larghezza
spettrale della riga laser; efficienza di emissione; laser al rubino; laser
Nd:YAG; laser He-Ne; laser Q-switched.
10. Principali componenti ottici
Divisore di fascio; prisma a riflessione totale; onda evanescente; reticoli
di rifrazione; lamine birifrangenti; modulatori ottici.
11. Dispositivi fotonici basati sui cristalli liquidi
Modulatori a CL; reticoli di diffrazione commutabili con materiali
compositi liquido- cristallini; Strutture POLICRYPS; applicazioni dei
POLICRYPS come dispositivi fotonici
Testi in inglese
Tipo testo
Testo
Lingua insegnamento
Italian
Contenuti
Matrix approach to optical elements. Wave-nature of light and principles
of physical optics. Propagation of electromagnetic field in isotropic and
anisotropic materials. Gaussian beams. Optical resonators. Light
interaction with atomic systems. Two level resonating system.
Broadening of spectral lines. Laser and basic laser systems. Basic optical
components. Liquid Crystal based photonic devices.
Testi di riferimento
A. Yariv: Quantum Electronics; S.O. Kasap: Optoelectronics and
Photonics; V. Degiorgio, I. Cristiani: Note di Fotonica
Obiettivi formativi
Give students the basic principles of photonics, with a particular attention
devoted to devices based on Liquid Crystals
Prerequisiti
Basic concepts in Mechanics, Electromagnetism, Optics
Metodi didattici
Lectures and lab
Altre informazioni
Office hours: Friday 15.30 - 17.30
Office: building 33B - 4th floor - room 10
Email: [email protected]
Telephone: +39 0984.496117 - +39 0984.496152
Modalità di verifica
dell'apprendimento
Oral examination
Programma esteso
1. Matrix approach to optical elements
The lens waveguide; periodic sequence of lenses; propagation between
mirrors and reentrant rays.
2. Wave nature of light and principles of physical optics
The wave equation; monochromatic plane wave; polarization of plane
waves; electromagnetic energy, momentum and power; continuity
equation and Poynting vector; interference and Young experiment;
temporal and spatial coherence of light; fringe visibility; coherence time
interval and monochromaticity.
3. Propagation of electromagnetic fields in isotropic and anisotropic
materials
Power transportation, storage and dissipation in e.m. fields; propagation
in anisotropic media and dielectric tensor; Fresnel equation and ellipsoid
of indices; propagation in uniaxial crystals; propagation in lenslike
media; wave equation in quadratic index media.
4. Gaussian beams
Gaussian beam in homogeneous media; gaussian beam in lenslike
media; ABCD law; gaussian beams of higher order and group velocity in
lenslike media; elliptic gaussian beams.
5. Optical resonators
Spherical mirror resonator; open resonator criteria and determination of
transversal modes; symmetric resonator; the fundamental gaussian
beam inside a resonator; confinement criteria and self-consistent
method; resonance frequencies; confocal and plane resonators; losses in
optical resonators and unstable optical resonators.
6. Interaction of e.m. radiation and atomic systems
Introduction to the density matrix formalism; derivation of the atomic
susceptibility; how to take into account relaxation; stationary solution;
Tipo testo
Testo
Kramers-Kronig relations and saturation.
7. Two level resonant system
Spontaneous and induced transitions; Einstein treatment of atomic
transitions.
8. Broadening of spectral lines
Homogeneous and inhomogeneous broadening; gain coefficient.
9. Laser oscillation and specific laser systems
The laser oscillation condition for a gausian beam; population inversion
and inversion threshold; oscillation frequency; longitudinal and
transversal modes; steady state power output; the effect of spontaneous
emission; below threshold and above threshold regimes; laser spectral
line width; emission efficiency; the ruby laser; the Nd:YAG laser; the HeNe laser; Q-switched laser.
10. Basic optical components
Beal splitter; total reflection prism; evanescent wave; birefringent plates;
optical modulators; diffraction gratings.
11. Liquid Crystal based photonic devices
Liquid Crystal based optical modulators; switchable diffraction gratings
exploiting liquid crystalline composite materials; the POLICRYPS
structure; exploitation of POLICRYPS structures for the realization of
photonic devices.
