Il corso è tenuto in inglese. L'obiettivo del corso è la presentazione dei principali dispositivi fotonici integrati (a semiconduttore e passivo) insieme alle loro caratteristiche, e ai metodi e alle tecniche utilizzate per la loro progettazione e simulazione.

Lo studente in questo corso acquisirà:
• un'ampia informazione sulle proprietà ottiche dei materiali principali utilizzati nei dispositivi fotonici: dielettrici, metalli, semiconduttori. A questo scopo viene fornita una trattazione fenomenologica della teoria di Lorenz per la risposta dielettrica, della teoria di Drude della risposta dei metalli e sulle interazioni banda-banda coinvolte nella risposta di semiconduttori (assorbimento, emissione spontanea, emissione stimolata), compreso il comportamento qualitativo delle strutture del pozzo quantico e le relative regole di selezione. Viene inoltre fornito un richiamo introduttivo sulle proprietà cristalline e elettroniche dei materiali pertinenti.
• Una conoscenza approfondita dei principi di funzionamento dei dispositivi fotonici attivi, comprese le sorgenti (LED, laser), gli amplificatori ottici (SOA), i modulatori elettro-ottici e ad elettro-assorbimento, i ricevitori (pin e fotodiodi a valanga).
• Una conoscenza delle proprietà di propagazione delle principali strutture in guida d'onda (guide d'onda elettriche dielettriche, guide plasmoniche) e dei componenti ottici passivi (componenti MMI, componenti a modi accoppiati).
• Una conoscenza degli aspetti relativi all'integrazione di dispositivi optoelettronici (ibrida e monolitica).
• La capacità di valutare le principali proprietà dei dispositivi fotonici attivi e passivi attraverso approcci analitici semplificati.
• La capacità di applicare tecniche numeriche (ad esempio il metodo di Beam Propagation) all'analisi di strutture fotoniche propagative complesse (attive e passive).

Il corso richiede gli elementi fondamentali della fisica dei semiconduttori, dei dispositivi elettronici (in particolare, la teoria della giunzione pn) e dei campi elettromagnetici e della propagazione dell'onda elettromagnetica. Concetti come la propagazione TE e TM vengono reintrodotti in dettaglio per il caso fotonico.

• Introduzione al corso. Materiali per la fotonica: proprietà ottiche di metalli, dielettrici, semiconduttori (1 CFU)
• Strutture passive in guida d'onda: guide d'onda dielettriche e plasmoniche, dispositivi MMI. Teoria dell’accoppiamento modale, componenti a modi accoppiati (1,5 CFU)
• Rilevatori: concetti di base e parametri, pin, valanga, struttura di un ricevitore fotonico (1 CFU)
• Modulatori: effetto elettro-ottico, modulatori elettro-ottici, modulatori al elettro-assorbimento (0,5 CFU)
• Il metodo di propagazione del fascio (Beam Propagation Method) e il laboratorio BPM (0,5 CFU)
• LED, amplificatori ottici a semiconduttore e LASER (1 CFU)
• Laboratorio numerico SOA / LASER (0,5 CFU)

Oltre alle lezioni, il corso comprende esercitazioni dedicate alla soluzione di problemi numerici e laboratori CAD.

Le lezioni sono coperte da un insieme di lucidi Powerpoint disponibili sul sito del corso. Parte degli argomenti del corso (proprietà ottiche dei semiconduttori, rivelatori, modulatori) sono trattati in dettaglio in:
• G. Ghione, ‘Semiconductor devices for high-speed optoelectronics’, Cambridge 2009.
Ulteriori testi di riferimento sono:
• L.A.Coldren, S.W. Corzine 'Diode Lasers and Photonic integrated Circuits' Wiley 1995 (Chapters 3 - 6)
• K.J. Ebeling, 'Integrated Opto-electronics', Springer-Verlag, 1993 (Chapters 5 and 6);
• L.A. Coldren, S.W. Corzine 'Diode Lasers and Photonic integrated Circuits', Wiley 1995 (Chapters 3-6).

L'esame si basa su:
1. una prova scritta sulla teoria (2h), consistente nella risposta scritta a una serie di domande tratte da un insieme già fornito fin dall'inizio del corso nel sito web;
2. un breve orale (15 m) basato sulla discussione della parte scritta e, se necessario, delle relazioni CAD e di homeworks (vedi punto successivo);
3. la valutazione di rapporti di laboratorio CAD e di homeworks basati sulla soluzione di problemi numerici.
Il peso relativo dei punti 1 e 2 è di 4/6 mentre il peso del punto 3 è 2/6. Durante la prova scritta non è consentito l’uso di materiale scritto.