ANX-PR/CL/001-01 LEARNING GUIDE - Grado en Ingeniería ...
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COORDINATION PROCESS OF
E.T.S. de Ingenieros de
LEARNING ACTIVITIES Caminos, Canales y Puertos
PR/CL/001
ANX-PR/CL/001-01
LEARNING GUIDE
SUBJECT
43000338 - Materials For Photonic Devices
DEGREE PROGRAMME
04AF - Master Universitario En Ingenieria De Materiales
ACADEMIC YEAR & SEMESTER
2021/22 - Semester 2PR/CL/001
ANX-PR/CL/001-01 E.T.S. de Ingenieros de
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Puertos
Index
Learning guide
1. Description...............................................................................................................................................................1
2. Faculty.....................................................................................................................................................................1
3. Skills and learning outcomes ...................................................................................................................................2
4. Brief description of the subject and syllabus.............................................................................................................5
5. Schedule..................................................................................................................................................................8
6. Activities and assessment criteria...........................................................................................................................11
7. Teaching resources.................................................................................................................................................14
8. Other information....................................................................................................................................................15PR/CL/001
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1. Description
1.1. Subject details
Name of the subject 43000338 - Materials For Photonic Devices
No of credits 4 ECTS
Type Optional
Academic year ot the
First year
programme
Semester of tuition Semester 2
Tuition period February-June
Tuition languages English
Degree programme 04AF - Master Universitario en Ingenieria de Materiales
04 - Escuela Tecnica Superior De Ingenieros De Caminos, Canales Y
Centre
Puertos
Academic year 2021-22
2. Faculty
2.1. Faculty members with subject teaching role
Name and surname Office/Room Email Tutoring hours *
M - 11:00 - 12:00
Morten Andreas Geday Tutorial upon
B321 morten.geday@upm.es
(Subject coordinator) previous request by
email
Tu - 11:00 - 12:00
Tutorial upon
Jose Manuel Oton Sanchez D111 jm.oton@upm.es
previous request by
email.
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W - 11:00 - 12:00
Patxi Xabier Quintana Tutorials upon
B321 x.quintana@upm.es
Arregui previous request by
email
* The tutoring schedule is indicative and subject to possible changes. Please check tutoring times with the faculty
member in charge.
2.2. Research assistants
Name and surname Email Faculty member in charge
Caño Garcia, Manuel manuel.c@upm.es Geday, Morten Andreas
3. Skills and learning outcomes *
3.1. Skills to be learned
CB10 - Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un
modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo
CB6 - Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo
y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación
CB7 - Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas
en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su
área de estudio
CB8 - Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular
juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las
responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios
CB9 - Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones ¿y los conocimientos y razones últimas que las
sustentan¿ a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades
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CE 1 - Conocer, comprender y saber aplicar los fundamentos científicos del comportamiento físico y químico de los
materiales para saber relacionar causalmente sus propiedades fundamentales físicas y químicas con su
comportamiento y el de los productos con ellos realizados.
CE 4 - Conocer, comprender, identificar y saber determinar la composición y estructura de los diversos tipos de
materiales, conociendo y siendo capaz de aplicar y utilizar las técnicas y los equipos experimentales de
caracterización y análisis micro y macroestructural, mecánico, eléctrico, magnético y óptico de los materiales.
CE 5 - Ser capaz de entender, aprender, actualizar autónomamente y aplicar nuevos conocimientos, modelos y
técnicas experimentales y numéricas en relación con la composición y estructura de los materiales, su
caracterización física y química, sus procesos de fabricación, su utilización y aplicación científica y tecnológica, y
su reciclado, reutilización y eliminación.
CE 6 - Conocer, comprender y saber controlar y modificar los mecanismos físicos, químicos y biológicos que
determinan las fases del ciclo de vida de los materiales, su durabilidad y su incidencia en medioambiente con el fin
de poder evaluar, controlar y mejorar la seguridad, durabilidad e integridad estructural de los materiales y los
componentes fabricados con ellos
CG1 - Uso de la lengua inglesa para comunicar conocimientos, ideas y argumentos de manera clara, rigurosa y
convincente.
CG2 - Liderazgo de equipos capaces de desarrollar un trabajo conjunto armónico y con entusiasmo para la
consecución de los objetivos marcados y dentro plazos y recursos limitados.
CG3 - Creatividad para pensar o resolver de forma nueva y original situaciones o problemas en el ámbito de la
ciencia, la ingeniería y la tecnología.
