Dispositivos e Sistemas Optoeletrónicos
2020-2021, 1.º Semestre
Docente:
Professor José Figueiredo

pDSO    Horário de DSO    Fenix    Moodle


What you have been obliged to discover by yourself leaves a pitch in your mind which you can use again when the need arises.

Georg Christoph Lichtenberg (1742 - 1799), primeiro professor de física experimental na Alemanha.

Normas de Funcionamento: - ver Moodle Sumários

Nota prévia:

A disciplina tem a carga horária presencial de 5 horas semanais, correspondentes a duas aulas teóricas de 1 hora (T), uma aula teórico-prática (TP) de 1 hora, e uma aula laboratorial de 2 horas (P). A esta carga horária acrescem, "grosso-modo", 7 horas de trabalho autónomo semanal, ou seja, para além carga horária letiva "presencial" será de esperar que o aluno trabalhe para esta UC o correspondente a 1 hora por dia (o equivalente a cerca de 7 horas por semana).

O conhecimento adquirido/trabalhado no âmbito desta UC (como em todas as outras) não deve ser obtido em escassas, mesmo que muito intensas, doses de estudo, e/ou em sessões muitas vezes realizadas na véspera das atividades a realizar ou dos tperíodos de avaliaçã, testes ou exames. O conhecimento adquirido desta forma pode servir para passar no exame, mas, em regra, não persiste por muito tempo, e a fração que acaba por perdurar apresenta, na maioria das vezes, intermitências e/ou lacunas que frequentemente impossibilitam o seu uso em tarefas futuras, nomeadamente na compreensão de novos conceitos e/ou problemas. A abordagem e/ou resolução de problemas novos fica mais difícil. Calendário

Recomenda-se que leia cerca de 40 páginas por semana do manual do material fornecido/recomendado pelo professor. As aulas teóricas servem para criar como que uma armação de cada conteúdo; ao aluno cabe "unir os pontos" com a leitura do manual, e a ajuda das aulas TPs e PLs. Ter presente que ler não chega, é necessário entender o que se lê. Recomenda-se o estudo continuado dos assuntos abordados nas aulas, por forma poder avaliar e aprimorar o seu grau de compreensão dos conteúdos. O valor didático de cada exercício/leitura irá depender da forma como o trabalha. Deve procurar identificar os conceitos/assuntos que o "incomodam". Também nesta tarefa poderá contar com o apoio do professor.

Objetivos
Proporcionar formação em optoeletrónica 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, e tendências das tecnologias emergentes como os circuitos fotónicos integrados, a fotónica em silício e a nanofotónica.

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, emissão 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, fibras monomodo e fibras multimodo, atenuação e dispersão em fibras óticas, 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; solitões em fibras óticas.

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, poços quânticos, fios quânticos e pontos quânticos, 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 (VCSELs); Lasers de cascata quântica (QCLs); acoplamento de LEDs e de díodos laser a fibras óticas e a guias de onda; técnicas de encapsulamento de díodos laser; modulação direta de LEDs e de díodos laser, e 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, amplificadores em fibra EDFA e Raman, 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, comutação ótica.

8. Sistemas fotónicos e optoelectrónicos: equipamentos de medida e de caracterização, circuitos fotónicos integrados, sistemas interferométricos, sistemas LIDAR, sistemas espectroscópicos, sistemas de processamento ótico e de transmissão de informação; Sistemas de comunicação entre satélites; fotónica em silício, biofotónica, aplicações na biotecnologia e medicina.

Laboratório
Realização de um conjunto de atividades de natureza experimental e/ou simulação computacional: polarização, espetros de emissão, irradiância, difração, interferómetros, fibras óticas; fotodetetores; LEDs e díodos laser; estudo de sistemas de comunicação ótico; acompanhamento de atividades de investigação e participação em seminários.

Bibliografia recomendada
Bibliografia auxiliar
Avaliação: (em ponderação)

O método de avaliação compreenderá a apreciação da participação do aluno nas aulas (avaliação contínua), incluindo a resolução de exercícios e de problemas, testes ou mini-testes, a realização de atividades de natureza experimental e/ou simulação computacional com apresentação de relatórios sucintos, discussão/apresentação em sala de aula, e a realização de testes e/ou exame final global sobre os temas tratados na UC. A participação nas aulas terá um peso de 10%, a resolução de exercícios/problemas, a realização das atividades experimentais ou/ de simulação e testes ou mini-testes terá um peso de 50%, o caderno de laboratório e a apresentação/discussão nas aulas terá terão peso de 40% igualmente repartidos.

Departamento de Física da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, Campo Grande, P-1749-016 Lisboa - Edifício C8, Gabinete 8.5.14, Ext. 28514.
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