Obiettivi Formativi

Fornire conoscenze di base ed avanzate sul funzionamento dei principali dispositivi optoelettronici a stato solido, quali LED, strutture ad  eterogiunzione III-V, laser, fotorivelatori, fibre ottiche. Sviluppare  competenze sull'utilizzo del CAD e della strumentazione per la caratterizzazione di dispositivi e sistemi optoelettronici. Sviluppare le competenze necessarie per la valutazione delle prestazioni di componenti e sistemi optoelettronici. Sviluppo  di un adeguato grado di autonomia di giudizio nella scelta e l'individuazione di componenti e sistemi optoelettronici per applicazioni in ambito industriale. Sviluppo della capacità di comunicare efficacemente e con linguaggio tecnico adeguato per un'interazione proficua nell’ambito di un gruppo di lavoro. Sviluppo della capacità di aggiornamento sull’evoluzione scientifica e tecnologica nel settore dell’optoelettronica e le relative applicazioni in ambito industriale.

Metodi didattici

Il corso, al fine di raggiungere gli obiettivi formativi previsti, si svolge prevalentemente attraverso lezioni frontali. Sono inoltre previste esercitazioni guidate svolte dagli studenti, con lo scopo di stimolare l’approccio ai problemi con autonomia e senso critico. Tutte le attività sono svolte con supporto di slide delle lezioni.

Prerequisiti

Conoscenze di base di fisica, elettromagnetismo ed elettronica.

Verifiche dell'apprendimento

L'esame consiste in una prova scritta, seguita dalla prova orale. Durante la prova scritta si chiede di eseguire lo svolgimento completo di dieci esercizi in forma di domande a risposta multipla, domande a risposta aperta, ed esercizi numerici. Gli argomenti e il livello di difficoltà degli esercizi corrispondono al programma svolto e ai testi di riferimento indicati. Il tempo assegnato per la prova scritta è di due ore. La valutazione della prova scritta è fatta in trentesimi. La prova scritta si ritiene superata se la valutazione complessiva non è inferiore a 15/30. Superata la prova scritta, essa ha validità per tutto l’anno accademico entro il quale dovrà essere sostenuta la prova orale. La prova orale è incentrata sugli argomenti trattati durante il corso, a partire da una discussione critica della prova scritta. Essa ha il duplice scopo di verificare il livello di conoscenza e di comprensione dei contenuti del corso e di valutare l'autonomia di giudizio, la capacità di apprendimento, l'abilità comunicativa e proprietà di linguaggio scientifico e indi valutare le facoltà logico-deduttive acquisite dallo studente. Il voto finale è espresso in trentesimi e tiene conto della valutazione ottenuta durante la prova scritta e durante la prova orale. Durante lo svolgimento del corso sono previste due prove scritte in itinere. Lo studente che supera le prove in itinere è esonerato dalla prova scritta e può direttamente sostenere la prova orale. Le prove in itinere sono relative agli argomenti trattati durante il corso e si tengono rispettivamente a metà ed alla fine del corso (in date che vengono concordate durante le lezioni con gli studenti). A ciascuna prova si assegna una valutazione in trentesimi. La prova scritta è superata se la media delle due prove di verifica è pari o maggiore a 15/30. Durante le prove scritte è possibile utilizzare una calcolatrice. Maggiori dettagli sulle modalità di svolgimento delle prove di esame sono reperibili alla pagina Moodle del corso.

Programma del Corso

LA LUCE: Natura della luce. Onde elettromagnetiche. Spettro elettromagnetico. Polarizzazione. Legge di Snell. Angolo critico. Angolo di Brewster. Principio di sovrapposizione. Interferenza. Diffrazione. Componenti ottici. Specchi piani e sferici. Sorgenti luminose. Corpo nero. ELEMENTI DI FISICA DELLO STATO SOLIDO: Bande di energia nei solidi. Gap diretto ed indiretto. Conduttività elettrica. Semiconduttori intrinseci ed estrinseci. Eccitoni. Concentrazione dei portatori. Funzione lavoro. Diffusione e deriva dei portatori. Giunzione p-n. Eterogiunzioni di semiconduttori. Giunzioni metallo semiconduttore. DISPOSITIVI ATTIVI A STATO SOLIDO: Struttura fisica e principio di funzionamento di dispositivi attivi a semiconduttore: JFET, MOSFET, MuGFET, FinFET, GAAFET, MESFET, HEMT, BJT e HBT. Tecnologie e materiali per fabbricazione dispositivi. Tecniche di modellistica circuitale per transistor ed utilizzo di pacchetti CAD per l’implementazione dei modelli per transistor. MODULAZIONE DELLA LUCE: Polarizzazione lineare. Polarizzazione circolare. Polarizzazione ellittica. Birifrangenza. Lamina a quarto d'onda. Attività ottica. Effetto elettro-ottico. Dispositivi magneto-ottici. Effetto Faraday. Effetto acusto-ottico. DISPOSITIVI DI VISUALIZZAZIONE: Attivi e passivi dispositivi di visualizzazione. Luminescenza. Fotoluminescenza. Catodoluminescenza. Elettroluminescenza. Diodo emettitore di luce. Processi di ricombinazione radiativa. Efficienza di LED. Materiali per LED. Circuiti di polarizzazione per LED. LASER: Emissione ed assorbimento di radiazione. Inversione di popolazione. Retroazione ottica. Condizione di soglia. Perdite. Modi assiali. Modi trasversi. Classi di laser: laser a stato solido, laser a semiconduttore, laser a gas, laser a dye e laser ad elettroni liberi. Funzionamento in mode locking e Q-switching. Applicazioni. RIVELATORI DI RADIAZIONE OTTICA: Parametri dei rivelatori. Rivelatori termici. Bolometro. Rivelatori a fotoemissione. Fotodiodo a vuoto. Fotomoltiplicatori. Fotoconduttori. Fotodiodi a giunzione. FIBRE OTTICHE: Riflessione interna totale. Guida d’onda dielettrica planare. Guide d’onda a fibra ottica. Fibre step-index. Dispersione intermodale. Fibre graded-index. Fibre a singolo modo. Dispersione. Perdite. Tecniche di misura delle caratteristiche delle fibre. Misure di attenuazione. Misure di dispersione. Misura dell’indice di rifrazione. Materiali e fabbricazione di fibre. Sistemi di comunicazione ottica.