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a Ciclo Unico
Scuola di Ingegneria
ICT FOR INTERNET AND MULTIMEDIA - INGEGNERIA PER LE COMUNICAZIONI MULTIMEDIALI E INTERNET
Insegnamento
QUANTUM OPTICS AND LASER - OTTICA QUANTISTICA E LASER
INP7080721, A.A. 2018/19

Informazioni valide per gli studenti immatricolati nell'A.A. 2018/19

Principali informazioni sull'insegnamento
Corso di studio Corso di laurea magistrale in
ICT FOR INTERNET AND MULTIMEDIA - INGEGNERIA PER LE COMUNICAZIONI MULTIMEDIALI E INTERNET
IN2371, ordinamento 2017/18, A.A. 2018/19
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Curriculum INTERNATIONAL MOBILITY [005PD]
Crediti formativi 6.0
Tipo di valutazione Voto
Denominazione inglese QUANTUM OPTICS AND LASER
Dipartimento di riferimento Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione (DEI)
Obbligo di frequenza No
Lingua di erogazione INGLESE
Sede PADOVA
Corso singolo È possibile iscriversi all'insegnamento come corso singolo
Corso a libera scelta È possibile utilizzare l'insegnamento come corso a libera scelta

Docenti
Responsabile PAOLO VILLORESI FIS/03

Mutuante
Codice Insegnamento Responsabile Corso di studio
INP6075822 QUANTUM OPTICS AND LASER - OTTICA QUANTISTICA E LASER PAOLO VILLORESI IN0520

Dettaglio crediti formativi
Tipologia Ambito Disciplinare Settore Scientifico-Disciplinare Crediti
AFFINE/INTEGRATIVA Attività formative affini o integrative FIS/03 6.0

Organizzazione dell'insegnamento
Periodo di erogazione Secondo semestre
Anno di corso I Anno
Modalità di erogazione frontale

Tipo ore Crediti Ore di
didattica
assistita
Ore Studio
Individuale
LEZIONE 6.0 48 102.0

Calendario
Inizio attività didattiche 25/02/2019
Fine attività didattiche 14/06/2019
Visualizza il calendario delle lezioni Lezioni 2019/20 Ord.2019

Commissioni d'esame
Commissione Dal Al Membri
2 A.A. 2018/2019 01/10/2018 15/03/2020 VILLORESI PAOLO (Presidente)
VALLONE GIUSEPPE (Membro Effettivo)
NICOLOSI PIERGIORGIO (Supplente)

Syllabus
Prerequisiti: Il Corso richiede come prerequisiti i concetti contenuti nel Corso di Fisica Generale 1 e 2.
Sono di aiuto le conoscenze fornite nei Corsi che trattano di Onde Elettromagnetiche e di Struttura della Materia.
Conoscenze e abilita' da acquisire: Le proprietà della luce sono al centro di tecnologie affermate quali la Fotonica, le Telecomunicazioni o i processi laser in Medicina e nell'Industria, come sono cruciali per settori emergenti come la generazione Fotovoltaica dell'energia o le Comunicazioni Quantistiche.
Risulta quindi strategica la conoscenza di un linguaggio per comprendere come generare ed applicare la luce, su quali principi operano il laser e le sorgenti termiche di radiazione, tra cui il Sole e le sorgenti convenzionali, e come si propagano i fasci ottici, come si possono trasformare e impiegare in molti settori.
Il Corso di Ottica Quantistica e Laser ha lo scopo di avvicinare gli studenti ai concetti sui quali operano i laser, alle caratteristiche dei diversi tipi di luce, classica, coerente, quantistica, all'interazione tra radiazione e materia, a come i principi dell'azione laser si possano realizzare in modalità assai diverse e a come sfruttarli.
Il Corso propone inoltre un avvicinamento ai metodi dell'Ottica Quantistica per una comprensione dell'origine dei fenomeni radiativi e un avvicinamento alle tecnologie quantistiche, attualmente di grande interesse e sviluppo.
Nelle sue diverse articolazioni il corso ha le seguenti conoscenze e abilità attese:
1. Apprendere e interpretare criticamente le principali concetti relativi alla generazione, propagazione e utilizzo della luce.
2. Conoscere i principali modelli matematici che descrivono i processi di generazione e propagazione.
3. Saper riconoscere il tipo di interazione della luce con i diversi materiali.
4. Conoscere i principali ambiti di applicazione della luce, soprattutto in un contesto interdisciplinare.
5. Essere in grado di sintetizzare l'analisi di misure su fasci ottici o laser, visti in Laboratorio, in un report professionale.
Modalita' di esame: Durante il Corso sono previsti quattro homework e dei report di laboratorio. L'ultimo homework sarà l'elaborazione di un tema assegnato, gli altri homework coprono sia aspetti teorici che problemi numerici. I report sono brevi relazioni sulle misure prese in Laboratorio.
In alternativa, l'esame del Corso viene superato con una prova scritta e una prova orale su tutto il programma.
Criteri di valutazione: Lo Studente viene valuto sotto diversi aspetti:
1) la conoscenza dei concetti chiave del programma,
2) la capacità di risolvere dei problemi numerici relativi al
i temi del Corso e che rappresentino casi ed applicazioni significative per la comprensione.
3) l'elaborazione di alcune significative osservazioni fatte in Laboratorio.
Contenuti: Oltre alle lezioni in Aula, il Corso prevede delle lezioni in Laboratorio, per comprendere con l'osservazione i fenomeni e familiarizzarsi con gli Strumenti e le Sorgenti Laser. Oltre al Laboratorio Didattico di Ottica e Laser, ove gli Studenti svolgeranno delle sperimentazioni, sono attivi anche il Laboratori di Comunicazione Quantistica e il Laboratorio di Ottica Adattiva, nei quali si svolgeranno delle dimostrazioni.

