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 - nonchè le sue principali applicazioni.
Il corso verrà svolto attraverso lezioni frontali in aula.
Nozioni di elettromagnetismo, nozioni di meccanica quantistica, conoscenze base sui semiconduttori
La frequenza è obbligatoria.
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, Celle Solari e Sensori
Rivelatori di fotoni – Rivelatori a singolo fotone - LED con semiconduttori III-V e II-VI – Efficienza di estrazione – Efficienza quantica – Terre rare - LED al Si:Er – Quantum dots e quantum wires - LED a nano ed eterostruttura - Celle solari – Modulatori ottici – Sensori ottici - Raman scattering e SERS
Laser a semiconduttore
Guadagno ottico nei semiconduttori - Diodo Laser – Laser ad eterostruttura - VCSEL – Laser a cascata quantica – Laser a bassa dimensionalità
Cristalli Fotonici, Plasmonica e Metamateriali
Principi base di funzionamento di un cristallo fotonico – Nanocavità – Effetto Purcell - Laser a cristallo fotonico – Strutture fotoniche quasicristalline e disordinate – Plasmonica – Metamateriali - Applicazioni
Saleh & Teich, Fundamentals of Photonics, John Wiley & Sons Inc.
J.D. Joannopoulos, S.G. Johnson, J.N. Winn, R.D. Meade, Photonic Crystals: Molding the Flow of Light, Princeton University Press
S.G. Johnson, J.D. Joannopoulos, Photonic Crystals: The Road from Theory to Practice, Kluwer
V.V. Mitin, V.A. Kochelap, M.A. Stroscio, Quantum Heterostructures: Microelectronics and Optoelectronics, Cambridge University Press
O. Svelto, Principles of Lasers, Plenum Press
L'eventuale materiale didattico verrà fornito a lezione e messo a disposizione sul web
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. |
L'esame consisterà in una prova orale nella quale lo studente discuterà e approfondirà alcuni aspetti del corso.
Tutti gli argomenti presenti in programma, in egual misura, saranno oggetto di domanda.
Esempio di domanda 1: Descrivere il principio di funzionamento di un laser
Esempio di domanda 2: Descrivere il fenomeno della dispersione nelle fibre ottiche
Esempio di domanda 3: Descrivere i principi di funzionamento di una cella solare