Il corso intende fornire le conoscenze di base nel campo dell’optoelettronica in modo da formare figure di ingegneri elettronici in grado di conoscere i principali dispositivi optoelettronici e di comprendere come le problematiche correlate alla sviluppo delle tecnologie fotoniche impatti sulla progettazione dei sistemi elettronici del futuro. Nel corso vengono anche introdotte le interconnessioni ottiche (tra ed entro la board) ed i circuiti fotonici integrati nella piattaforma in silicio CMOS compatibile.

Il corso fornisce in primo luogo conoscenze sui principali materiali e componenti per l’optoelettronica in modo tale che a partire dalla conoscenza dei blocchi funzionali che compongono un sistema optoelettronico, gli studenti siano in grado di progettare semplici sistemi optoelettronici. Le conoscenze acquisite verteranno su: Strutture per la propagazione della luce: guide e fibre ottiche; utilizzo di metodi semplificati e strumenti CAD per la loro analisi. Proprietà ottiche dei semiconduttori Struttura, funzionamento, metodi di simulazione e caratterizzazione in laboratorio di diodi emettitori di luce: LED e laser a semiconduttore. Struttura, funzionamento e metodi di simulazione e caratterizzazione di fotorivelatori e celle solari in semiconduttore. Struttura e funzionamento di modulatori ottici integrati in circuiti fotonici. Problematiche e soluzioni legate alle tecnologie per le interconnessioni ottiche. Piattaforma tecnologica silicon photonics CMOS compatibile. Abilità e competenze attese: Capacità di riconoscere , pilotare ed interconnettere i vari dispositivi che formano un sistema optoelettronico. Capacità di eseguire in laboratorio semplici caratterizzazioni di dispositivi optoelettronici. Capacità di comprendere ed interpretare in modo critico la letteratura tecnica e scientifica sull’argomento. Riconoscere le problematiche legata all’utilizzo delle interconnessioni ottiche in sistemi elettronici. Capacità di interfacciarsi con ingeneri optoelettronici e/o tecnologi esperti del settore.

Conoscenze sui materiali, tecnologie e funzionamento dei dispositivi a semiconduttore. Conoscenze di base di elettronica, in particolare oscillatori elettronici. Conoscenze di base di campi elettromagnetici e corso di fisica II

Il programma del corso è suddiviso nelle seguenti parti: PARTE A: Confinamento e propagazione della luce nelle guide ottiche (1 crediti) - Concetto di guida ottica - Analisi della guida dielettrica planare - Esempi di guide ottiche: fibre ottiche, guide ottiche in semiconduttore per realizzazione della cavità laser, guide ottiche in silicio per circuiti fotonici integrati in silicio - Problematiche di accoppiamento tra guide diverse - Laboratorio sull’analisi numerica di strutture per guide ottiche PARTE B: Proprietà ottiche dei semiconduttori e materiali per l’optoelettronica(1 crediti) - Interazione del segnale ottico con il materiale semiconduttore: modello classico dell’oscillatore - Emissione stimolata, spontanea ed assorbimento di fotoni - Silicio, Germanio e materiali III/V - Heterostrutture - Calcolo analitico dello spettro di assorbimento e di guadagno di un materiale semiconduttore - Cenni ai materiali a dimensionalità ridotta: Quantum Well, Quantum Wire, Quantum Dot PARTE C: Diodi per la generazione ed amplificazione della luce (2 crediti) - LED, laser a semiconduttore presentati attraverso l’approccio fenomenologico delle equazioni di bilancio - Amplificatori ottici a semiconduttore (SOA) e diodi superluminescenti. - Analisi delle caratteristiche statiche e dinamiche dei laser a semiconduttore - Rumore e larghezza di riga - Realizzazione della cavità laser: specchi, strutture a feedback distribuito, laser a cavità esterna accordabili - Packaging - Integrazione del laser a semiconduttore nella piattaforma silicon photonics CMOS compatibile - Laboratorio sulla simulazione e caratterizzazione di diodi laser - Laboratorio sulla simulazione e caratterizzazione si diodi laser PARTE D: Rivelazione e modulazione del segnale ottico (1 credito) - Fotodiodi e celle solari - Modulatori ottici - Modulatori ottici nella piattaforma silicon photonics - Laboratorio sulla simulazione di modulatori ottici o fotodiodi o celle solari PART F: High speed electronic devices (1 credito)

L’insegnamento è costituito da lezioni teoriche svolte in aula e 4 laboratori facoltativi (vedi “criteri e procedure per l’esame”). Le lezioni teoriche sono svolte in aula facendo uso della proiezione di slide. Le slide delle lezioni saranno rese disponibili sul portale della didattica prima dell’inizio delle lezioni. I laboratori prevedono lo sviluppo di semplici programmi in Matlab per la soluzione di problemi proposti, l’uso di simulatori per la simulazione di dispositivi optoelettronici.

