Il corso si propone di illustrare i principi fisici alla base della fotonica, ossia della disciplina che tratta della generazione, propagazione e manipolazione della radiazione elettromagnetica e che presenta numerose applicazioni all'elettronica quantistica e alla comunicazione ottica. Saranno trattati i seguenti macro-argomenti: (1) Il campo elettromagnetico: propagazione nei mezzi materiali, mezzi periodici, seconda quantizzazione. (2) Propagazione guidata: principi alla base del confinamento di luce in guide d'onda dielettriche e relativi esempi (3) Risuonatori e microcavità: risuonatore Fabry-Pérot, microcavità planari, risonatori ad anello, microcavità tridimensionali. Emissione spontanea in cavità ed effetto Purcell. (4) Interazione radiazione-materia: suscettibilità atomica, emissione spontanea e stimolata, guadagno e saturazione, oscillazioni laser. (5) Ottica nonlineare: effetti legati alle nonlinearità del secondo e terzo ordine.


This course covers the main concepts in the field of photonics, which deals with the generation, propagation, and manipulation of the electromagnetic radiation with applications ranging from quantum electronics to optical communication. The following topics will be presented: (1) The electromagnetic field: light propagation in dielectric materials and periodic media, quantization of the electromagnetic field; (2) Light propagation in dielectric waveguides: principles of light confinement and examples; (3) Resonators and optical microcavities: Fabry-Pérot cavity, planar microcavities, ring resonators, 3D microcavities; theory of spontaneous emission in a microcavity: the Purcell effect; (4) Light-matter interaction: atomic susceptibility, spontaneous and stimulated emission, gain and laser oscillation; (5) Nonlinear optics: second- and third-order nonlinear phenomena.