Il Corso è diviso sostanzialmente nelle parti seguenti:
1. Proprietà dei quanti di luce, o fotoni, e della statistica della radiazione. Descrizione della luce classica e coerente introducendo i metodi dell'Ottica Quantistica e i principi di quantizzazione della radiazione. Laboratorio sulle statistiche del fotone e generazione di numeri casuali sulla base di processi quantistici che utilizzano rivelatori di fotoni singoli.

2. Generazione e propagazione di fasci ottici. Discussione delle proprietà dei fasci Gaussiani, e dei modi di ordine superiore, fasci con momento angolare orbitale (OAM) della luce. Risuonatori ottici.
Argomenti avanzati: concetti e metodi di ottica adattiva e della fotonica integrata.
Laboratorio sulla stima dei parametri di un fascio e sugli effetti di diffrazione. Dimostrazione di modi di alto ordine con OAM. Laboratorio di ottica adattiva.

3. Principi del laser. Generazione di radiazione con emissione spontanea e stimolate. Elettronica quantistica e luminescenza. Pompaggio ottico. Guadagno ottico. Saturazione del guadagno. Rumore di radiazione. Concetto di azione laser. Differenza di realizzazione del laser. Generazione di impulsi luminosi. Tecniche per raggiungere domini nanosecondi, pico, femto e attosecondi.
Laboratorio sulle sorgenti laser. Laboratorio di generazione e misura di impulsi ultraveloci.

4. Applicazioni. Principi di interazione laser-materia. Focus sulle tecnologie laser per fotovoltaico.
Introduzione ai temi della Quantum Information. Focus sulle comunicazioni Quantum.

I concetti e le applicazioni saranno costantemente associati e discussi nel Corso, sia in classe che nei Laboratori.
Apprendere come la conoscenza e l'elaborazione dei concetti di generazione e controllo della luce hanno già fornito nuove idee e applicazioni in molti settori viene proposto come lo stimolo per produrne di nuove.
Attivita' di apprendimento previste e metodologie di insegnamento: Le finalità didattiche del Corso sono rivolte ad attivare aspetti diversi: 
1) per sviluppare processi di apprendimento autonomi nel campo della generazione e applicazione della luce e delle sorgenti laser. Questo non solo sulla base del programma standard ma in forza anche di Focus didattici su tematiche attuali e di particolare interesse e con l'esempio di casi di successo di trasferimenti tecnologici e di spin-off.  
2) di garantire un’offerta formativa personalizzabile, in particolare fornendo allo Studente si metodi prevalentemente teorici sia sperimentali come spunto per l'approfondimento. 
3) di promuovere e consolidare l’interesse e la motivazione degli studenti verso il settore della Fotonica, dei laser e delle moderne tecnologie ottiche dell'Informazione, che sono cruciali per il progresso del Paese.

Dei moduli Python verranno utilizzati come strumenti didattici per la l'Ottica Quantistica, fornendo una rapida accesso alla trattazione simbolica, agli esempi numerici e alle animazioni grafiche.
Eventuali indicazioni sui materiali di studio: l Corso fornisce dei materiali di studio ausiliari al libro di testo e rivolti a coadiuvarne i contenuti e a stimolare l'interesse e la comprensione.
Questi comprendono:
1) pubblicazione scientifiche e descrizioni tecniche di interesse per aspetti specifici, come ultime scoperte o articoli "classici" di un settore.
2) programmi di calcolo per la modellizzazione di equazioni e processi trattati nel Corso.
Testi di riferimento:
  • Saleh, Bahaa E. A.; Teich, Malvin Carl, Fundamentals of photonicsBahaa E. A. Saleh, Malvin Carl Teich. Hoboken: New Jersey, Wiley, --. Cerca nel catalogo
  • Gerry, Christopher; Knight, Peter L., Introductory quantum opticsChristopher Gerry, Peter Knight. Cambridge: Cambridge university press, 2005. Cerca nel catalogo

Didattica innovativa: Strategie di insegnamento e apprendimento previste
  • Lecturing
  • Laboratory
  • Problem based learning
  • Case study
  • Questioning
  • Problem solving
  • Quiz o test a correzione automatica per feedback periodico o per esami
  • Files e pagine caricati online (pagine web, Moodle, ...)
  • Scrittura riflessiva

Didattica innovativa: Software o applicazioni utilizzati
  • Moodle (files, quiz, workshop, ...)
  • Matlab
  • CDF

Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
Istruzione di qualita' Energia pulita e accessibile Industria, innovazione e infrastrutture Consumo e produzione responsabili