Questo insegnamento del 3° anno accompagna gli studenti di Ingegneria Fisica nel mondo dei materiali avanzati e delle tecnologie che stanno trasformando settori come fotonica, sensoristica, micro/nanotecnologie e ICT. Il corso fornisce le basi teoriche e applicative per comprendere come le proprietà fisiche dei materiali possano essere sfruttate nella realizzazione di dispositivi innovativi per l’ottica e la fotonica, con applicazioni che spaziano dalle telecomunicazioni ai sensori intelligenti, fino alle tecnologie per l’informazione e la scienza dei materiali. Un elemento distintivo dell’insegnamento è la componente laboratoriale, che permette agli studenti di affiancare alla teoria un’esperienza pratica diretta su dispositivi, tecniche di caratterizzazione e processi micro e nanotecnologici avanzati. I laboratori offrono l’opportunità di confrontarsi con strumentazioni e metodologie utilizzate nella ricerca e nell’industria ad alta tecnologia. Attraverso il corso, gli studenti acquisiranno competenze concrete nella progettazione e nell’impiego di dispositivi optoelettronici e fotonici, oltre a familiarizzare con processi tecnologici avanzati per micro e nanotecnologie. Le conoscenze sviluppate rappresentano una solida preparazione sia per il percorso professionale dell’Ingegnere Fisico, sia per affrontare con maggiore consapevolezza gli insegnamenti specialistici delle Lauree Magistrali in ambito fisico-ingegneristico.

Al termine dell’insegnamento, lo studente sarà in grado di: - comprendere i principali modelli di interazione luce–materia, dal comportamento del singolo elettrone fino ai materiali nanostrutturati più avanzati; - conoscere e analizzare dispositivi optoelettronici e fotonici, come fotodivelatori e laser, utilizzati nelle telecomunicazioni, nelle ICT e nella scienza dei materiali; - esplorare processi micro e nanotecnologici innovativi basati su litografia ottica avanzata e tecnologie additive; - progettare e utilizzare dispositivi che integrano materiali funzionali per applicazioni in ottica e fotonica; - sviluppare processi avanzati di micro e nanostrutturazione di materiali polimerici, alla base delle tecnologie emergenti.

Per seguire al meglio il corso, gli studenti dovrebbero possedere una solida preparazione nelle principali aree della Fisica e dell’Ingegneria (meccanica, termodinamica, elettromagnetismo, ottica ondulatoria, struttura della materia, meccanica quantistica, meccanica statistica, fisica dello stato solido e dispositivi elettronici). È inoltre richiesta familiarità con gli strumenti matematici e fisici utilizzati per descrivere sistemi quantistici e materiali avanzati. Queste competenze costituiscono la base ideale per approfondire le tecnologie fotoniche, optoelettroniche e micro/nanotecnologiche trattate nel corso.

L'insegnamento è organizzato in tre moduli: Modulo 1 (20h) Trattazione classica dell’interazione della radiazione elettromagnetica con la materia, introduzione ai plasmoni di superficie, cristalli fotonici, metasuperfici (2 CFU) Modulo 2 (20h) Scattering della radiazione e.m. (effetto e spettroscopia Raman), dispositivi rivelatori di luce (fotomoltiplicatori, fotodiodi p-n/p-i-n e a valanga, CCD), emissione spontanea e stimolata, laser a gas/liquidi/stato solido/semiconduttore operanti in regime stazionario e impulsato (2 CFU) Modulo 3 (14h + 6h laboratorio) Litografia ottica avanzata (fotolitografia e processi a 2 fotoni), Processi di additive manufacturing indotto dalla luce (polimerico) + Laboratorio Stampa 3D / Laboratorio ottica (2 CFU)

L'insegnamento contempla lezioni teoriche (85%) e laboratorio (15%).

