facoltà di
INGEGNERIA
salita Sperone 31 98166 S. Agata - Messina
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CORSO di LAUREA in
INGEGNERIA ELETTRONICA

Presidente : Prof. Carmine Ciofi


FOTONICA

PROGRAMMA

DIARIO di ESAMI

ORARIO delle LEZIONI

PRENOTAZIONI ESAMI


PROGRAMMA di FOTONICA

Corso di Laurea in : INGEGNERIA ELETTRONICA
A. A. 2000-2001
Docente: Prof. Salvatore Patanè
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Che cosa studia la Fotonica

Concetti introduttivi.:

Le sorgenti di luce. Emissione spontanea, emissione stimolata, assorbimento; il maser ed il laser; principi di funzionamento.

Interazione radiazione-materia.:

Richiami sulla teoria del corpo nero; transizioni stimolate, decadimento spontaneo, decadimento non radiativo; meccanismi di allargamento di riga di tipo omogeneo, inomogeneo e misto; saturazione. Caso di livelli degeneri. Significato della suscettibilità.

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.

Risonatori ottici passivi.:

Risonatori a specchi piani e paralleli, confocali, a specchi sferici; condizioni di stabilità; risonatori instabili. Risonatori a specchi piani e paralleli: Teoria di Schawlow e Townes, teoria di Fox e Li; risonatore confocale e risonatore generico a specchi sferici (cenni).

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; modi di funzionamento di un laser, Q-switching, mode- locking; studio delle caratteristiche generali ed esame dei tipi principali di laser a stato solido, a gas ed a semiconduttori; Laser a rubino. Laser Nd3+: YAG. Laser He- Ne.

Dispositivi stato solido.

Richiami sui semiconduttori: la distribuzione di Fermi- Dirac, sviluppi nel reticolo reciproco. Transizioni interbanda indotte otticamente. Guadagno e perdite in mezzi semiconduttori. Diodi Led,scelta dei materiali e problematiche costruttive. Luce emessa da un led.Led a cavità verticale, Burrus Led. Incapsulamento Metodi di accopiamento led-fibra ottica. Circuito di pilotaggio. Modulazione. Laser a diodo, laser GaAs/Ga1-xAlxAs, laser GaInAsP. Laser ad eterostrutture. Potenza d' uscita di laser ad iniezione. Modulazione in corrente di laser a semiconduttore. "Chirping" di frequenza in laser modulati in corrente; Cause di allargamento della riga in un alser a stato solido.Densità di corrente di soglia potenza di uscita e dipendenza di Jth dalla temperatua.Laser ad eterogiunzioni:Laser a Quantum Wells (di semiconduttori III-V e II-VI): cenni sulle caratteristiche elettroniche di QW. Applicazione a QW III-V (GaAlAs/GaAs/GaAlAs) e II-VI (ZnSSe/ZnSe/ZnSSe). Regole di selezione, densità di stati, guadagno in laser a QW. Laser a quantum well multiple (MQW). Laser a feedback distribuito. Laser a cavità accoppiate. Metodi alternativi per il pompaggio

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 unalampada.

Principali applicazioni del laser.

Trasformazione di fasci laser:

Propagazione. Trasformazione nelle caratteristiche spaziali: propagazione di fasci gaussiani. Trasformazione nell' ampiezza: amplificazione laser. Conversione di frequenza: generazione di seconda armonica, oscillazione parametrica. Trasformazione nel tempo: compressione dell' impulso.

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. Dispositivi ottici bistabili: sistemi bistabili, principi di bistabilità ottica, dispositivi ottici bistabili, dispositivi bistabilità ottici ibridi. 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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