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

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.

• 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