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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
INP9087833, A.A. 2019/20

Informazioni valide per gli studenti immatricolati nell'A.A. 2019/20

Principali informazioni sull'insegnamento
Corso di studio Corso di laurea magistrale in
ICT FOR INTERNET AND MULTIMEDIA - INGEGNERIA PER LE COMUNICAZIONI MULTIMEDIALI E INTERNET (Ord. 2019)
IN2371, ordinamento 2019/20, A.A. 2019/20
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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
INP7080721 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 Primo 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 30/09/2019
Fine attività didattiche 18/01/2020
Visualizza il calendario delle lezioni Lezioni 2019/20 Ord.2019

Commissioni d'esame
Nessuna commissione d'esame definita

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: La luce, il suo linguaggio e le sue proprietà, la natura quantistica della radiazione, le fonti naturali e coerenti, il laser, la luce e le moderne applicazioni di questi concetti in aree che vanno dalla comunicazione avanzata all'elaborazione industriale sono gli argomenti di questo corso.

Il corso Quantum Optics and Laser mira a avvicinare gli studenti ai concetti su cui lavorano i laser, alle caratteristiche dei diversi tipi di luce, classica, coerente, quantistica, l'interazione tra radiazione e materia, come i principi dell'azione laser può essere realizzato in modi molto diversi e come sfruttarli.

Il Corso fornisce anche un approccio ai metodi di Ottica Quantistica per comprendere l'origine dei fenomeni radiativi e un approccio alle tecnologie quantistiche, attualmente di grande interesse e sviluppo nel settore delle Comunicazioni Quantistiche.

Nelle sue varie articolazioni il Corso ha i seguenti obiettivi di conoscenza e abilità:
1. Apprendere e interpretare criticamente i concetti principali relativi alla generazione, alla propagazione e all'uso della luce.
2. Conoscere i principali modelli matematici che descrivono i processi di generazione e propagazione.
3. Sapere come riconoscere il tipo di interazione della luce con materiali diversi.
4. Conoscere le principali aree di applicazione della luce, specialmente in un contesto interdisciplinare.
5. Essere in grado di sintetizzare l'analisi delle misure del raggio ottico o laser, come visto in laboratorio, in un rapporto professionale.
Modalita' di esame: Durante il Corso ci sono quattro homeworks e tre rapporti di laboratorio. L'ultimo homework consisterà nell'elaborazione di un tema assegnato, gli altri homeworks riguardano sia aspetti teorici che problemi numerici. Le relazioni sono brevi relazioni sulle misure fatte in laboratorio.
In alternativa, l'esame del Corso viene superato con una prova scritta e una prova orale sull'intero 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: Il Corso è essenzialmente suddiviso nelle seguenti quattro parti:

1.Proprietà dei quanti di luce, o fotoni, e le statistiche della radiazione. Descrizione della luce classica e coerente, introducendo i metodi dell'Ottica Quantistica. Concetti introduttivi di quantizzazione degli atomi e della radiazione. Laboratorio sulle statistiche dei fotoni e sulla generazione di numeri casuali sulla base di processi quantistici mediante rivelatori a singolo fotone.
2. Principi del laser. Generazione di radiazioni ed emissioni stimolate. Elettronica quantistica e luminescenza. Pompaggio ottico Guadagno ottico Saturazione del guadagno. Rumore delle radiazioni. Concetto di azione laser. Differenti realizzazioni dei laser. Generazione di impulsi laser. Tecniche per raggiungere i domini dei nanosecondi, pico, femto e attosecondi.
Laboratorio su sorgenti Laser, su generazione e misurazione degli impulsi.
3. Generazione e propagazione di raggi ottici. Discussione sulle proprietà dei fasci gaussiani, modalità di ordine elevato, momento angolare orbitale (OAM) di luce. Risuonatori ottici.

4. Applicazioni: principi dell'interazione laser-materia ed esempi nei processi industriali e medici. Introduzione alle informazioni quantiche e comunicazioni quantistiche utilizzando fotoni singoli e entangled e le principali applicazioni.

Il concetto e le applicazioni saranno costantemente associati e discussi lungo il corso, sia in classe che nei laboratori.
Imparare come l'elaborazione dei concetti di generazione e controllo della luce ha già fornito nuove idee e applicazioni in molti settori dovrebbe fornire lo stimolo per la previsione di nuovi.
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 codici Matlab e 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
  • Problem solving
  • Files e pagine caricati online (pagine web, Moodle, ...)

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

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