Componenti e circuiti ottici

Finalità

Il corso intende fornire i fondamenti elettromagnetici del funzionamento dei componenti e dei dispositivi impiegati nel campo della fotonica e nei più moderni sistemi di telecomunicazione ed elaborazione ottica del segnale. Verro anche approfonditi aspetti metodologici e tecniche numeriche mirate alla progettazione e all'analisi di detti dispositivi. Sono previste esperienze di laboratorio.

Programma

Il corso parte dallo studio della propagazione del campo elettromagnetico in guide dielettriche e in fibra ottica, risolvendo, per queste strutture, le equazioni di Maxwell ed introducendo i concetti di modi guidati ed irradianti. Si descrivono i vari fenomeni di dispersione, di assorbimento e di attenuazione dell'onda elettromagnetica approfondendo l'interazione di quest'ultima con il mezzo materiale. Si accenna alla propagazione in strutture dielettriche anisotrope e agli effetti non lineari in guida e in fibra, introducendo l'equazione di Schroedinger non lineare, il concetto di propagazione solitonica e di commutazione ottica.
Successivamente si studiano le proprietà delle sorgenti con riferimento alle caratteristiche di coerenza spaziale e temporale, ai fenomeni di amplificazione ottica e al funzionamento delle cavità aperte. Si approfondiscono i principi di funzionamento dell'interferomentro di Fabry-Perot, e dei reticoli per riflessione e diffrazione. Si introducono i laser a semiconduttore di tipo DFB e DBR. Si accenna all'ottica di Fourier, all'utilizzo di spettri di onde piane e alla lente come trasformatore di fase. Il corso affronta inoltre lo studio degli amplificatori ottici in fibra e in guida approfondendo sia i fenomeni elettromagnetici connessi con l'amplificazione ottica che gli aspetti relativi alla loro realizzazione ed utilizzo in sistemi di telecomunicazione. Si accenna ai laser in fibra. Infine si studia il processo di rivelazione, il funzionamento di fotodiodi PIN, lo schema di ricevitori ottici e si analizzano i problemi connessi con il rumore e la banda del preamplificatore. Il corso introduce inoltre metodologie analitiche e metodi numerici utilizzati per il progetto e l'analisi di dispositivi fotonici, quali la teoria dei modi accoppiati, il metodo dell'indice efficace, il metodo degli elementi finiti (FEM) e il metodo della propagazione del fascio (BPM). Si accenna a metodi di misura per la caratterizzazione sperimentale di alcuni componenti ottici.

Attività d'esercitazione

Modalità d'esame

Prova orale.

Propedeuticità

Campi elettromagnetici, Comunicazioni elettrcihe

Testi consigliati

Dispense a cura del docente.

Testi d'approfondimento

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