Lo studente deve possedere conoscenze calcolo differenziale e integrale di funzioni a più variabili, risoluzione di sistemi di equazioni mediante determinanti, Meccanica ed Elettromagnetismo.

Il Corso è diviso in tre parti in cui si affronteranno in modo progressivo:

1. sistemi meccanici ed elettromagnetici di oscillatori accoppiati a 2 e a N corpi
2. Onde meccaniche di varia natura (corda, membrane, acustiche, d’acqua)
3. Onde elettromagnetiche con relativi fenomeni di (rifrazione e riflessione, polarizzazione, interferenza e diffrazione)

• Lo studente comprenderà l’uso di metodi matematici e sperimentali per l’indagine di fenomeno che spaziano dalle oscillazioni accoppiate ai fenomeni elettromagnetici;
• Saranno indicati i metodi per poter applicare i concetti esposti sia alla risoluzione di esercizi teorici che di problemi pratici e con ricadute tecnologiche
• Lo studente comprenderà il livello a cui si trova durante il corso mediante dei test settimanali relativi alle lezioni della settimana precedente.

Il corso si svolgerà con lezioni frontali mediante uso di lavagna e proiettore, nonché esperimenti qualitativi in aula per meglio fissare i concetti esposti. Ogni settimana verrà effettuato un piccolo test per validare il grado di preparazione acquisita in itinere. Saranno inoltre forniti 5 quesiti teorici complessi da svolgere a casa durante la durata del corso e degli esperimenti semplici da svolgere a casa per la visualizzazione di alcuni fenomeni ondulatori.

Scritto e Orale

Parte I: oscillazioni di n corpi. Oscillatori accoppiati a due corpi. Oscillatori accoppiati a N corpi.

Parte II: le onde meccaniche. Equazione d’onda. Onde stazionarie e progressive a una dimensione. Battimenti, velocità di fase e di gruppo. Sviluppo di Fourier. Onde a più dimensioni, onde acustiche e strumenti musicali, onde d’acqua.

Parte III: Onde elettromagnetiche. Equazione d’onda dalle leggi di Maxwell. Energia delle onde elettromagnetiche: Teorema di Poynting, intensità, Interferenza e Diffrazione, Reticoli di diffrazione.  Trasmissione delle onde elettromagnetiche: indice di rifrazione, dispersione, rifrazione, la fisica dell’arcobaleno, polarizzazione lineare ed ellittica, equazioni di Fresnel. Produzione delle onde elettromagnetiche: cariche accelerate ed antenne, calcolo del tempo di decadimento di un elettrone in moto accelerato attorno a un nucleo.

La Fisica di Berkeley: Volumi 2 e 3. Elementi di Fisica per l’Università: Campi e Onde. Alonso-Finn, Volume 2.

istituzioni di fisica quantistica

Il corso esplorerà i fondamenti dei fenomeni inerenti l’interazione luce-materia e il funzionamento di dispositivi basati su teorie classiche e quantistiche della radiazione e della materia. Lo scopo è pertanto quello di formare lo studente in un campo in cui applicare le proprie conoscenze teoriche di base (dall’elettromagnetismo classico alla elettrodinamica quantistica) ad aspetti tecnologici (telecomunicazioni, sensing, optoelettronica) rilevanti per l’industria e per la ricerca fondamentale e applicata. Il programma si strutturerà in tre parti. Mentre le prime due parti del corso sono più classiche l’ultima affronterà gli aspetti più moderni della ricerca in questo campo.

• Lo studente comprenderà l’uso di metodi matematici e sperimentali per l’indagine di fenomeni quantistici inerenti l'interazione luce materia
• Saranno indicati i metodi per poter applicare i concetti esposti sia alla risoluzione di esercizi teorici che di problemi pratici e con ricadute tecnologiche

Il corso si svolgerà con lezioni frontali mediante uso di lavagna e proiettore

Orale

Prima parte: Fotonica classica e integrata

Onde elettromagnetiche alle interfacce. Mezzi anisotropi. Guide d’onda planari a specchi piani, planari dielettriche e bidimensionali: modi, costanti di propagazione, distribuzione del campo, velocità di gruppo, geometrie strip, embedded strip, rib, strip-loaded. Guide d’onda e fibre: fibre “step-index”, fibre a singolo modo, fibre “graded-index”, apertura numerica, onde guidate e loro distribuzione spaziale, equazione caratteristica, cutoff e numero di modi, fibre a grande V, fibre a singolo modo. Interruttori e processori ottici: Interruttori opto-meccanici, Interruttori elettroottici: effetto Kerr. Elementi di plasmonica: plasmoni di superficie e localizzati; applicazioni nel sensing.

