FONDAMENTI DI OPTOELETTRONICA (DM 270/04, III anno CdS in Ing. Elettronica e delle Telecomunicazioni)

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1 FONDAMENTI DI OPTOELETTRONICA (DM 270/04, III anno CdS in Ing. Elettronica e delle Telecomunicazioni) Prof. Vittorio M. N. Passaro Photonics Research Group, Dipartimento di Ingegneria Elettrica e dell Informazione Politecnico di Bari, Via E. Orabona n. 4, Bari - Italy Tel , FAX , URL: LT in Ingegneria Elettronica e delle TLC, curriculum ELETTRONICA

2 CONOSCENZE PRELIMINARI Concetti fondamentali di Campi Elettromagnetici (onde piane, equazioni di Maxwell) Concetti fondamentali di Dispositivi Elettronici (struttura a bande, drogaggio, giunzione pn)

3 OBIETTIVI Scopo dell insegnamento è quello di presentare i concetti fisici di base dei principali dispositivi optoelettronici (LASER, LED, fotodiodi, fototransistor, celle fotovoltaiche). Sono inoltre introdotti concetti di modulazione e di confinamento della luce (guide d onda).

4 CONTENUTI DEL CORSO Lo spettro elettromagnetico. Dualismo onda-particella. Equazione di Schroedinger. Buca di potenziale. Gap diretto e indiretto. Onde elettromagnetiche. Mezzi omogenei e dispersivi. Legge di Snell. Condizione TIR. Strati antiriflesso e specchi dielettrici. Definizione di guida d onda. Cavità Fabry-Perot. Interferometro di Michelson. Diffrazione da una apertura. Interferenza. Reticoli. Interazione radiazione-materia. Emissione spontanea e stimolata. Assorbimento e amplificazione della luce. Sistemi a 2, 3 e 4 livelli. Rate equations. Condizioni di oscillazione laser. Modi dei laser. Laser a gas e a stato solido. Laser impulsati (Q-switching, cavity dumping, gain switching, mode locking).

5 CONTENUTI DEL CORSO LED e funzionamento. Caratteristiche e proprietà. Materiali per LED. Diodi LASER omogiunzione. Condizione di soglia. Confronto LED-LASER. Fotorivelatori: proprietà e materiali. Fotodiodi pn, PIN e a valanga. Rumore nei fotorivelatori. Fototransistor. Celle fotovoltaiche. Circuito equivalente. Efficienza. Modulazione della radiazione. Effetto elettroottico, acustoottico, termoottico e a dispersione di plasma. Strutture a quantum well (QW) e multi quantum well (MQW). Laser a MQW. Esercitazioni numeriche.

6 INFORMAZIONI ESAME ORALE Calendario ed informazioni sul sito FTP: Sito del Corso di Laurea: Possibilità di (brevi) tesi di laurea triennale (3 CFU)

7 MATERIALE DIDATTICO Appunti dalle lezioni Dispense e materiale dal docente Informazioni su esami e altri avvisi nel sito: FTP: Sito del gruppo di ricerca: URL:

8 TESTI DI RIFERIMENTO J. Wilson, J. Hawkes, Optoelectronics: an introduction, Prentice Hall, 1998 A. Cutolo, Optoelettronica e fotonica, Aracne Ed., 2014

9 INTRODUZIONE INTRODUZIONE ALL OPTOELETTRONICA: Cosa significa? Cosa studia? A cosa serve? INTERAZIONI TRA LA RADIAZIONE E LA MATERIA E DISPOSITIVI CORRELATI

10 Lo spettro elettromagnetico

11 Lo spettro elettromagnetico

12

13 Natura (ondulatoria) della luce v c Con i valori accettati della costante dielettrica e della permeabilità magnetica nel vuoto, si ottiene la velocità della luce: c=2,9979*10^8 m/sec

14 Natura (corpuscolare) della luce: h I 2 2 c 2 = h (costante di Planck) I 2 c 2 2 e h h KT 1 h = ^-34 Js

15 Sorgenti LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) Rosso: LASER a gas; Arancio: LASER a eccimeri Verde: LASER Nd:YAG; sotto: diodi LASER

16 Sorgenti Laser

17 Sorgenti Laser

18 Usi del Laser INDUSTRIA (Meccanica, Medicina) BENI CULTURALI (Diagnostica,..) TELECOMUNICAZIONI (Sistemi in fibra ottica, Internet,...) SENSORISTICA (Fotonica, ecc. ecc..)

19 Usi del Laser INDUSTRIA (Elettronica consumo, imaging, lettore codice, CD/DVD) BENI CULTURALI (Diagnostica,..) TELECOMUNICAZIONI (Sistemi in fibra ottica, Internet,...) SENSORISTICA (Sistemi fotonici integrati, ecc..)

20 Tipi di Laser LASER A GAS (He-Ne, CO 2, Argon, ) LASER A STATO SOLIDO (Nd:YAG, ) DIODI LASER (Semiconduttore)

21 Tipi di LASER LASER A GAS (He-Ne, CO 2, Argon, ) LASER A STATO SOLIDO (Nd:YAG, Er:YAG, Nd:YVO4, Nd:YLF) DIODI LASER (semiconduttore omog., eterogiunzione, ecc. ecc...) LASER A ECCIMERI (KrF, ArF) LASER A RUBINO > ALTA POTENZA > ALTA DIREZIONALITA > ALTA COERENZA > ALTA PUREZZA SPETTRALE

22 Classi dei laser: sicurezza e precauzioni

23 LASER: sicurezza e rischi

24 LASER: sicurezza e rischi

25 Diodo LASER data sheet

26 Diodo LASER data sheet

27 Diodi LED (Light Emitting Diode)

28 Diodi LED Data sheet

29 Diodi LED Data sheet

30 Fotodiodi e sensori

31 Fotodiodi Data sheet

32 Fototransistor & Data sheet

33 Celle solari

34 Celle solari: Data sheet

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