Componenti Fotonici B

Scopo del corso

Fibra ottica eccitata con un laser HeNe alla lunghezza d'onda di 633 nm

Il termine fotonica, diffusosi inizialmente con riferimento ai sistemi di comunicazione in fibra ottica, ha ormai assunto un significato ben più vasto che coinvolge tutti quei campi dell'ingegneria nei quali le onde elettromagnetiche con lunghezze d'onda appartenenti alla regione del visibile (da 400nm a 700nm) o del vicino infrarosso (700nm-3000nm) sono impiegate per svolgere funzioni storicamente di pertinenza dell'elettronica quali: telecomunicazioni, elaborazione dei segnali, diagnostica e terapia medica, sensoristica.

Filtro per sistemi WDM basato su cristalli fotonici in tecnologia silicio su isolante (SOI)

La vastità della tematica ne impedisce pertanto un'analisi esaustiva nell'ambito di un unico insegnamento. Nel corso in oggetto, l'analisi si focalizzerà principalmente sui componenti fotonici impiegati nei moderni sistemi di trasmissione ottici (fibra ottica) e dell'elaborazione dell'informazione (microprocessori ottici). Nei sistemi di telecomunicazione in fibra ottica, l'impiego dei componenti fotonici è andato via via crescendo e diversificandosi col passare degli anni, con la maturazione delle tecnologie utilizzate e con l'affermarsi e il consolidarsi di nuovi approcci che hanno permesso di trasformare oggetti di studio e di ricerca in veri e propri dispositivi commerciali in grado di rispondere alle più stringenti specifiche. Componenti in fibra, in micro-ottica, in ottica integrata, e in prospettiva a cristallo fotonico, sono in grado di operare tutte o quasi tutte le funzionalità richieste sui canali di una rete ottica, dalla generazione e trasmissione del segnale, fino alla sua elaborazione e ricezione, riducendo al minimo il collo di bottiglia costituito da eventuali conversioni elettroniche. Il loro sviluppo ha seguito pari passo quello dei sistemi rispetto ai quali, di volta in volta, hanno svolto funzione di stimolo innovativo prefigurando nuove proposte e potenzialità ovvero sono stati sollecitati a soddisfare a nuove specifiche e a fornire nuove prestazioni richieste per potenziare una rete in continua espansione, alla ricerca di velocità e banda sempre maggiori. Lo sviluppo e l'utilizzo dei componenti ottici è pertanto legato in modo mutuo ai sistemi nei quali vengono utilizzati, e da questi non possono prescindere per quanto riguarda le caratteristiche di funzionamento richiesto.

Lo scopo del corso è quindi quello di fornire le conoscenze necessarie alla comprensione del funzionamento dei vari componenti e di illustrare i principali criteri di progetto degli stessi.

Programma del corso

• Introduzione ai moderni sistemi di comunicazione ottici
• Lastra piana simmetrica e asimmetrica
• Guide in ottica integrata
• Il Metodo degli Elementi Finiti (FEM) per l'analisi ed il progetto di componenti fotonici
• Perdite nelle guide
• Accoppiatore direzionale
• Interferometri Multimodali (MMI)
• Giunzione a Y
• Interferometro Mach-Zehnder
• Arrayed Waveguide Grating (AWG)
• Modulatori ottici
• Amplificatori ottici
• Cristalli fotonici
• Laser
• Propagazione di un segnale modulato in fibra ottica

Attività di laboratorio: progetto di componenti fotonici mediante sofware di simulazione elettromagnetica basato sul FEM.

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