Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Optoelectronics
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
IETE-1-404-s
Wydział:
Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Electronics and Telecommunications
Semestr:
4
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
prof. dr hab. Stapiński Tomasz (stap@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

The students can understand the operation of optoelectronic devices. They have skills to conduct experimental characterization of simple optoelectronic devices.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 has an ordered and a theoretical knowledge of the fotonic, including the knowledge necessary for understanding the physical bases of telecommunication optical systems, optical recording and information processing; ETE1A_W02 Egzamin
M_W002 has the ordered knowledge of operation principles of optoelectronic components and simple optoelectronic systems; ETE1A_W05 Egzamin
Umiejętności: potrafi
M_U001 works individually and in a team; estimates the time needed for the implementation of the respective tasks; develops and realizes the work schedule to meet the deadlines; ETE1A_U03 Sprawozdanie
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 is aware of the responsibility for their own work and willingness to comply with the principles of working in a team and bearing responsibility for cooperative tasks; ETE1A_K04 Sprawozdanie
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
38 24 0 14 0 0 0 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
M_W001 has an ordered and a theoretical knowledge of the fotonic, including the knowledge necessary for understanding the physical bases of telecommunication optical systems, optical recording and information processing; + - + - - - - - - - -
M_W002 has the ordered knowledge of operation principles of optoelectronic components and simple optoelectronic systems; + - + - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 works individually and in a team; estimates the time needed for the implementation of the respective tasks; develops and realizes the work schedule to meet the deadlines; - - + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 is aware of the responsibility for their own work and willingness to comply with the principles of working in a team and bearing responsibility for cooperative tasks; - - + - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 75 godz
Punkty ECTS za moduł 3 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 38 godz
Przygotowanie do zajęć 10 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 10 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 17 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (24h):

Lecture
1. Materials for optoelectronics – Materials for semiconductor light sources and photodetectors. Energetic model, band-gap role especially for group III-V compounds. Light-material interactions – absorption, emission, photons, electrons, phonons. Conditions for radiative emission in semiconducor. Kinds of band-gaps. Efficiency of radiative recombination. General Einstein’s considerations on emission and absorption in the matter. Spontaneous emission, stimulated emission. Anti-Boltzman distribution in the matter. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Emitted light power density role. Positive optical feed-back – optical resonator, optical resonance, Fabry-Perot resonator and its features
2. Semiconductor light sources LED basics. Phenomena, efficiency, chromatic features. Rate equatins for LED. Heterojunction in semiconductor light sources. Technical characteristics of LED – emission characteristics, modulation possibilities, frequency characteristics. White LED. Semiconductor laser. Rate equations for semiconductor laser. Biheterojunction, strip semiconductor laser – structure, electrical and optical features. Lasing effect conditions. Emission characteristics. Threshold current. Thermal dependences. Spectral features. Multimode light emission. Monomode light emission. Laser spectra. Vertical Cavity Semiconductor Laser – VCSEL – structure and features. Basic aplication induced problems. Output light coupling, operating point stabilization. Simple controlling and driving circuits. Light generated noises in lasers. Degradation processes in LEDs and semiconductor lasers. Solid state laser overview. Ruby laser, Nd:YAG i Nd:YVO4. Diode Pumped Soilid State Laser DPSSL with light frequency doubling.
3. Photodetectors and photovoltaic cells. p-n junction photodetector. Light absorption, charge carrier separation, photocurrent. p-i-n structure photodetector. Quantum efficiency and sensitivity. U/I characteristics. Chromatic dependence of sensitivity. Dynamical and frequency features of p-i-n photodiode. Front-end circuits. Heterojunction in photodiode. Avalanche photodiode APD. Phenomena, structure, characteristics. Noises in p-i-n and APD photodiodes. Photovoltaic cell. Structure of monolitic photovoltaic cell. Photovoltaic phenomenon. Optoelectronic characteristics. Solar cell. Materials, structures, chromatic efficiency of absorption problem, U/I characteristics. Energetic efficiency. Controlling circuits.
4. Basics in optical fibers. Toatal internal reflection as the mechanizm of the fiber optic light transfer. Numerical Aperture of the fiber. Light propagation equations and their solutions – light modes. NA, construction, optical parameters of the fiber and normalized frequency In the fiber. Multimode propagation, graded index solution, mode dispersion. Monomode propagation – structures, conditions features. Light damping mechanisms – absorption and scattering – Rayleigh effect. Chromatic disperssion In the fiber. Transmission bandwidth limitations. Comparison of fibers.
Non telecomminication applications of optical fi bers – fiber optics, construction of coherent fiber bundless.
5. Displays and image sensors. Cathode-ray tube – some history. Current solutions – LED display. Liquid Crystal Displays – phenomena, liquid crystal materials. Dynamic dispersion. Twisted nematic. Colour LCD. Semiconductor image sensors. Charge Coupled Device cell, basic structure, control and output signals. Image analyzing structures – CCD line and matrix. Control and output signals organization. CMOS image sensor – comparison with CCD.
6. Components based on photoemission. Electron photoemission. Materials for photocathodes and their features. Vacuum Photo Multiplier – construction, characteristics. Image amplifiers and converters. Noctovision. Semiconductor Photo Multiplier – structure, features, characteristics and applications.
7. Applied system. CD standard. The specificity and the principle of construction of CD. Role of signal coding on the board – CIRC. Disc reading system, laser reading head. Methods of focusing, tracking the path and reading data. Correction of reading errors. Record on discs. Specifity of DVDs, Blue-Ray.

