Indice. Introduzione 13

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1 Indice Introduzione 13 1 Le guide d onda I modi di una guida d onda Calcolo delle funzioni di modo Potenza trasportata da un modo Completezza ed ortogonalità deimodi Funzione di trasferimento di una guida Campo elettrico di un modo nel dominio del tempo Accoppiamento tra i modi Lastra piana Modi TE e TM Descrizione mediante onde piane Calcolo dei modi guidati Modi TE Modi TM Condizioni di cut-off Andamento delle funzioni di modo Confinamento del campo Curve di dispersione Elevato confinamento e approssimazione parassiale L indice efficace I modi irradianti I modi reattivi Completezza dei modi e perdite per accoppiamento La birifrangenza La lastra piana anisotropa

2 2.12 La lastra piana asimmetrica Funzioni di modo Guide in ottica integrata Tipologie di guide in ottica integrata Guida sepolta Birifrangenza Guida Rib Guide strip e strip-raised Guida diffusa Perdite nelle guide Perdite di accoppiamento Perdite nelle guide curve Perdite per scattering Perdite dipendenti dalla polarizzazione Divisori di potenza Giunzione ad Y L accoppiatore direzionale Realizzazione con guide rib Matrice di trasferimento Proprietà eapplicazioni Parametri caratteristici Analisi tramite la teoria dei modi accoppiati Filtri e interferometri Interferometro Fabry-Perot Reticoli di diffrazione in trasmissione Potere risolvente Reticoli di diffrazione in riflessione Interferometro multimodale: MMI Il principio dell auto-immagine Interferometro Mach-Zehnder Arrayed-Waveguide Grating: AWG Componenti non reciproci Propagazione in cristalli uniassici Onda ordinaria Onda straordinaria

3 6.1.3 Superficie dei vettori d onda ed ellissoide degli indici Birifrangenza Convertitori di polarizzazione Isolatori Circolatori Instradamento ottico AWG Wavelength blocker Wavelength selective switch Planar Lightwave Circuits La fibra ottica Calcolo dei modi di una fibra step Calcolo della dipendenza azimutale Calcolo della dipendenza radiale L equazione caratteristica Cut-off e condizione di monomodalità Caratteristiche del modo fondamentale I modi LP L approssimazione gaussiana per il modo fondamentale Fibra birifrangente o a mantenimento di polarizzazione Caratteristiche trasmissive delle fibre ottiche Attenuazione di una fibra ottica Fibre insensibili alle perdite per curvatura per FTTH Dispersione Dispersione Intermodale Dispersione Cromatica Classificazione delle fibre Fibre Ottiche Plastiche I reticoli Fotosensibilità Reticolo di Bragg in guida dielettrica Reticoli di Bragg in fibra ottica Proprietà deireticolidibragguniformi Reticoli non uniformi Applicazioni dei reticoli di Bragg in fibra

4 10 Modulatori ottici Modulatori elettro-ottici Modulatori di fase Modulatori Mach-Zehnder Modulatori ad onda viaggiante Modulatori in Niobato di Litio Modulatori ad elettroassorbimento Assorbitore saturabile Modulatori acusto-ottici Amplificatori ottici Caratteristiche degli amplificatori ottici Amplificatori in fibra drogata EDFA Sezioni d urto dell erbio e lunghezze d onda di pompa Equazioni di un EDFA Guadagno e lunghezza ottima Equalizzazione del guadagno Rumore negli EDFA Configurazioni tipiche EDFA per amplificazione in banda L Amplificatori ottici a semiconduttore Guadagno di potenza Scelta del materiale Omogiunzione ed eterogiunzione Struttura Dinamica del guadagno Applicazioni per l elaborazione ottica dei segnali Amplificatori Raman Amplificatori Raman in fibra Guadagno a piccoli segnali Rumore Amplificatori concentrati e distribuiti Tecniche di equalizzazione del guadagno Confronto tra i diversi tipi di amplificatori

5 12 Laser LED Materiali semiconduttori per i laser Risonatore ottico Guidaggio laterale Singolo modo longitudinale Potenza ottica Caratteristiche del fascio emesso Fasci Gaussiani Fattore M I modi Laser tunabili Modulazione diretta di laser Il rumore Laser ad emissione verticale Fotorivelatori Processo di fotorivelazione Coefficiente di assorbimento Efficienza quantica Responsivity Fotodiodi Tempo di risposta e banda Caratteristica tensione-corrente Fotodiodo p-i-n Fotodiodo a eterostruttura Fotodiodi a valanga Il rumore Circuito di polarizzazione Fenomeni di dispersione in fibra Propagazione di un segnale modulato Condizioni di assenza di distorsione Dispersione intramodale Il walk-off Tecniche di compensazione della dispersione Compensazione mediante pre-chirping Solitoni

6 Fibre e reticoli di compensazione Dispersione di ordine superiore Effetti dovuti alla sorgente Dispersione intermodale Dispersione di polarizzazione Fibra birifrangente o a mantenimento di polarizzazione Matrice di trasferimento di una fibra affetta da PMD A Amplificazione ottica 381 A.1 Livelli di energia e fotoni A.2 Interazione radiazione materia A.2.1 Allargamento dei livelli energetici A.2.2 Le equazioni delle popolazioni A.2.3 Equazioni di propagazione A.3 Pompaggio di un materiale A.3.1 Pompaggio ottico mediante un sistema a tre livelli A.3.2 Pompaggio elettrico nei semiconduttori A.4 Emissione spontanea amplificata B Teoria dei modi accoppiati 395 B.1 La condizione di sincronismo o di phase-matching B.2 Soluzione delle equazioni del reticolo B.3 Soluzione delle equazioni dell accoppiatore Bibliografia 407