Optoelettronica - Introduzione

Introduzione

L'optoelettronica è, come dice il nome, lo studio dei dispositivi elettronici soggetti a fenomeni di luce. La lunghezza d’onda d’interesse è 0,4 μm e 1,6 μm e quindi tra gli infrarossi e gli ultravioletti.

Richiami delle equazioni di Maxwell

Le equazioni di Maxwell descrivono qualsiasi fenomeno elettromagnetico e come sappiamo esse hanno infinite soluzioni. Sono 4 equazioni in 16 incognite.

E, H, D, B e J devono considerarsi vettori.

Per risolvere un tale sistema di equazione c'è bisogno che fissiamo le relazioni costitutive del mezzo¹ e le condizioni al contorno. Ricordiamo che le relazioni costitutive sono leggi proprie del mezzo che lo caratterizzano a livello macroscopico (in meccanica), mentre, le condizioni al contorno è la condizione imposta alla soluzione di un'equazione differenziale (e quindi dove hanno validità le equazioni di Maxwell, in questo caso) che deve soddisfare ai margini del suo insieme di definizione. In optoelettronica, per semplificare la risoluzione di tali equazioni consideriamo il rapporto tra la lunghezza d'onda e la dimensione caratteristica del mezzo in esame molto più piccola di 1:

Infatti distinguiamo due casi, tra cui quello che interessa a noi:

Il caso che interessa a noi è quello in cui valgono le leggi dell’ottica geometrica e quindi il caso a. Mentre nel caso b valgono le leggi dell’elettromagnetismo classico. Questo perché la lunghezza d’onda in esame oscilla tra 0,4 μm < λ < 1,6 μm mentre l’ordine di grandezza della dimensione caratteristica delle strutture in esame è della frazioni di metro 10^-1 < d < 10^-2.

Prima di approfondire i concetti dell’optoelettronica e i vari dispositivi che la caratterizzano, rivediamo i concetti di ottica geometrica e di ottica parassiale.