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Introduzione alla fotonica
Parte I - Caratterizzazione della propagazione in fibra ottica
Indice di rifrazione. Legge di Snell. Angolo critico. Struttura di una fibra ottica. Fibra multimodo Step Index (MM-SI). Dispersione modale e capacità di una fibra MM-SI. Fibra multimodo Graded Index (MM-GI). Dispersione modale e capacità di una fibra MM-GI. Determinazione della distribuzione del campo elettromagnetico in una fibra. Modi di propagazione. Perdite per piegamento. Costante di propagazione di una fibra SM. Lunghezza d'onda di cut-off. Mode field diameter. Fibre con profilo dell'indice di rifrazione a mantello depresso e a "W". Materiale dispersivo. Indice di modo. Velocità di gruppo. Dispersione cromatica in fibra. Coefficiente di dispersione cromatica. Caratteristica di dispersione. Capacità di una fibra SM standard. Calcolo della banda di un segnale ottico. Fibre a dispersione traslata: DS e NZDS. Attenuazione in fibra ottica. Fenomeni non lineari in fibra ottica. Tecniche di fabbricazione di una fibra ottica: OVD, VAD, MCVD. Tipi di fibre ottiche e relativi connettori.
Parte II - Sorgenti luminose a semiconduttore e amplificatori ottici
Interazione luce-materia: assorbimento, emissione spontanea, emissione stimolata. Semiconduttori a gap diretto ed indiretto. GaAs. Composti ternari e quaternari. Diodo emettitore di luce: LED. Potenza ottica immessa in fibra da una sorgente LED. Spettro di un LED. Banda di modulazione di un LED. Materiali con struttura energetica a 2, 3 e 4 livelli. Principio di funzionamento di un laser. Semiconduttori degeneri. Realizzazione pratica di una struttura a 4 livelli. Caratteristica luce-corrente (L-I) di un laser. Corrente di soglia. Effetti della temperatura sulla caratteristica L-I di un Laser. Rapporto di estinzione. Spettro di un laser FP. Eterogiunzioni ed eterostrutture. Confinamento elettrico. Confinamento ottico. Laser a eterostruttura sepolta (BH). Transitori in un laser: transitorio di potenza; transitorio di frequenza. Chirp. Laser a modulazione diretta e compensazione del chirp tramite fibre a dispersione negativa. Laser CW con modulatore esterno e fibra con dispersione positiva. Banda di modulazione di un laser. Laser monocromatici: DFB, DBR. Laser MQW. Emettitori VCSEL. Variazioni delle caratteristiche del laser con la temperatura. Controllo della temperatura di un laser. Laser sintonizzabili: a cavità esterna, a due sezioni, a controllo di temperatura. Rumore nei laser. RIN, SNR. Rumore di fase. Amplificatori ottici: SOA, EDFA.
Parte III - Fotorivelatori e modulatori per comunicazione ed elaborazione ottiche
Fotodiodo PIN. Responsivity. Corrente di buio. Fotodiodo APD. Rumore shot. Rapporto segnale-rumore. Front-end (F/E) di un ricevitore ottico e limitazioni di banda. F/E ad alta impedenza. F/E a trans-impedenza. Generazione di segnali ottici modulati OOK. Modulatori: Mach-Zehnder, elettro-assorbimento (EA).
Parte IV - Sistemi di comunicazione in fibra ottica e valutazione delle prestazioni
Gerarchia SONET/SDH. Sistemi WDM: Coarse WDM, Dense WDM. Multiplatori e demultiplatori ottici. Filtri ottici. Probabilità di errore per un sistema di trasmissione a modulazione di intensità (IM) con modulazione OOK. Ricevitore a rivelazione diretta (DD) a conteggio di fotoni. Limite quantistico (QL). Sensibilità di un ricevitore ottico in condizioni ideali. Probabilità di errore per ricevitori reali. Sensibilità di ricevitori ottici reali. Q-Factor (QF). Sistemi ottici coerenti.
Introduction to Photonics
Part I – Characterization of optical fiber propagation.
Refractive index. Snell's law. Structure of an optical fiber. Step Index multimode fiber (MM-SI). Modal dispersion and capacity of an MM-SI fiber. Graded Index multimode fiber (MM-GI). Modal dispersion and capacity of an MM-GI fiber. Determination of the electromagnetic field distribution in a fiber. Modes of propagation. Propagation constant of an SM fiber. Cut-off. wavelength. Mode field diameter. Fibers with depressed cladding and "W"-shaped refractive index profile. Dispersive material. Mode index. Group velocity. Chromatic dispersion in fiber. Capacity of a standard SM fiber. Bandwidth of an optical signal. Dispersion-shifted fibers: DS and NZDS. Fiber optic attenuation. Non linear phenomena in optical fiber. Optical fiber manufacturing techniques: OVD, VAD, MCVD.
Part II - Semiconductor light sources
Light-matter interaction: absorption, spontaneous emission, stimulated emission. Direct and indirect gap semiconductors. GaAs. Ternary and quaternary compounds. Light emitting diode: LED. Spectrum of an LED. Modulation band of an LED. Materials with 2-, 3- and 4-level energy structure. Principle of operation of a laser. Degenerate semiconductors. Practical realization of a 4-level structure. Light-current characteristic (L-I) of a laser. Threshold current. Effects of temperature on the L-I characteristic of a laser. Extinction ratio. Spectrum of a FP laser. Heterojunctions and heterostructures. Electric confinement. Optical confinement. Buried heterostructure laser (BH). Transients in a laser: power transient; frequency transient. Chirp. Direct modulation laser and chirp compensation through negative dispersion fibers. CW laser with external modulator and fiber with positive dispersion. Modulation band of a laser. Monochromatic lasers: DFB, DBR. MQW laser. VCSEL emitters. Changes in laser characteristics with temperature. Package of a laser. Temperature control of a laser. Tunable lasers: external cavity, two sections, temperature control. Noise in lasers. RIN, SNR. Phase noise. Optical amplifiers: SOA, EDFA
Part III – Photodetectors and modulators for optical communication and processing
PIN photodiode. Responsivity. Current of darkness. APD photodiode. Noise shot. Signal to noise ratio. Front-end (F / E) of an optical receiver and bandwidth limitations. High impedance F / E. Trans-impedance F / E. Generation of OOK modulated optical signals. Modulators: Mach-Zehnder, electro-absorption (EA).
Part IV - Fiber optic communication systems and performance evaluation
SONET / SDH hierarchy. WDM systems: Coarse WDM, Dense WDM. Optical multiplexers and demultiplexers. Optical filters. Probability of error for an intensity modulated (IM) transmission system with OOK modulation. Photon counting direct detection (DD) receiver. Quantum limit (QL). Sensitivity of an optical receiver under ideal conditions. Probability of error for real receivers. Sensitivity of real optical receivers. Q-Factor (QF). Coherent optical systems.
Nessuna indicazione particolare.
No specific indication.
Nessuno.
None.
Nessuna.
None.