OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

L'insegnamento si propone di fornire agli studenti le nozioni fondamentali relative all'invio dell’informazione mediante la propagazione guidata della luce su fibra ottica. Vengono spiegati i fenomeni che sono alla base della propagazione ottica guidata e le problematiche relative alla attenuazione e alla dispersione. L'ultima parte del corso si occupa di fornire le conoscenze necessarie alla comprensione del funzionamento dei piu' semplici componenti fotonici. Gli argomenti vengono proposti affiancandoli ad attività di simulazione al calcolatore.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

L'insegnamento si propone di fornire agli studenti le nozioni fondamentali relative alla propagazione guidata dei campi elettromagnetici in fibre ottiche tradizionali, in fibre a cristallo fotonico o in guide dielettriche per l'ottica integrata. Vengono spiegati i fenomeni della attenuazione e della distorsione dei segnali trasmessi. L'ultima parte del corso si occupa di fornire le conoscenze necessarie alla comprensione del funzionamento di power splitters, power combiners, accoppiatori direzionali. switches, LED, LASER, amplificatori ottici, modulatori elettroottici. Gli argomenti vengono proposti affiancandoli ad attività di simulazione al calcolatore.

MODALITA' DIDATTICHE

Le lezioni e gli esercizi vengono svolti dal docente in aula. Le esercitazioni al calcolatore, sono svolte in parte dal docente. La rimanente parte dell'esercitazione viene svolta dagli studenti approfondendo alcuni aspetti del tema trattato.

PROGRAMMA/CONTENUTO

1. Course organization, motivation and applications, course overview (2;2)
2. Introduction to optical transmission: history, applications, fundamental components and possible future developments (3;5)
3. Propagation in a slab waveguide:
   1. Guided modes: field components, their graphical behaviour, dispersion equation, graphical and numerical solution of the dispersion equation, cut-off frequencies, geometrical optics and numerical aperture (12;17)
   2. Radiated and evanescent modes: cardinality of the set of radiated and evanescent modes, field components, properties of the modes (2;19)
   3. Some comments on the orthogonality of modes and on the completeness of the set of modes: excitation of fields and their propagation in terms of modes (2;21)
   4. Some comments on leaky modes (1;22)
   5. Lab exercise using COMSOL Multiphysics: numerical analysis of a slab waveguide at different frequencies and using different excitations (3;25)
4. Features of the most important dielectric waveguides:
   1. Step index optical fibers: fundamental mode, superior modes, cut-off frequencies, usual terminology, useful approximations (3;28)
   2. Graded index optical fibers (1;29)
   3. Holey fibers, photonic-crystal fibers and dielectric waveguides for integrated optics (1;30)
5. Attenuation in dielectric waveguides (1;31)
6. Dispersion in dielectric waveguides (4;35)
7. Optical fibers for backbone cabling and access connections; standardization bodies and their activities (3;38)
8. Lab exercise using COMSOL Multiphysics: numerical analysis of propagation in dispersive media (3;41)
9. Coupled slab waveguides in the presence of weak coupling and fundamental modes (4;45)
10. Applications of coupled slab waveguides: power splitters, power combiners, directional couplers, switches (2;47)
11. Lab exercise using COMSOL Multiphysics: numerical analysis of coupled slab waveguides (2;49)
12. Fundamental ideas on electro-optics (2;51)
13. Electro-optic modulators and switches (2;53)
14. Basic ideas about the interaction of electrons and photons (1;54)
15. Some comments on LED and semiconductor optical amplifiers (3;57)
16. Fabry-Perot resonators and principles of laser oscillators (2;59)
17. Basic ideas behind Erbium Doped Fiber Amplifiers (1;60)
18. Some comments on photodetectors: photoelectric detectors; vacuum photodiodes; photomultiplier tube; photoconductive detectors; photodiodes detectors; avalanche photodiodes (2;62)
19. Basic introduction to Rayleigh, Raman and Brillouin scattering; Raman Fiber Amplifiers by stimulated Raman scattering (1;63)

TESTI/BIBLIOGRAFIA

• Materiale distribuito a lezione
• D. Marcuse, Light transmission optics, Van Nostrand Reinhold Company, 1972, New York, USA
• D. Marcuse, Theory of dielectric optical waveguides, Academic Press Company, 1974, New York, USA
• G. P. Agrawal, Fiber-optic communication systems, Wiley interscience, 2002, New York, USA
• B. E. A. Saleh and M. C. Teich, Fundamentals of Photonics, Wiley, 2007, New York, USA

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

MIRCO RAFFETTO (Presidente)

GIAN LUIGI GRAGNANI

MATTEO PASTORINO

ANDREA RANDAZZO

LEZIONI

Orari delle lezioni

FIBRE OTTICHE E FOTONICA

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L'esame prevede una prova orale, con almeno tre domande, di cui almeno una teorica ed almeno un esercizio.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

Al termine dell'insegnamento lo studente dovra' dimostrare di aver compreso i punti salienti della teoria della propagazione guidata e gli aspetti fondamentali relativi al funzionamento dei piu' importanti dispositivi per la trasmissione ottica dell'informazione.

Calendario appelli