OPTOELECTRONIC DEVICES

Questo corso fornisce un'introduzione completa ai principi e alle applicazioni dei dispositivi optoelettronici. Copre l'interazione della luce con la materia, le tecniche di instradamento ottico, i dispositivi a semiconduttore, i laser, i fotorivelatori e la modulazione e polarizzazione della luce. Oltre a lezioni teoriche approfondite, il corso include sessioni di laboratorio in cui gli studenti acquisiranno esperienza pratica, utilizzando strumenti come Moku GO per valutare le prestazioni dei fotorivelatori e le caratteristiche di altri dispositivi.

Alla fine del corso, gli studenti saranno in grado di:
• Comprendere i fondamenti della propagazione della luce e la sua interazione con la materia.
• Analizzare l’instradamento ottico nelle guide d'onda e nelle fibre, inclusi concetti chiave come apertura numerica e dispersione.
• Spiegare i principi di funzionamento dei dispositivi optoelettronici a semiconduttore, inclusi LED e pozzi quantici.
• Descrivere il funzionamento dei laser, compresi aspetti come guadagno, larghezza di banda e tecniche per laser impulsati.
• Valutare diversi tipi di fotorivelatori, comprendere i parametri chiave (responsività, rumore, ecc.) e analizzare le prestazioni dei dispositivi.
• Applicare i principi di polarizzazione e modulazione ottica in scenari pratici.
• Integrare la conoscenza teorica con misurazioni di laboratorio utilizzando LED, laser, fotodiodi e strumentazione moderna come Moku GO.

Si raccomanda una conoscenza di base in fisica (soprattutto ottica ed elettromagnetismo) e nella fisica dei semiconduttori.

1. Luce e materia
- Introduzione all’optoelettronica
- Onde piane, fasci gaussiani, indice di rifrazione, velocità di gruppo e di fase
- Interazione della luce con la materia (assorbimento, riflessione, trasmissione, scattering, ecc.)
- Rivestimenti antiriflesso
- Risonatori: la cavità Fabry-Pérot

2. Instradamento della luce
- Guide d’onda ottiche
- Fibre ottiche
- Apertura numerica
- Dispersione e perdite

3. Optoelettronica a semiconduttore
- Breve richiamo sui semiconduttori e le loro proprietà
- Diodi a emissione luminosa (LED)
- Pozzi quantici
- Materiali e strutture per LED, efficienza e altre caratteristiche

4. Laser
- I principali tipi di laser e le loro proprietà
- Guadagno e larghezza di banda
- Laser impulsati (Q-switching, mode-locking)
- Diodi laser: tipi e caratteristiche

5. Fotorivelatori
- Principi di fotorivelazione e modalità di funzionamento
- Fotoconduttori, fotodiodi, Schottky e altri
- Fotodiodi a valanga
- Materiali per la fotorivelazione
- Parametri chiave e rumore
- Grandi array: sensori di immagine e fotocamere
- Celle solari

6. Polarizzazione e modulazione della luce
- Polarizzatori
- Birifrangenza e dicroismo
- Cristalli liquidi
- Effetti elettro-ottici (Pockels, Kerr)
- Modulatori ottici (fase, polarizzazione, Mach-Zehnder) e loro parametri chiave
- Altri tipi di modulatori

7. Attività di laboratorio
- Misurazione della luce emessa da LED e laser utilizzando fotorivelatori e strumentazione elettronica (Moku GO)

"Optoelectronics and Photonics" di S.O. Kasap

L’apprendimento sarà verificato attraverso:
• Un breve report sull’esperienza di laboratorio, in cui gli studenti analizzeranno i dati raccolti e discuteranno i risultati.
• Un esame orale in cui gli studenti dovranno dimostrare la comprensione degli argomenti trattati nel corso, rispondendo a domande e discutendo concetti chiave.

orale

• 27-30/30: Padronanza solida e ampia dei concetti discussi durante le lezioni, con chiare connessioni tra gli argomenti.
• 22-26/30: Buona comprensione dei singoli argomenti, ma integrazione limitata tra di essi.
• 18-21/30: Conoscenza di base dei singoli concetti con profondità concettuale minima.

L’insegnamento sarà basato principalmente sull’uso della lavagna per spiegare i concetti teorici.
Per argomenti particolarmente complessi da disegnare, verranno utilizzate delle slide di supporto.
Per una verifica immediata dell’apprendimento, saranno proposti test interattivi su Wooclap durante le lezioni.

• Saranno forniti lecture notes e materiali supplementari.
• Gli argomenti e il contenuto del corso potranno essere adattati in base alle esigenze degli studenti e ai progressi nel settore.

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