José Figueiredo
Departamento de Física, Edifício C8,
Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa,
Campo Grande, 1749-016 Lisboa
Email: jose.figueiredo@ciencias.ulisboa.pt
Página Pessoal Horário
Gab 8.1.35 Ext. 28135 Telef. 217 500 815


Dispositivos e Sistemas Optoeletrónicos
2019-2020, 1.º Semestre
Horário


Informações: Data do primeiro teste:


Objectivos:
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 optoeletrónica 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-Pérot, 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.


Laboratório:
- Caracterização de fibras óticas e componentes;
- Caracterização de fotodetectores;
- Caracterização de LEDs e díodos laser;
- Implementação/caracterização de um sistema de comunicação ótico;
- Acompanhamento das atividades de investigação.



Bibliografia recomendada
Photonics Essentials: An Introduction with Experiments, T. A. Pearsall, McGrawHill, 2003.
Computational Photonics: An Introduction with MATLAB, Marek S. Wartak, Cambridge University Press, 2013
Electronics and Optoelectronics properties of Semiconductor Structures, J singh, Cambridge University Press, 2003
Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, S.O. Kasap, International Edition (2e) Pearson Education, 2013.
Physics of Photonic Devices, Shun Lien Chuang, John Wiley & Sons, Inc., 2009
Fundamentals of photonics, Bahaa E. A. Saleh, Malvin Carl Teich, Wiley Series in Pure and Applied Optics, 2019.


Avaliação:
O método de avaliação empregue compreende a apreciação da participação do aluno nas aulas, incluindo a resolução de exercícios e de problemas, e nas demais atividades associadas à UC (avaliação contínua), a realização de atividades de natureza experimental, e a simulação computacional ou o estudo de tópicos avançados com a elaboração de relatórios e discussão/apresentação oral, e a realização de dois testes e/ou exame final global sobre os temas tratados na UC. Os testes/exame têm um peso de 50% na nota final; a realização das atividades experimentais, de simulação computacional ou o estudo de tópicos avançados com discussão/apresentação oral tem um peso de 40%; a componente de avaliação contínua (apreciação da participação do aluno nas aulas e nas demais atividades associadas) tem um peso de 10%.
 
Textos informativos e apontamentos:

Departamento de Física da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, Campo Grande, P-1749-016 Lisboa - Edifício C8, Gabinete 8.1.35, Ext. 28135.




pp