Dispense, guide alle esercitazioni di laboratorio e slide delle lezioni sono disponibili sul portale della didattica nella pagina del corso. Testi consigliati: - L. Coldren, C. Corzine, Masanovic, “Diode lasers and photonic integrated circuits”, II Edition, Wiley, 2012 - M. Fokuda, “Optical Semiconductor devices”, Wiley, 1999

Modalità di esame: Prova orale facoltativa; Elaborato scritto individuale; Prova scritta su carta con videosorveglianza dei docenti;

CRITERI: I criteri per la valutazione delle conoscenze ed abilità acquisite saranno: la capacità di rispondere alle domande o esporre un argomento utilizzando il linguaggio tecnico appropriato , la capacità di modellizzare e descrivere tramite equazioni il comportamento fisico dei dispositivi presentati durante il corso, la capacità di risolvere semplici problemi di progetto, la capacità di comprendere la letteratura tecnico-scientifica sugli argomenti trattati nel corso e presentare correttamente ed in modo critico quanto letto. Ulteriori criteri saranno la padronanza nell’utilizzare gli strumenti di simulazione utilizzati durante il corso, la capacità di spiegare e comparare i risultati ottenuti durante le esperienze di laboratorio on-line REGOLE D’ESAME: lo studente può scegliere due diverse modalità per sostenere l’esame: MODALITA’ A: l’esame consta in una prova scritta della durata di due ore. Vengono proposte domande aperte tratte da un elenco fornito agli studenti che copre gli argomenti trattati durante il corso. Il superamento della prova scritta porta al raggiungimento di un punteggio massimo di 27/30. Gli studenti che lo desiderano posso richiedere un’ulteriore prova orale che consiste nella lettura, presentazione e discussione orale di un articolo tecnico-scientifico su argomenti trattati durante il corso. Questa seconda prova orale permette il raggiungimento di un punteggio massimo pari a 30L/30. Per questa modalità di esame le esercitazioni di laboratorio sono facoltative. MODALITA’ B: lo studente deve aver frequentato anche in modallità virtuale i laboratori proposti nel corso e deve aver redatto per ciascuno di essi una relazione scritta da consegnare all’esame. L’esame è orale e verte su domande riguardanti i progetti e/o esperimenti svolti in laboratorio con richiesta di dimostrazioni e giustificazioni di quanto riportato nelle relazioni . Saranno inoltre possibili domande aperte su qualsiasi degli argomenti trattati nel corso. Questa modalità permette di raggiungere il punteggio massimo di 30L/30.

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa; Elaborato scritto individuale; Prova scritta su carta con videosorveglianza dei docenti;

CRITERI: I criteri per la valutazione delle conoscenze ed abilità acquisite saranno: la capacità di rispondere alle domande o esporre un argomento utilizzando il linguaggio tecnico appropriato , la capacità di modellizzare e descrivere tramite equazioni il comportamento fisico dei dispositivi presentati durante il corso, la capacità di risolvere semplici problemi di progetto, la capacità di comprendere la letteratura tecnico-scientifica sugli argomenti trattati nel corso e presentare correttamente ed in modo critico quanto letto. Ulteriori criteri saranno la padronanza nell’utilizzare gli strumenti di simulazione utilizzati durante il corso, la capacità di spiegare e comparare i risultati ottenuti durante le esperienze di laboratorio on-line REGOLE D’ESAME: lo studente può scegliere due diverse modalità per sostenere l’esame: MODALITA’ A: l’esame consta in una prova scritta della durata di due ore. Vengono proposte domande aperte tratte da un elenco fornito agli studenti che copre gli argomenti trattati durante il corso. Il superamento della prova scritta porta al raggiungimento di un punteggio massimo di 27/30. Gli studenti che lo desiderano posso richiedere un’ulteriore prova orale che consiste nella lettura, presentazione e discussione orale di un articolo tecnico-scientifico su argomenti trattati durante il corso. Questa seconda prova orale permette il raggiungimento di un punteggio massimo pari a 30L/30. Per questa modalità di esame le esercitazioni di laboratorio sono facoltative. MODALITA’ B: lo studente deve aver frequentato anche in modallità virtuale i laboratori proposti nel corso e deve aver redatto per ciascuno di essi una relazione scritta da consegnare all’esame. L’esame è orale e verte su domande riguardanti i progetti e/o esperimenti svolti in laboratorio con richiesta di dimostrazioni e giustificazioni di quanto riportato nelle relazioni . Saranno inoltre possibili domande aperte su qualsiasi degli argomenti trattati nel corso. Questa modalità permette di raggiungere il punteggio massimo di 30L/30.