ULTRAFAST OPTOELECTRONICS

Il corso è parte del programma triennale di Dottorato in "Engineering Physics and Materials", all'interno del curriculum "Information Technologies".

1. Conoscenza e capacità di comprensione
Dimostrare conoscenza e comprensione dei principi fondamentali dell'optoelettronica ultraveloce, inclusi i meccanismi di generazione, propagazione e rilevazione di impulsi ultracorti.
Comprendere il funzionamento dei laser ultraveloci, delle tecniche di compressione e caratterizzazione degli impulsi, nonché dei fenomeni di ottica non lineare.
Conoscere i principi di funzionamento e le applicazioni delle tecnologie Terahertz, delle sorgenti EUV e X-soft, e dei dispositivi di rilevazione associati.
Apprendere i fondamenti del magnetismo ultraveloce e delle tecniche tempo-risolte applicate alla spintronica.

2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Applicare le conoscenze acquisite per analizzare e interpretare fenomeni fisici legati agli impulsi ultracorti e alla loro interazione con la materia.
Utilizzare modelli e tecniche di propagazione e rilevazione per progettare esperimenti o sistemi basati su tecnologie ottiche ultraveloci.
Valutare le prestazioni di dispositivi e sorgenti optoelettroniche in base ai principi appresi, con particolare attenzione alle applicazioni in spettroscopia, comunicazioni e imaging.

3. Autonomia di giudizio
Sviluppare la capacità di valutare criticamente l'efficacia e i limiti delle tecnologie optoelettroniche studiate.
Analizzare in modo autonomo i risultati di misure o simulazioni, riconoscendo eventuali fonti di errore e limiti delle tecniche adottate.
Formulare giudizi fondati su dati sperimentali o teorici in contesti innovativi e multidisciplinari.

4. Abilità comunicative
Comunicare in modo chiaro e appropriato i concetti chiave dell'optoelettronica ultraveloce, utilizzando una terminologia tecnica corretta.
Presentare relazioni tecniche, anche complesse, a interlocutori sia specialisti che non specialisti, utilizzando supporti scritti e orali efficaci.
Collaborare in modo costruttivo con docenti e colleghi, in particolare durante attività di gruppo o laboratori.

5. Capacità di apprendimento
Sviluppare un approccio autonomo e critico allo studio e all’approfondimento delle tecnologie optoelettroniche emergenti.
Saper selezionare e organizzare le informazioni rilevanti per l’analisi di problemi complessi in ambito ultrafast.
Prepararsi a un apprendimento continuo, utile per affrontare sfide scientifiche e tecnologiche avanzate nel campo della fotonica e dell’elettronica ultraveloce.

E' previsto che gli studenti abbiano una solida preparazione di base in ottica ed elettromagnetismo. È inoltre consigliata la familiarità con la fisica dei laser, la meccanica quantistica e la fisica dei semiconduttori. Una conoscenza preliminare dell’ottica non lineare e della fotonica risulterà utile per comprendere più a fondo i contenuti del corso.

- Tecnologia laser ultraveloce: principi di funzionamento, materiali laser, generazione e amplificazione di impulsi ultracorti.
- Propagazione e rilevazione di impulsi ultracorti: ottica non lineare, tecniche di modellamento, compressione e caratterizzazione degli impulsi.
- Tecnologia Terahertz (THz): generazione, rivelazione e applicazioni in spettroscopia, imaging e comunicazioni wireless.
- Sorgenti e rivelatori EUV e X-soffici: laser a elettroni liberi, generazione di armoniche di ordine elevato, tecniche di rilevazione.
- Magnetismo ultraveloce: dinamiche di spin su scala ultrarapida, tecniche tempo-risolte e prospettive per la spintronica.

Le lezioni saranno basate su materiale tratto da diversi libri di testo, tra cui:

1. O. Svelto, "Principles of Lasers", 5th edition, Springer, 2010.
2. W. Koechner, "Solid-State Laser Engineering", Springer, 2006.
3. A. M. Weiner, "Ultrafast Optics", Wiley, 2008.
4. A. E. Siegman, "Lasers", University Science Books, 1986.
5. A. Yariv, "Quantum Electronics", 3rd edition, Wiley, 1989.
6. G. P. Agrawal, "Nonlinear Fiber Optics", 5th edition, Academic Press, 2013.
7. Yun-Shik Lee, "Principles of Terahertz Science and Technology", Springer, 2010.

La valutazione finale consiste in una presentazione orale su un argomento trattato durante il corso. Inoltre, 2-3 assignment (ad esempio: progettazione di un laser allo stato solido, simulazione della propagazione di impulsi, generazione/rivelazione di radiazione THz, ecc.) contribuiranno con un bonus fino a 3 punti al voto finale. Il voto è espresso in trentesimi, con la possibilità di ottenere la lode.

orale

Il/la docente ha il dovere di vigilare affinché siano rispettate le regole di autenticità e originalità delle prove d'esame. Di conseguenza, nei casi in cui vi sia il sospetto di un comportamento irregolare, l'esame può prevedere un ulteriore approfondimento, contestuale alla prova d'esame, che potrà essere realizzato anche in modalità differente rispetto alle modalità sopra riportate.

I voti vanno da 18 a 30, dove 18 rappresenta il minimo per superare l’esame. Un punteggio di 24 indica una preparazione nella media, mentre il 30 corrisponde a una prova perfetta. La lode (30 e lode) viene attribuita a prestazioni di eccellenza.

Il corso si svolge in presenza e prevede lezioni frontali supportate da presentazioni. L’attività didattica include l’esposizione teorica dei contenuti, affiancata da esempi applicativi e discussioni in aula. Durante il corso verranno inoltre proposte simulazioni numeriche per approfondire fenomeni chiave come la dinamica dei laser, la propagazione di impulsi ultracorti e la generazione/rivelazione di radiazione THz.

Questo insegnamento tratta argomenti connessi alla macroarea "Cambiamento climatico e energia" e concorre alla realizzazione dei relativi obiettivi ONU dell'Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile