ADVANCED PHOTONICS
cod. 1006072

Anno accademico 2017/18
1° anno di corso - Primo semestre
Docente
Settore scientifico disciplinare
Campi elettromagnetici (ING-INF/02)
Field
A scelta dello studente
Tipologia attività formativa
A scelta dello studente
42 ore
di attività frontali
6 crediti
sede: PARMA
insegnamento
in INGLESE

Obiettivi formativi

Al termine del corso ci si attende che lo studente sia in grado di:
− comprendere l’importanza della fibra ottica convenzionale come componente di base per la realizzazione di dispositivi ottici e fotonici di grande successo sul mercato attuale, come sensori e laser in fibra;
− comprendere l’importanza della fibra a cristallo fotonico, ancora oggetto di attiva ricerca a livello internazionale, per i dispositivi ottici e fotonici del futuro;
− analizzare con un metodo numerico avanzato (metodo agli elementi finiti) le proprietà delle fibre ottiche;
− riassumere e comunicare tramite la redazione di un report i principali risultati di un’attività di analisi numerica.

Prerequisiti

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Contenuti dell'insegnamento

La prima parte del corso verterà sulle fibre a cristallo fotonico, con una descrizione dettagliata delle caratteristiche che le distinguono dalle fibre ottiche convenzionali, con particolare riferimento ai meccanismi di guidaggio della luce, e che le rendono particolarmente adatte per importanti applicazioni.
La seconda parte delle lezioni riguarderà invece i laser in fibra ottica, con la presentazione delle configurazioni più diffuse, dei parametri per caratterizzarne le prestazioni e delle principali applicazioni presenti e future.
Nell'ultima parte del corso verrà affrontata in modo approfondito la tematica dei sensori in fibra ottica, sia puntuali, sia distribuiti, con particolare attenzione ai principi di funzionamento, alle applicazioni pratiche e ai prodotti presenti sul mercato, ma anche ai temi di ricerca di maggiore interesse.
Sono previste lezioni in laboratorio, principalmente con attività di simulazione.
Il programma del corso potrà essere integrato da seminari.

Programma esteso

− Tecnologie fotoniche del 21simo secolo

Fibre ottiche standard:
- Meccanismo di guidaggio e modi guidati
− Monomodalità e multimodalità, applicazioni

Fibre a cristallo fotonico:
− Cristalli fotonici e loro proprietà, fibre a cristallo fotonico e loro proprietà
− Meccanismi di guidaggio e principali applicazioni delle fibre a cristallo fotonico

Laser in fibra ottica:
− Principio di funzionamento dei laser, diverse tipologie e principali applicazioni
− Configurazioni, schemi di pompaggio ed elementi droganti per laser in fibra ottica
− Prestazioni e limiti dei laser in fibra ottica ad alta potenza
− Fibre attive e passive per laser in fibra ottica ad alta potenza, principali applicazioni e ruolo sul mercato

Sensori in fibra ottica puntuali e distribuiti:
− Caratteristiche e proprietà principali, principio di funzionamento, classificazioni, vantaggi e svantaggi, esempi applicativi significativi dei sensori in fibra ottica
− Sensori di intensità
− Sensori di spettro
− Multiplexing di sensori
− Sensori distribuiti

Simulazione numerica:
− Cenni sul Metodo degli Elementi Finiti (FEM) e presentazione delle caratteristiche principali del software COMSOL Multiphysics per la simulazione di fibre ottiche e componenti fotonici
− Simulazione numerica di fibre step-index
− Simulazione numerica di fibre con cladding a basso indice di rifrazione: curva di dispersione
− Simulazione numerica di fibre con cladding a basso indice di rifrazione: dispersione cromatica
− Simulazione numerica di fibre a cristallo fotonico

Bibliografia

S. Selleri, L. Vincetti, A. Cucinotta, “Optical and Photonic Components”, Esculapio, 2015
R. Paschotta, “Encyclopedia of laser physics and technology”, Wiley, 2008
E. Udd, “Fiber optic sensors: an introduction for engineers and scientists”, Wiley, 1991
F. Poli, A. Cucinotta, S. Selleri, “Photonic crystal fibers: properties and applications”, Springer, 2007
Articoli scientifici segnalati durante il corso

Metodi didattici

Le attività didattiche comprendono lezioni svolte in aula dal docente con l’ausilio della lavagna e del computer/proiettore per mostrare presentazioni multimediali, video/immagini e pagine web (30 ore). A queste si alternano lezioni laboratoriali, che prevedono l’utilizzo del software commerciale COMSOL Multiphysics per l’analisi della propagazione di onde elettromagnetiche a frequenze ottiche in mezzi ottici lineari e non lineari (12 ore).
Le slide delle presentazioni utilizzate a supporto delle lezioni sono caricate con cadenza settimanale sulla piattaforma Elly. Per scaricare le slide è necessaria l’iscrizione al corso.
Le slide vengono considerate parte integrante del materiale didattico. Si ricorda agli studenti non frequentanti di controllare il materiale didattico disponibile e le indicazioni fornite dal docente tramite la piattaforma Elly.

Modalità verifica apprendimento

La valutazione dell’apprendimento è effettuata tramite:
− prova orale con domande sugli argomenti trattati durante le lezioni svolte in aula, per verificare il livello di apprendimento dello studente. La prova orale è valutata con scala 0/30;
− report individuale su un’attività di simulazione numerica da svolgere tramite COMSOL Multiphysics. L’attività, che deve essere svolta in modo individuale, riguarda una delle tipologie di fibra ottica presentate durante le lezioni laboratoriali. Il testo dell’attività va ritirato durante l’ultima lezione del corso o, successivamente, nell’ufficio del docente, previo appuntamento. Il docente fornisce allo studente anche un template Word (in formato .docx) che lo studente è invitato ad utilizzare per preparare il report. Il report va inviato via e-mail in formato .pdf al docente non più tardi di tre giorni prima della data dell’esame orale. Il report è valutato in base a correttezza, completezza e chiarezza espositiva, con scala 0/30.
Il voto della prova orale viene comunicato immediatamente al termine della prova stessa. Il voto del report è comunicato allo studente al termine della prova orale. Contestualmente, lo studente può visionare il report con le relative correzioni. Il voto finale è calcolato come media aritmetica dei voti dell’interrogazione orale e del report, entrambi in trentesimi. La lode viene assegnata nel caso del raggiungimento del massimo punteggio su entrambe le prove.
L’iscrizione on-line all’appello è obbligatoria e va effettuata non più tardi di tre giorni prima della data dell’esame.

Altre informazioni

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