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, 70125 Bari - Italy Tel. +39 080 5963850, FAX +39 080 5963410, E-mail: vittorio.passaro@poliba.it URL: http://dee.poliba.it/photonicsgroup LT in Ingegneria Elettronica e delle TLC, curriculum ELETTRONICA
CONOSCENZE PRELIMINARI Concetti fondamentali di Campi Elettromagnetici (onde piane, equazioni di Maxwell) Concetti fondamentali di Dispositivi Elettronici (struttura a bande, drogaggio, giunzione pn)
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).
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).
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.
INFORMAZIONI ESAME ORALE Calendario ed informazioni sul sito FTP: http://ftp-dee.poliba.it:8000/passaro/ Sito del Corso di Laurea: http://dee.poliba.it/dei-it/didattica/3l8-et.html Possibilità di (brevi) tesi di laurea triennale (3 CFU)
MATERIALE DIDATTICO Appunti dalle lezioni Dispense e materiale dal docente Informazioni su esami e altri avvisi nel sito: FTP: http://ftp-dee.poliba.it:8000/passaro Sito del gruppo di ricerca: URL: http://dee.poliba.it/pg/index.html
TESTI DI RIFERIMENTO J. Wilson, J. Hawkes, Optoelectronics: an introduction, Prentice Hall, 1998 A. Cutolo, Optoelettronica e fotonica, Aracne Ed., 2014
INTRODUZIONE INTRODUZIONE ALL OPTOELETTRONICA: Cosa significa? Cosa studia? A cosa serve? INTERAZIONI TRA LA RADIAZIONE E LA MATERIA E DISPOSITIVI CORRELATI
Lo spettro elettromagnetico
Lo spettro elettromagnetico
Natura (ondulatoria) della luce v c 1 0 0 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
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 = 6.626 10^-34 Js
Sorgenti LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) Rosso: LASER a gas; Arancio: LASER a eccimeri Verde: LASER Nd:YAG; sotto: diodi LASER
Sorgenti Laser
Sorgenti Laser
Usi del Laser INDUSTRIA (Meccanica, Medicina) BENI CULTURALI (Diagnostica,..) TELECOMUNICAZIONI (Sistemi in fibra ottica, Internet,...) SENSORISTICA (Fotonica, ecc. ecc..)
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..)
Tipi di Laser LASER A GAS (He-Ne, CO 2, Argon, ) LASER A STATO SOLIDO (Nd:YAG, ) DIODI LASER (Semiconduttore)
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
Classi dei laser: sicurezza e precauzioni
LASER: sicurezza e rischi
LASER: sicurezza e rischi
Diodo LASER data sheet
Diodo LASER data sheet
Diodi LED (Light Emitting Diode)
Diodi LED Data sheet
Diodi LED Data sheet
Fotodiodi e sensori
Fotodiodi Data sheet
Fototransistor & Data sheet
Celle solari
Celle solari: Data sheet