Ćwiczenia laboratoryjne (14h):

Laboratory. 1. LED. (3 h)
Microscopic observation of different LEDs structures. Typical signalizinf LED as well as Burrus structure. Measurements nad discussions on I/U characteristics. Emission characteristics. White LED – structure.
Basic application. Colour RGB pixel – structure, driving possibilities. LEDs displays, numerical seven segment display, matrix display, driving circuits.
Transoptors – basic structure. Overview of different type transoptors and their features. Measurements of the step response.
2. Semiconductor laser.(4 h)
Mocroscopic observation of semiconductor laser structure. The role of the pedestal and monitoring photodiode. Light emission. How to distinguish the lasing action ? Specles. Measurement of emission characteristics of typical Fabry-Perot laser and its thermat behaviour. Definition of the threshold current. Optical spectra measurements. Multimode spectrum, monomode spectrum. Modal noise. Measurements of VCSEL emission characteristics and emitted light spectrum.
3. Photodetector and solar cell.(3 h)
p-i-n, photodetector – measurements of U/I characteristics, dynamic resistance calculations. Photovoltaic cell measurements- U/I characteristics. Solar cells measurements for policrystalic type and thin layer cells. Measurements of U/I characteristics, calculations of Fill Factors and energetic efficiency. Calculations for different loads.
4. Optical fiber.(4 h)
Observations of total internal reflection phenomenon in the transparent plastic rods of different shapes. Light leaking conditions. Maximum acceptance angle. Plastic optical fiber. Demonstration and calculation of the Numerical Aperture. Observation of different mode group transfer – basic modes group and higher modes group in the fiber as the function of the acceptance angle. Plastic Cladded Silica PCS fiber. Telecommunication, multimode full-silica glass fiber. Microscopic observation of the fiber cross-section. Measurements of the attenuation in the multimode fiber as the function of the propagating wavelength.

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Ćwiczenia laboratoryjne: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Ćwiczenia laboratoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu wszystkich zajęć laboratoryjnych.
Sposób obliczania oceny końcowej:

Obliczenie oceny końcowej: średnia ważona z lab (75%) i wykładów (25%) , uzyskanych we wszystkich terminach.

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

1. Differentials and integrals.
2. Basic of the solid state physics.
3. Basic ray, wave and electromagnetic optics..
4. Basic circuit theory.
5. Basic signals theory.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. B.E.A. Saleh, M.C.Teich – Fundamentals of Photonics – Wiley 2007.
2. G.Einarsson – Principles of Lightwave Communication – JohnWiley and Sons 1996.
3. Kasap, Safa, Capper, Peter Springer Handbook of Electronic and Photonic Materials 2017

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1. Optical properties of transparent electrodes based on carbon nanotubes and graphene platelets / G. Wróblewski, B. SWATOWSKA, L. Dybowska-Sarapuk, M. Jakubowska, T. STAPIŃSKI, Journal of Materials Science : Materials in Electronics ; ISSN 0957-4522. — 2016 vol. 27 iss. 12 spec. iss., s. 12764–12771

2. Structural and optical properties of spray coated carbon hybrid materials applied to transparent and flexible electrodes / Grzegorz Wróblewski, Barbara SWATOWSKA, Wiesław POWROŹNIK, Małgorzata Jakubowska, Tomasz STAPIŃSKI, Journal of Nanomaterials ; ISSN 1687-4110. — 2017 art. ID 3424672, s. 1–7.

3. Properties of a−Si:N:H films beneficial for silicon solar cells applications / B. SWATOWSKA, T. STAPIŃSKI, S. ZIMOWSKI, Opto-Electronics Review ; ISSN 1230-3402. — 2012 vol. 20 no. 2, s. 168–173.

Informacje dodatkowe:

Brak