CG5 - Gestión de la información que permita buscar, seleccionar y analizar con habilidad y eficacia la información
más relevante procedente de diversas fuentes analógicas y digitales
CG8 - Comunicación oral y escrita en lengua materna que permita la transmisión eficaz de conocimientos y la
expresión de ideas y argumentos de manera clara, rigurosa y convincente, utilizando los recursos gráficos y los
medios necesarios para adaptarse a las características de la situación y de la audiencia
CG9 - Adaptación a nuevas situaciones siendo capaz de reconocer situaciones nuevas y modificar la conducta
para integrarse y trabajar sin pérdida de eficiencia, con versatilidad y flexibilidad, en un ambiente competitivo
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3.2. Learning outcomes
RA53 - Ser creativo, ejecutando el trabajo con responsabilidad y respeto a los demás.
RA32 - Conocer, comprender y saber aplicar los fundamentos científicos del comportamiento de los materiales
RA17 - Conocimiento aplicado del funcionamiento de los dispositivos de semiconductores sobre los que se
desarrolla la optoelectrónica actual, y de la elección y tecnología de materiales necesarios para cumplir las
especificaciones requeridas en aplicaciones comerciales
RA2 - Saber comunicar conocimientos, procedimientos, resultados o técnicas relacionadas con el comportamiento
y el uso de materiales
RA64 - Saber organizar y planificar el trabajo y liderar equipos.
RA8 - RD.3:Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones (y los conocimientos y razones últimas que las
sustentan) a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades;
RA52 - Ser capaz de trabajar en equipo en entornos interdisciplinares
RA30 - RA17 - Conocimiento aplicado del funcionamiento de los dispositivos de semiconductores sobre los que se
desarrolla la optoelectrónica actual, y de la elección y tecnología de materiales necesarios para cumplir las
especificaciones requeridas en aplicaciones comerciales
RA5 - RD0. Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el
desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación
RA6 - RD.1: Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de
problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos multidisciplinares de su área de trabajo.
RA63 - Utilizar con soltura la comunicación oral y escrita
RA1 - Ser capaz de aprender y actualizar autónomamente nuevos conocimientos y técnicas
RA7 - RD.2: Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de
formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las
responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios;
RA23 - Conocer, comprender y saber aplicar las bases de la ciencia y del método científico
RA34 - Saber comunicar conocimientos, procedimientos, resultados o técnicas relacionadas con el
comportamiento y el uso de materiales.
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RA42 - Utilizar con soltura las Tecnologías de la Información y de la Comunicación
RA54 - Saber organizar y planificar el trabajo y liderar equipos, ejecutando el trabajo con responsabilidad y respeto
a los demás
RA18 - Conocer, comprender y saber aplicar los fundamentos científicos del comportamiento de los materiales y la
interrelación entre su estructura, propiedades, procesado y aplicaciones
RA76 - Saber redactar informes técnicos
RA36 - Capacity for interpreting scientific results
RA51 - Saber aplicar las Tecnologías de la Información y de la Comunicación
RA60 - Saber adaptarse a nuevas situaciones, ejecutando el trabajo con responsabilidad y respeto a los demás
RA43 - Utilizar con soltura la comunicación oral y escrita en lengua española e inglesa
RA44 - Saber trabajar en equipo en entornos interdisciplinares, siendo capaz de organizar y planificar los trabajos.
RA45 - -Ejecutar el trabajo con responsabilidad y respeto a los demás.
RA9 - RD.4:Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de
un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo
* The Learning Guides should reflect the Skills and Learning Outcomes in the same way as indicated in the Degree
Verification Memory. For this reason, they have not been translated into English and appear in Spanish.
4. Brief description of the subject and syllabus
4.1. Brief description of the subject
The scope of this course is that students understand a number of fundamental techniques and procedures relevant
to the creation, handling, transmission, modification, and detection of light and the specific functional materials
employed in photonic devices. Students will learn the physical fundamentals of the different measurement
techniques and the most relevant characterization procedures both, from the theoretical and practical point of view,
including the requirements for the material and device to accomplish their application in real scenarios. By the end
of the course, students should be able to analyze and evaluate the results, and to design alternative setups
selecting materials and characterization techniques
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4.2. Syllabus
1. - Introduction and basic concepts
1.1. Presentation of the course. Review of known concepts: Absorption, spontaneous emission, stimulated
emission, spectra of atoms and molecules.
