Componenti fotonici - (9 cfu)

Prof. Annamaria Cucinotta Tel. 0521.905765-905748 - Fax. 0521.905758
  E-mail. annamaria.cucinotta@unipr.it
 


Finalità

Il corso si propone di fornire le basi teoriche per lo studio della propagazione elettromagnetica a frequenze ottiche in strutture dielettriche guidanti, guide e fibre ottiche, necessarie per la comprensione del funzionamento dei moderni sistemi di telecomunicazione. Dispositivi di basilare importanza, come laser, amplificatori ottici, accoppiatori ottici e reticoli, saranno analizzati in dettaglio. Verranno illustrati nuovi approcci e strumenti di analisi e progetto nonché discusse le più importanti novità nel campo della fotonica e dell’optoelettronica.

Programma

• Lastra piana isotropa. • Fibra ottica. Apertura numerica, V-number, differenza percentuale di indice di rifrazione. Fibra step-index e i modi TE, TM, EH e HE. Fibra a debole guidaggio. I modi LP. Fattore di confinamento della potenza e dipendenza da V. Approssimazione gaussiana: definizione di spot size e mode field diameter. Espressione approssimata dello spot size normalizzato in funzione di V. Fibre graded index e matched cladding. • Attenuazione delle fibre ottiche. Cause intrinseche e cause estrinseche. Scattering di Rayleigh; perdite per micro- e macro-curvatura; assorbimento nell’ultravioletto e nell’infrarosso. Esempi di fibre commerciali. • Fenomeni di dispersione in fibra; dispersione cromatica. Fibre Dispersion Shifted (DSFs), Non-Zero Dispersion Shifted (NZDSFs), Fibre per la compensazione della dispersione (DCFs). Esempio di progetto di una fibra DCF. • Fibre ottiche plastiche: materiale, attenuazione, dimensioni del core e del cladding. • Meccanismi di amplificazione ottica. Population rate equations e sistemi a due, tre e quattro livelli.Equazioni di propagazione, coefficiente di guadagno e di assorbimento. • Amplificatori ottici in fibra drogata. Possibili configurazioni, schemi di pompaggio, guadagno, banda, cifra di rumore. Andamento delle grandezze negli amplificatori in fibra. • Amplificazione in banda C, L, S. Fibre silicate, tellurate e fluorurate drogate con erbio, neodimio, olmio e tulio. Laser in fibra. •Amplificatori ottici a semiconduttore - SOA. • LED e Laser a semiconduttore; schemi costitutivi e fisica del dispositivo. • Laser a semiconduttore singolo modo longitudinale; laser DFB e DBR. Laser tunabili. • Laser ad emissione verticale (VCSEL). Confronto con i laser tradizionali. Caratteristiche, prestazioni e applicazioni. • Processo di fotorivelazione. Assorbimento e trasparenza. Materiali e loro caratteristiche. • Tipi di fotodiodi. Prestazioni, rumore. • Componenti passivi. Accoppiatori e splitters. Wavelength Division Multiplexers and Demultiplexers (WDM MUXs/DEMUXs). Isolatori, Circolatori e Attenuatori. • Reticoli di Bragg in fibra ottica e guida dielettrica. Teoria dei modi accoppiati. Introduzione ed equazioni di riferimento. Applicazioni come specchi, selettori di lunghezza d’onda, per la compensazione di dispersione. • Accoppiatori direzionali in fibra e in ottica integrata. • Reticoli per riflessione, applicazione come demultiplexer e negli analizzatori di spettro. • Cavità Fabry-Perot. Interferometri. • Filtri interferometrici Mach-Zehnder. Divisori e star-couplers, multiplexer e demultiplexer. • Onde piane in mezzi anisotropi. Onda ordinaria e straordinaria. Dispositivi magneto-ottici, ritardatori di fase, polarizzatori, isolatori e circolatori. Applicazioni. • Modulatori ottici: ad elettroassorbimento, elettroottici e acustoottici. Applicazioni per l’elaborazione del segnale, switch ottici, convertitori di lunghezza d’onda. • Cristalli fotonici. Definizione e bande fotoniche proibite. Dispositivi basati sui cristalli fotonici: guide, giunzioni, curve, filtri, accoppiatori. • Fibre ottiche a cristallo fotonico e holey fibers. Definizione, tecnologie di fabbricazione, applicazioni nelle telecomunicazioni e prestazioni. • Coerenza di una sorgente; coerenza spaziale e temporale. • Metodi finiti; il metodo degli elementi finiti, differenze finite, mode matching.

Attività d'esercitazione

Sono previste esercitazioni di laboratorio sia numerico che sperimentale.

Modalità d'esame

Orale

Propedeuticità

Microonde

Testi consigliati

D.K. Mynbaev, L.L. Scheiner, "Fiber-Optic Communications Technology“, Prentice Hall, 2001.
P. Bassi, G. Bellanca, G. Tartarini, "Propagazione ottica libera e guidata" Clueb, 1999.
J. M. Senior, “Optical Fiber Communications”, Prentice Hall, 1992


Ultimo aggiornamento: 05-10-2011


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