ADVANCED PHOTONICS

Docenti: 
Crediti: 
6
Sede: 
PARMA
Anno accademico di offerta: 
2020/2021
Responsabile della didattica: 
Settore scientifico disciplinare: 
CAMPI ELETTROMAGNETICI (ING-INF/02)
Semestre dell'insegnamento: 
Primo Semestre
Lingua di insegnamento: 

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 le proprietà delle fibre ottiche;
− riassumere i principali risultati di un’attività di analisi numerica.

Contenuti dell'insegnamento

La prima parte del corso verte 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 riguarda 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 viene 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 con attività di simulazione numerica.
Il programma del corso potrà essere integrato da seminari.

Programma esteso

La durata di ogni lezione è pari a 2 ore

LEZIONE 1: Tecnologie fotoniche del 21simo secolo

Fibre ottiche standard:
LEZIONE 2: Proprietà principali e meccanismo di guidaggio
LEZIONE 3: Modi guidati
LEZIONE 4: Curva di dispersione dei modi, monomodalità e multimodalità
LEZIONE 5: Approssimazione di debole guidaggio e pseudo-modi LP
LEZIONE 6: Fibre ottiche per comunicazioni a grande distanza

Fibre a cristallo fotonico:
LEZIONE 7: Cristalli fotonici e loro proprietà, introduzione alle fibre a cristallo fotonico
LEZIONE 8: Meccanismi di guidaggio nelle fibre a cristallo fotonico
LEZIONE 9: Principali proprietà e applicazioni delle fibre a cristallo fotonico

Laser in fibra ottica:
LEZIONE 10: Principio di funzionamento dei laser, diverse tipologie e principali applicazioni
LEZIONE 11: Configurazioni, schemi di pompaggio ed elementi droganti per laser in fibra ottica
LEZIONE 12: Prestazioni dei laser in fibra ottica ad alta potenza
LEZIONE 13: Limiti dei laser in fibra ottica ad alta potenza
LEZIONE 14: Fibre attive e passive per laser in fibra ottica ad alta potenza, principali applicazioni e ruolo sul mercato
LEZIONE 15: Laser processing con sorgenti laser in fibra ad alta potenza

Sensori in fibra ottica puntuali e distribuiti:
LEZIONE 16: Caratteristiche e proprietà principali, principio di funzionamento, classificazioni, vantaggi e svantaggi, esempi applicativi significativi dei sensori in fibra ottica
LEZIONE 17: Sensori di intensità
LEZIONE 18: Sensori di spettro
LEZIONE 19: Multiplexing di sensori
LEZIONE 20: Sensori distribuiti

Simulazione numerica:
LEZIONE 21: Introduzione alla simulazione numerica di fibre step-index
LEZIONE 22: Calcolo della curva di dispersione dei modi guidati
LEZIONE 23: Simulazione numerica di fibre large mode area
LEZIONE 24: Simulazione numerica di fibre a cristallo fotonico

Bibliografia

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

Metodi didattici

Le attività didattiche comprendono lezioni svolte con l’ausilio di presentazioni multimediali, video/immagini e pagine web (40 ore). A queste si alternano esercitazioni che prevedono l’utilizzo di un software per il calcolo dei modi guidati in fibre ottiche convenzionali (8 ore).
Le attività didattiche sono svolte a distanza in modalità sincrona (via Teams). Durante lezioni ed esercitazioni in modalità sincrona (diretta), si alternano momenti prevalentemente frontali a momenti interattivi con gli studenti. Le lezioni sono caricate anche sul sito Elly del corso, per la fruizione a distanza in modalità asincrona.
Le slide delle presentazioni utilizzate a supporto delle lezioni sono caricate 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 una prova orale basata su
− domande relative agli argomenti trattati durante le lezioni, per verificare il livello di apprendimento dello studente;
− domande sull’attività di simulazione svolta durante le esercitazioni, per verificare la capacità dello studente di riassumere e presentare i principali risultati di un’analisi numerica.
La prova orale è valutata con scala 0/30 in base a correttezza, completezza e chiarezza espositiva. Il voto della prova orale viene comunicato immediatamente al termine della prova stessa.
L’iscrizione on-line all’appello è obbligatoria e va effettuata non più tardi di tre giorni prima della data dell’esame.
Qualora, a causa del perdurare dell’emergenza sanitaria, fosse necessario integrare con la modalità a distanza lo svolgimento degli esami di profitto, si procederà con una prova orale a distanza via Teams del tutto analoga a quella svolta in presenza.
Ulteriori informazioni sulle modalità d’esame saranno fornite agli studenti durante le lezioni e rese disponibili sul sito Elly del corso.
Si invitano gli studenti a leggere con attenzione le guide disponibili sul sito web http://selma.unipr.it/ nella sezione “Esami online” prima di sostenere l’esame in modalità a distanza.