Disciplina Curricular
Dispositivos e Sistemas Optoeletrónicos DSO
Mestrado Bolonha em Física - 3_MFis 2018/19 a 2024/25
Peso
6.0 (para cálculo da média)
Objectivos
Proporcionar formação em optoelectrónica e fotónica, abordando os conceitos fundamentais para compreensão dos princípios de funcionamento de dispositivos e de operação de circuitos e de sistemas optoelectrónicos e fotónicos, incluindo noções básicas de desenho de dispositivos, de circuitos e sistemas, e ainda a análise das principais aplicações da optoelectrónica e da fotónica.
Programa
1. Introdução à optoelectrónica e à fotónica: blocos fundamentais dos circuitos e sistemas optoelectrónicos, instrumentação e equipamentos baseados em tecnologia optoelectrónica. 2. Revisões de eletromagnetismo e de ótica: ótica geométrica e ótica ondulatória, propriedades das ondas eletromagnéticas, velocidades de fase e de grupo, relações de dispersão, condições fonteira em interfaces dielétricas, polarização, coerência temporal e espacial, absorção e amplificação da radiação. 3. Guias de onda dielétricos e fibras óticas: materiais dielétricos, guias de onda planar e guias de onda em canal, modos guiados, relações de dispersão; fibras óticas de índice em degrau e de índice gradual, atenuação e dispersão em fibras óticas, fibras monomodo, janelas de comunicação ótica e largura de banda. Redes de Bragg em fibra ótica, filtros e sensores em fibra; divisores de potência e acopladores em fibra. 4. Díodos emissores de luz e díodos lasers: propriedades optoelectrónicas dos materiais; processos de absorção e de emissão de radiação em semicondutores, semicondutores de hiato direto e de hiato indireto; heteroestruturas e estruturas semicondutoras de baixa dimensionalidade, heterojunções p-n e p-i-n, díodos emissores de luz (LEDs); princípio de operação e características dos díodos laser, díodos laser de emissão longitudinal, díodos laser Fabry-Perot, lasers DBR e lasers DFB; díodos laser de emissão vertical; acoplamento de LEDs e de díodos laser a fibras óticas e a guias de onda; técnicas de encapsulamento; modulação direta de LEDs e de díodos laser; resposta em frequência. 5. Amplificadores óticos e aplicações: princípio de operação de amplificadores óticos em fibra e em guias de onda semiconductores, fibras dopadas com érbio e neodímio, esquemas de bombeamento, espectro do ganho e emissão espontânea estimulada, tipos e aplicações dos amplificadores. 6. Fotodetetores e aplicações: materiais; fotodetetores condutivos e fotodetetores baseados em junções p-n e p-i-n; responsividade, limiar de fotodeteção, corrente escura; fotodetetores de avalanche; respostas em frequência; fotodetetores de poucos fotões; estruturas fotodetetoras avançadas. 7. Moduladores, multiplexadores e filtros óticos: dispositivos interferométricos, divisores de potência, redes de difração, acopladores direcionais; electroabsorção em semicondutores, moduladores de eletroabsorção; efeitos eletro-óticos, moduladores de fase, interferómetros Mach-Zehnder, moduladores de intensidade; filtros óticos sintonizáveis; multiplexadores baseados em acopladores direcionais e em redes de difração; multiplexagem por divisão de comprimento de onda, multiplexadores e desmultiplexadores; multiplexadores óticos de inserção/extração; isoladores e circuladores óticos; conversores de comprimento de onda; linhas de atraso. 8. Sistemas fotónicos e optoelectrónicos: equipamentos de medida e de caracterização, circuitos fotónicos integrados, sistemas interferométricos, sistemas lidar, sistemas espectroscópicos, sistemas de processamento ótico de e de transmissão de informação.
Métodos de ensino e avaliação
O método de avaliação empregue compreende a apreciação da participação do aluno nas aulas e nas demais atividades associadas à UC, nomeadamente a resolução de exercícios e de problemas, a realização e o reporte de atividades experimentais e/ou de simulação computacional, o estudo e a discussão de tópicos avançados, a elaboração de relatórios/monografias, e a realização de testes e/ou exame.