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Optoelectronics

Optoelectronics

1.           Informazioni generali

1.1      SSD: ING-INF/01

1.2      Crediti: 6

1.3      Lingua: Inglese

1.4      Calendarizzazione e orario: I anno – I semestre

1.5  Offerto a: Ingegneria Laurea Magistrale in Ingegneria Elettronica 1° anno, Laurea Magistrale in Ingegneria delle Nanotecnologie 2° anno

1.6      Tipologia di valutazione: esame orale con votazione in trentesimi

1.7    Appelli: Prenotarsi su INFOSTUD e contattare il docente via e-mail per concordare data dell'esame


2.           Obiettivi del modulo e capacità acquisite dallo  studente

L’obiettivo del corso intende fornire una conoscenza solida e coordinata dei fenomeni, dei materiali, dei dispositivi e delle tecniche optoelettroniche, relativamente alla generazione, rivelazione ed elaborazione di segnali ottici per diversi contesti applicativi dalle telecomunicazioni, alla sensoristica, alla strumentazione ottica. Lo studente acquisirà le capacità di progettazione e valutazione delle prestazioni dei pricipali componenti optoelettronici.

3.           Prerequisiti

Elementi base di Elettronica e campi elettromagnetici 

4.           Risultati di apprendimento attesi

Lo studente acquisirà attraverso il corso, padronanza dei criteri di progetto e di valutazione delle prestazioni dei principali dispositivi in base alle specifiche relative a specifiche applicazioni, sia attraverso le lezioni frontali che attraverso esperienze di laboratorio. Inoltre sarà aggiornato sullo stato dell’arte anche attraverso seminari di esperti internazionali.

5.           Programma

Proprietà ottiche dei semiconduttori: equazione di Schrödinger, diagramma energia‐momento, semiconduttori diretti e indiretti. Interazione luce‐materia: tassi di assorbimento, di emissione spontanea e stimolata. Semiconduttori III‐V, energy gap‐lunghezza d’onda, leghe ternarie e quaternarie. Omogiunzioni ed eterogiunzioni. Pozzi quantici multipli (MQW). Epitassia a fascio molecolare. LED: relazioni luce‐corrente, modulazione. LED colorati e bianchi. LASER a semiconduttore: guadagno ottico, cavità Fabry‐Perot. Equazioni dinamiche e corrente di soglia. Caratteristiche luce‐corrente. Modulazione per piccoli e grandi segnali. Chirp della frequenza. Rumore d’intensità, di fase e larghezza di riga spettrale. Laser DFB, DBR, VCSEL, MQW, accordabili e pompati a diodi. Fotorivelatori a semiconduttore. Efficienza quantica, sensibilità, banda, corrente di buio. Fotodiodi a giunzione p‐n, p‐i‐n, a barriera Schottky, a valanga e MQW. Principio di funzionamento e caratteristiche di celle solari. Fotocatodi, e fotomoltiplicatori: strutture, tecnologie, prestazioni. Charge coupled devices e CMOS per sensori di immagini. Rumore nei fotorivelatori. Le fibre ottiche: struttura, tecniche realizzative, caratteristiche di propagazione, attenuazione, dispersione cromatica e di polarizzazione. Effetti ottici non lineari. Circuiti ottici planari e Photonic Integrated Circuits (PIC’s). Teoria dei modi accoppiati e progetto dell’accoppiatore coerente. Giunzioni a X e Y. Microrisonatori ad anello. Interferometro integrato di Mach‐Zehnder. Effetto elettroottico Pockels e Kerr. Effetto Franz‐ Keldish e quantum confined Stark effect in pozzi quantici multipli. Modulatori di luce elettroottici integrati a larga banda. Effetto acustoottico. Filtri ottici accordabili e commutatori elettroottici e acustoottici in niobato di litio. Materiali e strutture a bandgap fotonico, calcolo delle bande fotoniche, guide a cristallo fotonico, legge di Purcell, nanolaser, nanocircuiti ottici, fibre a cristallo fotonico.


6.           Materiale didattico

 

·  G. P. Agrawal, Lightwave Technology: Components and Devices, Wiley Interscience, 2004

·  A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997

·  J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995

·  P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994

·  H. Nishihara, H. Masamitsu, S. Toshiaki, Optical Integrated Circuits, McGraw‐Hill, 1989

·  Appunti di lezione e trasparenti PP proiettati a lezione

·   Materiale integrativo (lucidi/diapositive del corso, articoli) disponibile sul sito web

 

7.           Sito web di riferimento con materiale per lo studio (richiesta password)

https://elearning2.uniroma1.it/course/view.php?id=91

 

 

 

 

 

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