1.2. Fabry-Pérot (FP) interferometers and cavities. General features of lasers. Laser diodes (LDs).
1.3. Optical fibres. Structure, guiding mechanisms, spectra, doping, Photonic optical fibres.
2. Introduction to laboratory
2.1. Presentation. Description of tools and instruments. Safety and precautions on handling.
2.2. Power meter, dependence on wavelength. Optical fibres, connectors, couplers.
2.3. Attenuation. Speed of light in optical fibres
3. Optical Spectrum Analyser (I): Active components
3.1. Introduction to the OSA
3.2. Measuring spectral characteristics of LEDs: emission wavelength, spectral width, optical power vs
intensity
3.3. Measuring spectral characteristics of LDs: emission wavelength, spectral width, FP cavity, threshold
current
4. Optical Spectrum Analyser (II): Passive components
4.1. Wide-spectrum light sources. Calibration and baseline.
4.2. Absorption spectrum of guiding media: optical fibres. Communication windows.
4.3. Wavelength division multiplexers (WDM), characterization
5. Photons, electrons, atoms, molecules
5.1. Electromagnetic spectrum. Spectroscopic techniques
5.2. Photophysics, primary processes. Fluorescence, phosphorescence, relaxation.
5.3. Optical amplifiers: EDFA.
5.4. Bragg structures and filters, Bragg-based photonic devices.
5.5. Circulators: based concepts and uses
6. Laser structures
6.1. Laser types, laser cavities. Spatial and temporal coherence
6.2. Spectral broadening: homogeneous, heterogeneous, hole burning
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7. Optical amplification: let's make a laser
7.1. EDFA optical amplifier: spectral characteristics and handling
7.2. Bragg filter: characterization in broad spectrum
7.3. Construction and measurement of an optical fibre laser
8. Optical amplification: make the laser tunable
8.1. Characterise tunable Fabry-Perot filters
8.2. Make a tunable laser
9. Active light guiding
9.1. Flat waveguide structures, and physics of waveguiding
9.2. Optical fibre waveguiding
10. Optical fibre laboratory
10.1. Optical fiber modes
10.2. Optical fiber splicing
11. Photonic Chip manufacuring
11.1. Thin film depositing
11.2. Selectiive curing and devleopment of optical structures
12. Non-linear effects in optical fibre
12.1. Photon-phonon interactions, inelastic scattering: Brillouin scattering, Raman scattering
12.2. Four-wave mixing, self-focusing, self-phase modulation
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5. Schedule
5.1. Subject schedule*
Week Face-to-face classroom activities Face-to-face laboratory activities Distant / On-line Assessment activities
Introduction and basic concepts
Presentation of the course. Review of
known concepts: Absorption,
spontaneous emission, stimulated
1
emission, spectra of atoms and
molecules
Duration: 01:30
Lecture
LEDs, Lasers, Photodetectors
2 Duration: 01:30
Lecture
Lab0; Introduction to laboratory
Presentation. Description of tools and
instruments. Safety and precautions on
handling. Power meter, dependence on
3
wavelength. Optical fibres, basic emitters
and detectors
Duration: 03:00
Laboratory assignments
Photons, electrons, atoms, molecules Report on previous weeks laboratory
Electromagnetic spectrum. session
Spectroscopic techniques. Group work
4
Photophysics, primary processes. Continuous assessment
Duration: 01:30 Presential
Lecture Duration: 02:00
Passive optical components. Concepts
of Faraday Pockels and Kerr. effecs
birefringence, Power splitters, WDM and
5
circulators. Photonic integrated circuits
Duration: 01:30
Lecture
Lab1 :Optical Spectrum Analyser (I):
Active components Introduction to the
OSA Spectral characteristics of LEDs:
wavelength, spectral width, optical power
6 vs intensity Spectral characteristics of
LDs: wavelength, spectral width, FP
cavity
Duration: 03:00
Laboratory assignments
Lab2: Optical amplification: let's make a Report on previous weeks laboratory
laser EDFA optical amplifier: spectral session
characteristics and handling Bragg filter: Group work
characterization in broad spectrum Continuous assessment
7
Construction and measurement of an Presential
optical fibre laser Duration: 02:00
Duration: 03:00
Laboratory assignments
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Lab3: Attenuation, speed of light and Report on previous weeks laboratory
response time of optical fibres session
Duration: 03:00 Group work
8
Laboratory assignments Continuous assessment
Presential
Duration: 02:00
Lab4: Optical fiber modes & splicing Report on previous weeks laboratory
Duration: 03:00 session
Laboratory assignments Group work
9
Continuous assessment
Presential
Duration: 02:00
Optical amplifiers: EDFA. Bragg Report on previous weeks laboratory
structures and filters, Bragg-based session
photonic devices. Group work
10
Duration: 01:30 Continuous assessment
Lecture Presential
Duration: 02:00
Laser structures Laser types, laser
cavities. Spatial and temporal coherence
Spectral broadening: homogeneous,
11
heterogeneous, hole burning
Duration: 01:30
Lecture
Lab 5: Basic features of the components
most used in optical communications,
and in guided optics in general. The
components will be characterised in
12 terms of insertion loss (all), isolation
(WDM and circulator) and excess loss
(2x2 power splitter).
