3027 Optoelectrónica (6 creditos)

ANY ACADÈMIC 2005-2006
3027 Optoelectrónica (6 creditos)
Optativa Semestral de la Ingeniería Técnica en Telecomunicaciones, especialidad
Telemática, Ingeniería Técnica en Informática de Sistemas y Licenciatura en Física.
4,5 créditos teóricos + 1.5 créditos prácticos de laboratorio
PROFESSORAT
RESPONSABLES: Claudio Mirasso, 971 17 27 83, claudio@galiota.uib.es
Maxi San Miguel, 971 17 32 29, maxi@imedea.uib.es
TUTORIES
HORARI: por la necesidad de compaginar las tareas docentes y de investigación, el
horario de tutorías será flexible según la disponibilidad del alumno y los profesores.
LLOC: Departament de Física, Edifici Mateu Orfila i Rotger
Claudio Mirasso: Despatx nº 1 de la segundo piso.
DESCRIPTORS OFICIALS DE L’ASSIGNATURA AL BOE
Sensibilitat de materials electrònics a radiacions òptiques. Fotoluminescència. Biestabilitat.
Fotodispositius. Làsers semiconductors. Fotodíodes, fototransistors.
CRÈDITS TEÒRICS: 4.5
OBJECTIUS
Conocer los conceptos básicos de la optoelectrónica y los dispositivos fotónicos.
METODOLOGIA
Clases magistrales en la pizarra además del uso ocasional de transparencias y
ordenador. A lo largo de las clases teóricas se darán numerosos ejemplos de problemas.
El alumno deberá resolver problemas en clase.
DESCRIPCIÓ DELS CONTINGUTS
1- INTRODUCCION (0,5 semana)
- Ámbito de la optoelectrónica y propósito del curso
- Sistemas de comunicación óptica por fibra y desarrollo histórico de los
mismos.
2- PROPIEDADES BASICAS DE SEMICONDUCTORES (1 semana)
Dispositivos basados en material semiconductor
Generalidades sobre semiconductores
- Concepto de semiconductor, teoría de bandas y pares e-h
- Conductividad en semiconductores
- Semiconductores intrínsecos y extrínsecos
- Concentración de portadores en equilibrio térmico y ley de acción de masas
- Generación, recombinación e inyección de portadores
- Uniones p-n y heterouniones
3- DIODOS EMISORES DE LUZ (LED) (1,5 semanas)
- Displays activos y pasivos. LED y LD.
- Luminiscencia por inyección en unión p-n y LED
- Características del LED
- Potencia y eficiencia
- Espectro
- Dispositivos LED: Materiales y estructura
- Aplicaciones de dispositivos LED
4- LASERES Y LASERES DE SEMICONDUCTOR
a- Principios y propiedades generales de los láseres (1,5 semana)
Emisión y absorción de radiación
- Susceptibilidad e índice de refracción complejos de un medio dieléctrico.
- Susceptibilidad de un medio resonante.
- Emisión espontánea y estimulada. Relaciones de Einstein
- Absorción
- Inversión de población
Cavidad óptica y condición de umbral
- Cavidad óptica
- Condición de umbral
- Función de línea: Concepto, formas de ensanchamiento espectral y de
funciones
de línea, corrimientos de fase y función de línea
- Condición de umbral para inversión de población y bombeo
- Frecuencia y modos del láser: Modos axiales y modos transversales
- Propiedades de la luz láser
- Tipos de láser: Estado sólido, gas, colorante.
b- Láseres de semiconductor (2,5 semanas)
Conceptos básicos
- Inversión de población y emisión estimulada en uniones p-n
-
Elección de materiales
Cavidad óptica y confinamiento en semiconductores. Heterouniones dobles
Tipos de estructuras para láseres de semiconductor (0,5 semana)
-
Láseres de área ancha
Láseres guiados por ganancia
Láseres guiados por índice
Láseres de cavidad vertical y emisión por superficie
Características del láser de semiconductor (2 semana)
-
Ecuaciones de balance
Características de potencia: Curvas potencia-corriente, coeficientes de
eficiencia, dependencia en la temperatura y envejecimiento
Modulación de pequeña amplitud: Oscilaciones de relajación, respuesta en
frecuencia y anchura de banda
Características de frecuencia y estructura modal: Operación multimodo,
Láseres C3, láseres DBR y láseres DFB.
-
c- Generación de pulsos ópticos (1 semana)
-
Métodos para generar pulsos ópticos
Encendido por ganancia, tiempo de retardo. Oscilaciones transitorias
Modulación: esquemas RZ y NRZ. Diagrama de ojos.
Corrimientos de frecuencia
5-FOTODETECTORES (2 semanas)
Principios y propiedades de fotdetectores semiconductores: Eficiencia, respuesta
Fotodiodos
-
Unión p-n invertida. Fotodiodo PIN y de avalancha.
Ruido en el receptor: ruido térmico y shot noise
Sensitividad del receptor: potencia mínima de recepción
Degradación: cociente de extinción
6-DISPOSITIVOS OPTOELECTRONICOS (1 semana)
-
Lectores y escritores de discos compactos y DVD
Dispositivos electro-ópticos, acusto-ópticos y magneto-ópticos
Impresora láser
Pantalla de cristal líquido
BIBLIOGRAFIA BÀSICA
1- “Introduction to optical fiber communication systems”, W. B. Jones, Holt,
Rinehart and Winston, New York, 1988.
2- “Optolelectronics, An Introduction, Second edition”, J. Wilson and J.F.B.
Hawkes, Prentice Hall, Cambridge, 1989.
3- “Fundamentals of Photonics”, B.E.A. Saleh and M.C. Teich, Wiley, New York,
1991.
4- “The essence of optoelectronics”, K.M. Booth and S.L. Hill, Prentice Hall,
1998.
5- “Optoelectronics and photonics, principles and practices”, S. O: Kasap,
Prentice Hall, 2001.
CRÈDITS PRACTICS: 1.5
OBJECTIUS
Familiarizarse con las propiedades de los dispositivos fotónicos más utilizados.
METODOLOGIA
LABORATORI: Se realizarán 4 prácticas de laboratorio (2 semanas):
1.
2.
3.
4.
Caracterización CW de LED y diodos láser.
Respuesta a la modulación de LED y diodos láser (2 días).
Medida de la capacidad de almacenamiento de un CD y DVD
Medidas de espectros de emisión de un láser
ELEMENTS D’AVALUACIÓ i pes específic de cada element en l’avaluació final
Examen final que constara de dos problemas, dos
2,5 puntos por problemas y 2
preguntas de teoría y una sobre las prácticas. La
puntos la pregunta de
realización y presentación del informe de las
prácticas y 1,5 cada pregunta
prácticas es obligatorio para poder presentarse al
de teoría.
examen final.
El alumno tendrá oportunidad de exponer un tema
de investigación durante el curso lo que le contará
como parte de la nota final.
RECOMANACIONS QUANT A CONEIXEMENTS PREVIS
Es muy conveniente que el alumno esté cursando, al menos, en el segundo año de la
carrera.
ALTRA INFORMACIÓ
Se proporcionará información adicional en la dirección de la página Web que se le
facilitará al alumno al comenzar el curso.