Libri di Luca Vincetti

Photonics originated as a research discipline during the 1960s, with the invention and production of the first lasers. The development of these optical sources was followed in the 1970s by the large-scale deployment of optical fibers, as a medium for information transmission by means of light beams. In the years that followed, scientific research and constant technological development fostered a revolution in the telecommunications field. The association of photonics with other disciplines opened new horizons, unimaginable just a few decades ago. This volume, as it contains material intended for prospective telecommunications and electronic engineers who are going to professionally design optics-based devices and subsystems, it also presents the basic notions to approach further disciplines with which photonics may pro tably interact.

Questo testo raccoglie, in modo quanto più possibile organico ed ordinato, i contenuti dei vari corsi di fotonica e componenti ottici svolti presso le Facoltà di Ingegneria dell'Università di Modena e Reggio Emilia e dell'Università di Parma. Si tratta di materiale pensato per futuri ingegneri delle telecomunicazioni ed ingegneri elettronici che dovranno affrontare la progettazione di componenti e sottosistemi da impiegarsi nei moderni sistemi di telecomunicazione su portante ottica. L'approccio del testo è quindi necessariamente didattico ma garantisce al contempo la possibilità di approfondimenti rigorosi e dettagliati, sia sui fenomeni di base della propagazione guidata della luce, sia sui principali e più diffusi componenti utilizzati in fotonica. La Fotonica, come disciplina di ricerca, nasce negli anni sessanta con l'invenzione e la produzione dei primi laser. Lo sviluppo di queste sorgenti fu seguito negli anni 70 dall'utilizzo su larga scala delle fibre ottiche come mezzo per trasmettere l'informazione tramite fasci di luce. Negli anni successivi la ricerca scientifica e il continuo progresso tecnologico nel settore portarono ad una vera e propria rivoluzione nelle telecomunicazioni fornendo, ad esempio, il nucleo della moderna rete internet. Il suo successo e la sua espansione globale sono certamente e anche il risultato di contributi importanti forniti appunto dalla fotonica. Oggi questa disciplina è cresciuta ben oltre le più ottimistiche previsioni e ben oltre il campo originale delle telecomunicazioni in cui è nata, fino a comprendere una vasta gamma di applicazioni scientifiche e tecnologiche che includono le lavorazioni laser, la sensoristica, la diagnosi e la terapia medica, nonché le tecnologie di illuminazione e l'elaborazione ottica. L'incontro tra la fotonica ed altre discipline ha poi aperto orizzonti nuovi, qualche decina di anni fa semplicemente inimmaginabili. La biofotonica, area di ricerca multidisciplinare che utilizza le tecnologie fotoniche in medicina e biologia, è forse, in questo senso, l'esempio più interessante. Le potenzialità della fotonica sono tali che la stessa Commissione Europea l'ha indicata come una delle tecnologie chiave per affrontare molte delle sfide ambientali, sanitarie e sociali dell'Unione nei prossimi anni. Lungi dall'affrontare tutte queste tematiche di indubbio interesse, per le quali sarebbe necessaria una trattazione specifica, questo testo si limita, come detto, all'ambito delle telecomunicazioni, pur covando l'ambizione che le nozioni proposte e gli approcci descritti possano costituire una base fondamentale per avvicinarsi a discipline diverse con cui la fotonica possa proficuamente interagire. La soddisfazione nel portare alla luce quest'opera non può non accompagnarsi a sentiti ringraziamenti a tutti gli studenti che in questi anni hanno pazientemente segnalato migliorie e ai colleghi per il loro competente supporto.

Lo studio dei campi elettromagnetici non può essere proficuo se non adeguatamente affiancato da un opportuno corredo di esempi, esercizi ed applicazioni di interesse ingegneristico. Esercizi ed applicazioni, infatti, oltre a far acquisire padronanza degli strumenti matematici, costituiscono una guida indispensabile per un lavoro di chiarimento, rielaborazione ed assimilazione delle nozioni fondamentali della teoria. In questo volume sono raccolti la maggior parte degli esercizi proposti durante le esercitazioni o negli esami di profitto del corso di campi elettromagnetici A tenuto presso la facoltà di ingegneria dell'Università di Modena e Reggio Emilia, a partire dall'anno accademico 2002-2003. Tuttavia, almeno nell'intenzione dell'autore, l'impostazione e lo svolgimento degli esercizi sono tali da consentire l'utilizzo ad un più largo numero di lettori. Gli argomenti trattati riguardano le proprietà delle soluzioni dell'equazione delle onde, sia nel dominio del tempo che della frequenza, le linee di trasmissione nel dominio della frequenza e la carta di Smith. All'inizio di ogni capitolo sono riportati dei brevi richiami di teoria corredati da semplici esempi, seguono poi un certo numero di esercizi svolti nel dettaglio e infine alcuni esercizi proposti con i relativi risultati.