Seconda parte: dispositivi optoelettronici

Processi ottici nei semiconduttori inorganici ed organici. Ricombinazione radiativa e non radiativa, ricombinazione banda banda. Assorbimento , transizioni indirette, assorbimento eccitonico. L’elettroluminescenza nei composti organici. Diodi ad emissione di luce (LED) inorganici ed organici: efficienza di iniezione, di ricombinazione, di estrazione e di conversione esterna. La fisica del drogaggio elettrico. Perdite di accoppiamento plasmonico, e bieccitonico. Laser a semiconduttore. Condizioni di lasing in un semiconduttore. Laser a feedback distribuito (DFB Lasers). Accoppiamento in fibra. Fotodiodi a giunzione: dispositivi PIN. Le CCD: principio di funzionamento, aspetti tecnologici e strutturali. Celle solari: introduzione. Principi di base: caratteristica tensione-corrente. Risposta spettrale. Celle solari ad etero giunzione ed a barriera Shottky. Celle solari di seconda generazione. La nuova generazione: celle a coloranti e a polimeri. Transistors elettroluminescenti organici: fisica e applicazioni.

Terza parte: Fotonica quantistica e applicazioni

Formalismo di Dirac e QED (quantum electrodynamics), oscillatore armonico quantistico, stati

ntroduction to Quantum Optics: From the Semi-classical Approach to Quantized Light, Alain Aspect

Fisiche Generali, Istituzioni di Meccanica Quantistica

Il corso esplorerà i fondamenti dei fenomeni inerenti l’interazione luce-materia e il funzionamento di dispositivi basati su teorie classiche e quantistiche della radiazione e della materia. Lo scopo è pertanto quello di formare lo studente in un campo in cui applicare le proprie conoscenze teoriche di base (dall’elettromagnetismo classico alla elettrodinamica quantistica) ad aspetti tecnologici (telecomunicazioni, optoelettronica, dispositivi laser) rilevanti per l’industria e per la ricerca fondamentale e applicata. Il programma si strutturerà in tre parti. Mentre la prima  parte del corso è più classica le altre due affronteranno gli aspetti più moderni della ricerca in questo campo inerenti la fisica quantistica dei singoli fotoni.

orale

Prima parte: La fotonica classica 

Onde elettromagnetiche alle interfacce. Mezzi anisotropi. Guide d’onda planari a specchi piani, planari dielettriche e bidimensionali: modi, costanti di propagazione, distribuzione del campo, velocità di gruppo, geometrie strip, embedded strip, rib, strip-loaded. Guide d’onda e fibre: fibre “step-index”, fibre a singolo modo, fibre “graded-index”, apertura numerica, onde guidate e loro distribuzione spaziale, equazione caratteristica, cutoff e numero di modi, fibre a grande V, fibre a singolo modo. Microcavità planari, cristalli fotonici, nanocavità.

Seconda parte: Fotonica quantistica e applicazioni 

Formalismo di Dirac e QED (quantum electrodynamics), oscillatore armonico quantistico, stati coerenti, dispersione, assorbimento e guadagno. Trattazione Bohmiana della meccanica quantistica. Disuguaglianze di Bell ed Entanglement quantistico. Teletrasporto quantistico su fotoni e quantum information technology. Regime di Weak coupling: effetto Purcell e regola di Fermi. Regime di strong coupling: oscillazioni di Rabi e stati polaritonici in semiconduttori. QED in microcavità. Equazione di Shroedinger non lineare e Condensati di Bose-Einstein in sistemi interagenti luce-materia.

Terza parte: dispositivi fotonici a semiconduttore

Processi ottici nei semiconduttori inorganici ed organici. Ricombinazione radiativa e non radiativa, ricombinazione banda banda. Assorbimento , transizioni indirette, assorbimento eccitonico.  LED e Laser a semiconduttore. Condizioni di lasing in un semiconduttore. Laser a semiconduttore e senza soglia, sorgenti a singolo fotone.  Recenti sviluppi nei laser a semiconduttore: il laser polaritonico inorganico e organico. 

Microcavities

Second Edition

Alexey V. Kavokin, Jeremy J. Baumberg, Guillaume Malpuech, and Fabrice P. Laussy