Obiettivi formativi
Conoscenze e capacità di comprendere
Al termine del corso lo studente dovrà aver acquisito le principali conoscenze relative alla fotonica e la comprensione di come la luce interagisce con la materia e di come la luce è impiegata nell’information communication technology. La conoscenza delle principali proprietà e dei principi basi di funzionamento di un laser. La comprensione del fenomeno dell’interferenza della luce.
Conoscenze e capacità di comprensione applicate
Identificare se per un certo problema è necessaria una descrizione in termini di ottica a raggi, onde elettromagnetiche o fotoni. Comprendere come la luce si propaga all’interfaccia tra due materiali e attraverso film multistrato. Descrivere la propagazione della luce in una fibra ottica in termini di raggi e modi guidati e calcolare i parametri principali.
Autonomia di giudizio:
Al superamento dell’esame lo studente dovrebbe aver sviluppato la capacità di valutare criticamente l’emissione e il guidaggio della luce in diversi dispositivi. L’abilità di analizzare i data sheets dei più importanti dispositivi ottici, allo scopo di prevederne il comportamento.Capacità comunicative:
Al superamento dell’esame lo studente dovrebbe aver maturato una sufficiente proprietà di linguaggio, quanto meno per quanto attiene la terminologia tecnica specifica dell’insegnamento.
Capacità di apprendimento:
Lo studente che abbia frequentato il corso sarà in grado di approfondire le proprie conoscenze in materia di fotonica e dispositivi fotonici attraverso la consultazione autonoma di testi specialistici, riviste scientifiche o divulgative, anche al di fuori degli argomenti trattati strettamente a lezione.
Prerequisiti
nessuno
Contenuti dell'insegnamento
Argomenti teorici:
Introduzione al corso.
Concetto di fotone e Fotonica.
Richiami dei principi base dell’ottica.
Fotometria.
Perchè il cielo è blu? Lo scattering di Rayleigh
Le sorgenti di luce: il modello del corpo nero, la lampadina a incadescenza, i radiatori a gas, i LED.
Materiali a semiconduttore per i dispositivi optolettronici.
Guide ottiche.
Attenuazione di un vetro e di una fibra ottica.
Intensità e Potenza ottica.
Cause di attenuazione.
Fibre singolo modo e multi modo. Descrizione della propagazione della luce in fibra in termini di ottica raggi, raggi meridionali e raggi skew.
Numerical aperture e cono di accettazione.
Dispersione nelle fibre ottiche. Finestre delle telecomunicazioni, sistemi WDM, DWDM e CWDM.
Interazione luce-materia.
Laser.
Amplificatori ottici in fibra drogata.
Fotoricevitori.
Interferenza della luce.
Esercitazioni:
Calcolo dei parametri caratteristici di una fibra ottica.
Laboratori:
Piccoli esperimenti per dimostrare praticamente quanto studiato in aula.
Python Lab
Programma esteso
Concetto di fotone e Fotonica.
Richiami dei principi base dell’ottica.
Fotometria.
Perchè il cielo è blu? Lo scattering di Rayleigh
Le sorgenti di luce: il modello del corpo nero, la lampadina a incadescenza, i radiatori a gas, i LED.
Materiali a semiconduttore per i dispositivi optolettronici.
Guide ottiche.
Attenuazione di un vetro e di una fibra ottica.
Intensità e Potenza ottica.
Cause di attenuazione.
Fibre singolo modo e multi modo. Descrizione della propagazione della luce in fibra in termini di ottica raggi, raggi meridionali e raggi skew.
Numerical aperture e cono di accettazione.
Dispersione nelle fibre ottiche. Finestre delle telecomunicazioni, sistemi WDM, DWDM e CWDM.
Interazione luce-materia.
Laser.
Amplificatori ottici in fibra drogata.
Fotoricevitori.
Interferenza della luce.
Principi di lighting in automotive.
Calcolo dei parametri caratteristici di una fibra ottica.
Bibliografia
B. E. A. Saleh and M. C. Teich, Fundamentals of Photonics, second edition (Wiley, 2007). ISBN: 978-0-471-35832-9.
S. Selleri, L. Vincetti, A. Cucinotta, Componenti ottici e Fotonici, Società editrice Esculapio, 2012, ISBN: 978-88-7488-552-7
Metodi didattici
Didattica frontale
Modalità verifica apprendimento
La verifica sommativa degli apprendimenti è effettuata tramite: 1) una presentazione da parte dello studente su un argomento inerente al corso e concordato con il professore. Durante la presentazione lo studente dovrà dimostrare di avere compreso i principi base dell’argomento di cui parla, di conoscere le definizioni e le unità di misura di tutte le grandezze introdotte e di sapere individuare le principali applicazioni;
2) un esame orale finale in cui verrà verficata la capacità di correlare le conoscenze acquisite per identificare le caratteristiche e le proprietà dei vari dispositivi fotonici considerati durante le lezioni in classe
Altre informazioni
E’ fortemente consigliata la frequenza del corso.
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
7, 12
