mail unicampaniaunicampania webcerca

    Luigi MORETTI

    Insegnamento di ELETTRONICA QUANTISTICA

    Corso di laurea magistrale in MATEMATICA

    SSD: FIS/03

    CFU: 8,00

    ORE PER UNITÀ DIDATTICA: 64,00

    Periodo di Erogazione: Secondo Semestre

    Italiano

    Lingua di insegnamento

    ITALIANO

    Contenuti

    -Propagazione elettromagnetica nel vuoto e in materiali isotropi ed omogenei;
    -Polarizzazione della luce;
    -Propagazione elettromagnetica in cristalli anisotropi;
    -Modello di Lorenz-Lorentz per la suscettività elettrica
    -Plasmonica;
    -Matrici ABCD ed ottica gaussiana;
    -Cavità risonanti;
    -Interazione radiazione-materia;
    -Laser a tre e a quattro livelli;
    -sistemi Laser a gas e a stato solido

    Testi di riferimento

    Max Born & Emil Wolf, Principles of Optics, Cambridge University Press
    Ammon Yariv, Quantum Electronics, Wiley
    Orazio Svelto, Principles of Lasers, Springer
    Mark Fox, Optical Properties of Solids, Oxford University Press

    Obiettivi formativi

    - Conoscenza e capacità di comprensione
    L’insegnamento ha lo scopo di fornire agli studenti i fondamenti dell’Ottica e dell’Opto-elettronica, per arrivare ad una conoscenza di base dei principali meccanismi che regolano l’interazione tra la radiazione elettromagnetica e la materia. Il corso presuppone la conoscenza degli argomenti di Ottica Geometrica e Ondulatoria trattati nel corso di Fisica Generale II.

    - Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
    lo studente dovrà conoscere approfonditamente proprietà e formalismo dei campi elettromagnetici, e aver sviluppato le capacità necessarie per l’applicazione di tali concetti alla risoluzione di problemi relativi ai sistemi fotonici.

    Prerequisiti

    Elettromagnetismo e Ottica

    Metodologie didattiche

    Il corso è articolato in 40 ore di lezione frontali e 12 ore di esercitazioni, il tutto svolto in aula.
    La frequenza non è obbligatoria, ma fortemente suggerita

    Metodi di valutazione

    Esame orale

    Programma del corso

    Programma:
    1. Il campo elettromagnetico
    Richiami delle equazioni di Maxwell, vettore di Poynting, onde elettromagnetiche piane, onde sferiche, onde armoniche. Velocità di fase, pacchetto d’onda e velocità di gruppo.

    2. Polarizzazione della luce
    Onda elettromagnetica piana vettoriale, polarizzazione ellittica, lineare e circolare. Caratterizzazione dello stato di polarizzazione con i parametri di Stokes.

    3. Propagazione nei materiali
    Formula di Lorentz-Lorenz e teoria elementare della dispersione; Propagazione in mezzi anisotropi; Ottica dei metalli; Plasmonica: plasmoni di di volume, plasmoni di superficie.

    4. Matrici ABCD e ottica parassiale
    Ottica geometrica parassiale, la propagazione di raggio ottici in mezzi con indice di rifrazione quadratica; Equazione delle onde in approssimazione parassiale. Il modo fondamentale di Gauss, modi di ordine superiore di Hermite-Gauss. Fasci gaussiani in mezzi con indice di rifrazione quadratica.

    5. Cavità risonanti
    Introduzione ai risonatori ottici; risonatori con specchi sferici; criteri e soluzioni per le condizioni di stabilità del risonatore. Modi e frequenze di risonanza. Perdite in un risonatore ottico.

    6. Il Laser
    Principio di funzionamento. Caratteristiche dell’emissione laser. Mezzo attivo e inversione di popolazione. Guadagno di soglia. Metodi e schemi di pompaggio. Classificazione dei Laser. Esempi di laser a gas e a stato solido.

    English

    Teaching language

    Italian

    Contents

    -Electromagnetic propagation in vacuum and in homogeneous and isotropic materials;
    -Polarization of Light:;
    -Propagation of electromagnetic waves in anisotropic crystals;
    -Model of Lorentz-Lorenz and elementary theory of dispersion;
    -Plasmonics;
    -ABCD optical matrix and gaussian optic;
    -Optical resonators;
    -Interaction radiation-matter;
    -Three and four level laser;
    -Laser systems with gases and solid state laser;

    Textbook and course materials

    Max Born & Emil Wolf, Principles of Optics, Cambridge University Press
    Ammon Yariv, Quantum Electronics, Wiley
    Orazio Svelto, Principles of Lasers, Springer
    Mark Fox, Optical Properties of Solids, Oxford University Press

    Course objectives

    -Knowledge and understanding:
    The objective of the course is to provide students the fundamental knowledge about the optics ad the opto-electronics, in order to manage the principal mechanism that rules the radiation-matter interaction. The course assumes the knowledge of geometrical and physical optic treats in the course of Electromagnetics and optics and its complement.

    -Applying knowledge and understanding:

    Prerequisites

    Electromagnetism and Optics

    Teaching methods

    The course is divided into 40 hours of lectures and 12 hours of exercitations in the classroom.
    Attendance is not mandatory, but strongly suggested.

    Evaluation methods

    Oral examination

    Course Syllabus

    Programma:
    1. Basic properties of the electromagnetic field
    Maxwell's equation, Poynting vector, electromagnetic plane waves, spherical waves, harmonic waves. Phase velocity, wave packets and the group velocity.

    2. Polarization of light
    The general electromagnetic plane wave, the harmonic electromagnetic plane wave, elliptic polarization, linear e circular polarization. Characterization of the state of polarization by Stokes parameters.

    3. Propagation of light in a optical medium
    Lorentz-Lorenz Formula and elemntary theory of dispersion; Propagation in anisotropic medium; Optics in the metals; Plasmonics: bluk and surface plasmons.

    4. ABCD matrix and paraxial optics
    paraxial geometric optics, the propagation of optical ray in medium with quadratic refractive index; wave equation in paraxial approximation. The fundamental gaussian beam, high-order Hermite-Gauss modes. Gaussian beam in lenslike medium- the ABCD law.

    5. Optical resonators
    Introduction; spherical mirror resonators; Mode stability criteria. The resonance frequencies. Losses in Optical Resonators.

    6. Il Laser
    Principio di funzionamento. Caratteristiche dell’emissione laser. Mezzo attivo e inversione di popolazione. Guadagno di soglia. Metodi e schemi di pompaggio. Classificazione dei Laser. Esempi di laser a gas e a stato solido.

    facebook logoinstagram buttonyoutube logotype