Duration: 03:00
Laboratory assignments
Lab 6:Detailed study of the simple PIN Report on previous weeks laboratory
photo detector. Generation of the I-V session
curve and sensitivity. Group work
13
Duration: 03:00 Continuous assessment
Laboratory assignments Presential
Duration: 02:00
Review of learnt concepts, recovery of Report on previous weeks laboratory
lost session session
Duration: 03:00 Group work
14
Cooperative activities Continuous assessment
Presential
Duration: 02:00
Continuous evaluation exam.
Online test
15 Continuous assessment
Not Presential
Duration: 01:00
16
Final Exam
Online test
17 Final examination
Not Presential
Duration: 02:00
Depending on the programme study plan, total values will be calculated according to the ECTS credit unit as 26/27
hours of student face-to-face contact and independent study time.
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* The schedule is based on an a priori planning of the subject; it might be modified during the academic year,
especially considering the COVID19 evolution.
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6. Activities and assessment criteria
6.1. Assessment activities
6.1.1. Continuous assessment
Minimum
Week Description Modality Type Duration Weight Evaluated skills
grade
CG1
CG9
CB9
CB6
CG2
CB7
CE 1
Report on previous weeks
4 Group work Face-to-face 02:00 10% 4 / 10 CE 5
laboratory session
CB10
CE 6
CE 4
CB8
CG3
CG5
CG8
CG1
CG9
CB9
CB6
CG2
CB7
CE 1
Report on previous weeks
7 Group work Face-to-face 02:00 10% 4 / 10 CE 5
laboratory session
CB10
CE 6
CE 4
CB8
CG3
CG5
CG8
CG1
CG9
CB9
CB6
CG2
CB7
CE 1
Report on previous weeks
8 Group work Face-to-face 02:00 10% 4 / 10 CE 5
laboratory session
CB10
CE 6
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CE 4
CB8
CG3
CG5
CG8
CG1
CG9
CB9
CB6
CG2
CB7
CE 1
Report on previous weeks
9 Group work Face-to-face 02:00 10% 4 / 10 CE 5
laboratory session
CB10
CE 6
CE 4
CB8
CG3
CG5
CG8
CG1
CG9
CB9
CB6
CG2
CB7
CE 1
Report on previous weeks
10 Group work Face-to-face 02:00 10% 4 / 10 CE 5
laboratory session
CB10
CE 6
CE 4
CB8
CG3
CG5
CG8
CG1
CG9
CB9
CB6
CG2
CB7
CE 1
Report on previous weeks
13 Group work Face-to-face 02:00 10% 4 / 10 CE 5
laboratory session
CB10
CE 6
CE 4
CB8
CG3
CG5
CG8
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CG1
CG9
CB9
CB6
CB7
CE 1
Report on previous weeks CE 5
14 Group work Face-to-face 02:00 10% 4 / 10
laboratory session CB10
CE 6
CE 4
CB8
CG3
CG5
CG8
15 Continuous evaluation exam. Online test No Presential 01:00 30% 4 / 10
6.1.2. Final examination
Minimum
Week Description Modality Type Duration Weight Evaluated skills
grade
CG1
CG9
CB9
CB6
CB7
CE 1
CE 5
17 Final Exam Online test No Presential 02:00 100% 5 / 10
CB10
CE 6
CE 4
CB8
CG3
CG5
CG8
6.1.3. Referred (re-sit) examination
No se ha definido la evaluación extraordinaria.
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6.2. Assessment criteria
Apart from a generic appreciation of the learning results:
In the continuous evaluation, special emphasis is made on the collaborative skills of the student in the execution of
the laboratory, and in the writing of the subsequent report.
In both evaluations, the skill to express concisely the acquired knowledge in the form of reports and problem
solving is crucial.
7. Teaching resources
7.1. Teaching resources for the subject
Name Type Notes
Both the transparencies and the
Lecture notes Others accompanying lecture notes will be shared
with the students
The students will get access to the optical
Laboratory Access Equipment communications laboratory at Teleco, for
completion of the laboratory sessions.
The students will have access to the scientific
Scientfic laboratory access Equipment laboratory for the access to specific
instrumentation
Optics Bibliography Eugene Hecht, Addison-Wesley, 1990
Alex Ryer, "Light Measurement Handbook",
Available for free online at various places
http://apps.usd.edu/coglab/schieber/pdf/hand
book.pdf (Accesed 29/06/2020)
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Bahaa E. A. Saleh & Malvin Carl Teich,
Fundamentals of Photonics Bibliography "Fundamentals of Photonics" John Wiley &
Sons, 1991
8. Other information
8.1. Other information about the subject
To the extent possible all the theoretical classes will be given in the classroom with the students present. However,
the planning has been made so that half of the course can be followed online.
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