ITALIANO
Italian
Conoscenze di base di Elettromagnetismo, Fisica, Analisi Matematica,
Algebra Lineare, Teoria dei Circuiti
Basic knowledge of Electromagnetics, Physics, Mathematical Analysis, Linear Algebra,
Circuit Theory
Lezioni di Teoria, 64 ore. Laboratorio, 8 ore
Theory, 64 hours. Laboratory, 8 hours
Il corso introduce gli studenti allo studio della propagazione delle onde elettromagnetiche alle frequenze ottiche nelle strutture guidanti dielettriche
e all’analisi dei principali componenti optoelettronici. Vengono poi introdotti concetti fondamentali sui materiali nano-strutturati (es. grafene, nanotubi di carbonio), della loro interazione con la luce e delle relative nuove applicazioni in ottica ed optoelettronica. Tali conoscenze integrano ed estondono nozioni acquisite negli insegnamenti di Fisica, Campi Elettromagnetici, Analisi e Geometria nonché Elettrotecnica e Teoria dei Segnali, e sono finalizzate
a fornire ai laureati conoscenza e capacità di comprensione per operare nei settori dei sistemi e componenti elettronici, delle telecomunicazioni e delle applicazioni biomediche.
Attraverso l’applicazione degli strumenti della fisica matematica, e alla luce dei recenti scoperte nel campo delle nanotecnologie gli studenti avranno i) capacità di selezionare guide d’onda dielettriche opportune per realizzare una connessione, in funzione di costi, prestazioni e potenza. ii) Capacità di progettare dispositivi in fibra ottica, accoppiatori direzionali, guide planari e dispositivi elettro-ottici, anche basati su materiali nano-strutturati. iii)
Capacità di misurare le caratteristiche trasmissive ottiche di un componente.
Nello studio di Componenti Ottici e Nanotecnologie lo studente deve applicare metodi e nozioni appresi nei corsi di base e caratterizzanti, al fine di realizzare un’attività di sintesi multidisciplinare per valutare la corrispondenza di un progetto ai requisiti e per comprendere vantaggi e limiti delle diverse alternative di progetto.
The course introduces students to the study of electromagnetic wave propagation at optical frequencies in the dielectric structures and to the analysis of the fundamental opto-electronics components. Then, fundamental concepts regarding nano-structured materials (e.g. graphene, carbon nanotubes) are introduced as well as the study of their interaction with the light and novel applications in optics and opto-electronics.These skills integrate and extend the knowledge gained in Physics, Electromagnetic Fields, Analysis and Geometry as well as Electrical and Signal Theory. These skills are aimed at providing the knowledge and understanding in order to work in systems engineering and electronics, telecommunications, and biomedical applications.
Through the application of the mathematical physics methods and taking into account of the recent achievements in the area of nanotechnology, students will have i) the ability to select appropriate dielectric waveguides to make a connection, a function of cost, performance and power. ii) The
ability to design fiber optic devices, directional couplers, planar waveguides and electro-optic devices, also based on nano-structured materials. iii)
The ability to measure the optical transmission characteristics of a component.
In the study of Fundamentals of Optical Components and Circuits, the student must apply methods and knowledge learned in the basic courses, in order to achieve an activity of multidisciplinary synthesis to evaluate if a project fits to the requirements and understand the advantages and limitations of the different design alternatives
Lezioni di teoria (64 ore). Proprietà generali della propagazione guidata alle frequenze ottiche. Onde piane. Polarizzazione. Incidenza obliqua e linee equivalenti. Leggi di Snell. Riflessione totale e trasmissione totale. Propagazione in guide dielettriche planari. Propagazione in fibra ottica. Velocità di gruppo, dispersione e attenuazione. Propagazione in mezzi anisotropi, cristalli uniassici. Strutture periodiche e cristalli fotonici. Diffrazione e interferometria ottica. Sorgenti ottiche, laser a semiconduttore. Introduzione ai materiali nano-strutturati e alle nanotecnologie. Nanotubi al carbonio, grafene, materiali 2D: proprietà ed applicazioni. Modellamento e simulazione numerica di guide dielettriche e strutture fotoniche.
Laboratorio (8 ore). Descrizione del banco ottico. Misura dell'angolo di Brewster. Fibre ottiche e polarizzazione. Reticoli di Bragg.
Theory (64 hours). General properties of the guided propagation at optical frequencies. Plane waves. Polarization. Oblique incidence and equivalent transmission lines. Snell's law. Total reflection and total transmission. Propagation in planar dielectric waveguides. Propagation in optical fibers. Group velocity, dispersion and attenuation. Periodic structures and photonic crystals. Propagation in anisotropic materials, uniaxial crystals. Optical interferometry and diffraction. Optical sources, semiconductor laser. Introduction to nanostructured materials and nanotechnologies. Carbon nanotubes, graphene, 2D materials: properties and applications. Modeling and numerical simulations of dielectric waveguides and photonic structures.
Laboratory (8 hours). Intriduction to the optical lab. Brewster angle. Optical fibers and polarization. Bragg lattices.
Prova orale
Lo studente deve dimostrare di padroneggiare i concetti introdotti nel
corso. In particolare, lo studente deve dimostrare di essere in grado di
introdurre, ricavare, argomentare, dimostrare e collegare relazioni e
teorie legate agli argomenti trattati
La prova di esame è svolta nell'intento di comprendere: 1) l'impegno profuso dallo studente nella preparazione, 2) quanto è stato appreso, 3)
quanto effettivamente compreso dallo studente, 4) la sua capacità di analisi e di critica
Il voto finale deriva da una valutazione ponderata dei criteri di misurazione dell'apprendimento
Oral text
The student must demonstrate mastery of the concepts introduced in the course. In particular, the student must demonstrate that he/she is are
able to introduce, to derive, to argue, show and to link relationships and theories related to the topics of the course
The exam is performed in order to assess: 1) the efforts made by the student in the preparation, 2) what the student has learned, 3) what he
has actually understood, 4) his ability to develop its own considerations and criticisms
The final mark is the results of a weighted evaluation of the learning measurement criteria
i) T. Rozzi, A. Di Donato, "Componenti & Circuiti Ottici", Ed. Pitagora-
Bologna, 2005; ii) Dispense a cura del docente
2) https://learn.univpm.it
i) T. Rozzi, A. Di Donato, "Componenti & Circuiti Ottici", Ed. Pitagora-
Bologna, 2005; ii) Lecture notes by the teacher
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