Anno accademico 2006/2007 - lauree triennali

[ELENCO COMPLETO]
  1. Laboratorio di basi di dati.
  2. Laboratorio di elettromagnetismo.
  3. Laboratorio di elettronica.
  4. Laboratorio di fisica (1°, 2° 3° unità).
  5. Laboratorio di fisica ambientale e terrestre.
  6. Laboratorio di fisica moderna.
  7. Laboratorio di fondamenti dell´informatica.
  8. Laboratorio di optoelettronica 1.
  9. Laboratorio di optoelettronica 2.
  10. Laboratorio di ottica.
  11. Laboratorio di sistemi operativi.
  12. Logica e teoria degli insiemi.
  13. Matematica finanziaria.
  14. Meccanica analitica.
  15. Meccanica quantistica.
  16. Meccanica razionale.
  17. Metodi computazionali della fisica.

64. Laboratorio di optoelettronica 2

prof. Gianluca Galimberti


OBIETTIVO DEL CORSO

Dare allo studente le basi teoriche per la comprensione dei principi di
funzionamento  dei  dispositivi  a  semiconduttore (e.g. LED e laser a
semiconduttore) e misurare in laboratorio il loro funzionamento. Costruire
dei dispositivi di interesse pratico (e.g. trasmettere segnali in fibra,
costruire sensori ottici etc.).

PROGRAMMA DEL CORSO

Dispositivi a semiconduttore.

Parte teorica:

* Spettro delle lunghezze d'onda di interesse tecnologico, materiali
disponibili, simmetria cristallina, struttura a bande (cenni), massa
efficace e risultati della teoria di Kane.
* Funzione  di  distribuzione  di Fermi-Dirac,densità degli stati in
approssimazione parabolica, il concetto di lacuna (o buca), densità dei
portatori di carica in un semiconduttore intrinseco.
* Semiconduttori estrinseci e posizione del potenziale chimico, drogaggio
di tipo n e p, statistica non-degenere e degenere. Approssimazioni per
l'integrale di Fermi.
* Il concetto di quasi-potenziale chimico e il semiconduttore estrinseco
fuori equilibrio.
* Assorbimento in un semicondutttore con band gap diretto. La densità
congiunta degli stati, il coefficiente di assorbimento, la lunghezza di
estinzione.
* I  coefficienti  A  e B di Einstein, relazione tra assorbimento ed
emissione.
* Assorbimento, emissione spontamea, emissione stimolata. La statistica
dei fotoni all'equilibrio.
* Rate  equations  all'equilibrio,  applicabilità  ai  sistemi fuori
equilibrio.
* Assorbimento ed amplificazione nei semiconduttori a band gap diretto.
Condizione  di  guadagno  e  quasi potenziali chimici. L'emissione
spontanea.
* I diodi a semiconduttore, la giunzione p-n, la zona di svuotamento, la
curvatura della bande dovuta al campo elettrico. Omogiunzione p-n in
approssimazione di svuotamento totale, polarizzazione diretta, i quasi
potenziali chimici nella zona di svuotamento. La corrente di diffusione
e l'equazione del diodo.
* La corrente di diffusione inversa.
* Le  eterostrutture,  il  diodo  p-n  a  singola eterostruttura, la
eterostruttura doppia.
* Distanze caratteristiche nei semiconduttori: equazioni di continuità,
lunghezza di diffusione, lunghezza di Debye, lunghezza di svuotamento.
* La  ricombinazione  radiativa  per  emissione  spontanea ed i LED,
elettroluminescenza.
* Caratteristiche spettrali di emissione di un LED. Il coefficiente di
ricombinazione bimolecolare.
* I laser a semiconduttore. Condizione di Bernard-Durrafourg, corrente di
trasparenza,  perdite nel risuonatore e corrente di soglia. I modi
longitudinali e la lunghezza della cavità: possibilità di accordo in
frequenza per laser VCSEL.

Esperienze di Laboratorio:

* Misura   della  caratteristica  corrente-potenza  di  un  laser  a
semiconduttore e di un LED.
* Accoppiamento Laser/LED con fibra ottica mediante lenti GRIN.
* Studio della perdita nella giunzione a secco tra due fibre.
* Costruzione di connettori SMA. Politura delle superfici di accoppiamento
e misura del coefficiente di attenuazione.
* L'accoppiamento tra fibre mediante connettore con gel index matching.
* L'accoppiamento  evanescente  tra  fibre:  misure di trasmissione,
riflessione e coefficiente di splitting.
* Costruzione di un multiplexer e di un demultiplexer.
* Accoppiamento di un LED ed un laser nel multiplexer.
* Trasmissione  e  ricezione  di  segnali  modulati  in  un  sistema
multiplexing-demultiplexing.

BIBLIOGRAFIA

E. Rosencher - B. Vinter, Optoelectronics, Cambridge University Press.

B. E. A. Saleh - M. C. Teich, Fundamentals of Photonics, John Wiley & Sons.

Dispense.

DIDATTICA DEL CORSO

Lezioni  in aula con lavagna luminosa, appunti distribuiti in classe e
seminari specialistici di approfondimento tenuti da altri docenti (variabili
di anno in anno).

Le esercitazioni trattano aspetti specifici della teoria svolta a lezione, e
danno indicazioni riguardo agli esperimenti da effettuare in laboratorio. In
laboratorio gli studenti sono assistiti dai docenti e devono effettuare
misure che riguardano il funzionamento dei principali dispositivi ottici a
semiconduttore, LED e laser: alla fine di ciascuna esperienza è richiesta
una relazione che descriva criticamente il lavoro svolto.

Gli apetti tecnici relativi alle apparecchiature usate in laboratorio, che
sono essenziali per lo svolgimento degli esperimenti, sono in parte trattati
nelle esercitazioni, in parte spiegati da dispense distribuite durante il
corso ed in parte visti direttamente in laboratorio.

METODO DI VALUTAZIONE

Il giudizio sulle relazioni svolte nel corso dell'anno è parte integrante
della valutazione. In aggiunta, è richiesto il superamento di un esame
orale.

AVVERTENZE

I prerequisiti per la comprensione della materia trattata sono i corsi di
Elettromagnetismo 1, Elettromagnetismo 2 ed Elettrodinamica ed onde. Non è
obbligatorio seguire le lezioni di teoria, ma per essere ammessi all'esame
finale  si  deve  frequentare  almeno  l'80% delle ore previste per il
laboratorio.

Il  Prof.  Gianluca Galimberti riceve gli studenti, al di là delle ore
previste, ogni qual volta venga richiesto, in tempi ovviamente compatibili
con le contestuali esigenze lavorative del Docente.


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