PHOTONICS

FIS/03 - 6 CFU - 2° semestre

Docenti titolari dell'insegnamento

FRANCESCO PRIOLO
Email: francesco.priolo@ct.infn.it
Edificio / Indirizzo: Dip.to Fisica e Astronomia, stanza 205
Telefono: 095-3785401
Orario ricevimento: mercoledì 15-16 (ma anche altri giorni\orari se richiesti dagli studenti) previo appuntamento email: priolo@ct.infn.it
MARIA JOSÉ LO FARO


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 - nonchè le sue principali applicazioni.


Modalità di svolgimento dell'insegnamento

Il corso verrà svolto attraverso lezioni frontali in aula.


Prerequisiti richiesti

Nozioni di elettromagnetismo, nozioni di meccanica quantistica, conoscenze base sui semiconduttori



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, 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



Testi di riferimento

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



Programmazione del corso

 ArgomentiRiferimenti testi
1Gli argomenti presenti in programma, come trattati nel Saleh-Teich, sono irrinunciabili per il superamento dell'esameSaleh & Teich, Fundamentals of Photonics, John Wiley & Sons Inc. 


Materiale didattico

L'eventuale materiale didattico verrà fornito a lezione e messo a disposizione sul web



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.


DATE DEGLI APPELLI

http://www.dfa.unict.it/corsi/LM-17/esami


ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI

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




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