L’insegnamento combina lezioni teoriche (54h) ed esperienze pratiche di laboratorio (6h) per offrire una visione moderna e interdisciplinare della fotonica e dei materiali avanzati, organizzate in tre moduli. Modulo 1 – Interazione luce–materia (20 ore) Il modulo introduce gli studenti ai meccanismi fondamentali dell’interazione tra luce e materia, partendo dal comportamento del singolo elettrone fino ad arrivare ai materiali nanostrutturati. Verranno esplorati fenomeni ottici in materiali dielettrici e strutturati, reticoli di diffrazione, plasmoni di superficie e metasuperfici metallo-dielettriche, tecnologie oggi centrali nella fotonica avanzata e nel controllo della luce su scala nanometrica. Modulo 2 – Fotonica (20 ore) Questo modulo approfondisce i principi della spettroscopia e della fotonica moderna, con particolare attenzione allo scattering della radiazione elettromagnetica e alla spettroscopia Raman. Saranno inoltre studiati i principali dispositivi per la rivelazione e la generazione della luce, inclusi fotodiodi, rivelatori avanzati e laser continui e impulsati, ampiamente utilizzati nelle telecomunicazioni, nella sensoristica e nella ricerca scientifica. Modulo 3 – Tecnologie Ottiche Avanzate (14 ore + 6 ore laboratorio) Il modulo è dedicato alle tecnologie ottiche utilizzate nella fabbricazione di micro e nanostrutture. A partire dalla litografia tradizionale, il corso introdurrà tecniche avanzate di micro/nanofabbricazione e processi di additive manufacturing foto-indotto, dalla macro alla nanoscala, oggi protagonisti nello sviluppo di dispositivi innovativi. Le attività di laboratorio permettono agli studenti di entrare in contatto diretto con strumentazioni e tecnologie affronatte durante l'intero percorso di studi. Nel laboratorio di ottica, svolto presso le infrastrutture congiunte Politecnico di Torino/INRIM, gli studenti osserveranno laboratori di ricerca di ottica avanzata e una camera pulita, cuore della micro-nano fabbricazione. Nel laboratorio di stampa 3D, presso il Centro Interdipartimentale Biomed Lab del Politecnico di Torino, gli studenti si dedicheranno alla proegttazione e realizzazione di un sensore realizzato mediante stampa additiva foto-indotta.

Selezione di capitoli dai seguenti testi: - “Origine Classica della Fisica Moderna”, S. Costa, E. Predazzi, ed. Levrotto e Bella - “Classical Electrodynamics”, J. D. Jackson, ed. Wiley - “Solid State Physics”, N. W. Ashcroft, N. D. Mermin - “Surface Plasmons on Smooth and Rough Surfaces and on Gratings”, H. Raether, ed. Springer - “Introduction to Fourier Optics”, J.W. Goodman - “Fundamentals of photonics”, B.E.A. Saleh and M. C. Teich, Ed. Wiley Materiale ed appunti messi a disposizione dai singoli docenti dell'insegnamento

Slides; Dispense; Video lezioni tratte da anni precedenti; Materiale multimediale ;

E' possibile sostenere l?esame in anticipo rispetto all?acquisizione della frequenza

Modalita di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa;

Exam: Written test; Optional oral exam;

... L’esame finale consiste in una prova scritta, della durata di due ore, composta da sei domande a risposta aperta, due per ogni modulo, relative all’intero programma svolto durante le lezioni. Non è consentito l’uso di alcun materiale di supporto (testi, appunti o dispense). La prova scritta si considera superata con una votazione minima di 18/30, calcolata come media dei punteggi ottenuti nelle sei domande. Gli studenti che parteciperanno alle attività di laboratorio potranno ottenere fino a 2 punti aggiuntivi sulla valutazione finale, valorizzando l’impegno nelle esperienze pratiche e sperimentali del corso. Gli studenti che superano lo scritto possono scegliere di sostenere un colloquio orale facoltativo. In questo caso, la valutazione finale sarà determinata come media tra il voto della prova scritta e quello della prova orale.

Gli studenti e le studentesse con disabilita o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unita Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione piu idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.