Med udgangspunkt i de grundlæggende begreber inden for optoelektronik (vekselvirkning mellem lys og halvledermaterialer), det elektromagnetiske felt i optiske bølgeledere og resonatorer og laserfysik får du i dette kursus basis for at forstå moderne fotonik. Vi lægger særlig vægt på optiske og materialefysiske aspekter af halvlederlaseren, som er en nøgleteknologi inden for et væld af applikationer fra spektroskopi til telekommunikation. Derfor henvender kurset sig til enhver som vil forstå principperne bag disse applikationer. Desuden er kurset velegnet som indgang til en specialisering inden for (halvleder)fotonik. Gennem en kombination af forelæsninger og praktiske øvelser får du en solid teoretisk forståelse af og hands-on erfaring med moderne fotoniske komponenter
Læringsmål:
En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:
Beregne forstærkning, absorption og spontan emission af lys i simple modelhalvledermaterialer
redegøre for relationer mellem gain og indeks i optiske materialer
opstille ligninger for transversale optiske modes i typiske bølgeledere i halvlederkomponenter og i elementære tilfælde kunne løse dem og angive kriterier for fx single-mode opførsel.
Analysere optiske og elektriske aspekter af p-i-n dioden
Beregne centrale parametre som Q-værdi, finesse mv. for optiske resonatorer og foreslå kavitetsdesign for specifikke anvendelser
opstille rateligninger for halvlederlaserens statiske og dynamiske egenskaber og med udgangspunkt i disse kunne redegøre for centrale laserbegreber som tærskel, kvanteeffektivitet, modulationsrespons, Q-switching og modelocking
Analysere optiske egenskaber af bulk og nanostrukturerede halvledermaterialer som kvantebrønde og –dots og diskutere deres fordele og ulemper i forskellige sammenhænge
Være bekendt med nøglekomponenter i moderne fotonik og kunne evaluere overordnede designmæssige valg med henblik på deres fordele og ulemper i forskellige situationer
Kursusindhold:
Bølgeledning og optiske resonatorer/kaviteter i halvlederkomponenter. Absorption og spontan og stimuleret emission af lys i halvledere. Kramers-Kronig relationer mellem gain og indeks i et optisk materiale. Laseroscillation, halvlederlaserens opbygning. Rateligningsbeskrivelse af laseren, steady-state og dynamiske løsninger. Pulsede lasere. P-i-n dioden og homo- og heterojunctions som udgangspunkt for aktive fotoniske komponenter. Elektrisk og optisk pumpning af halvledermaterialer, Ferminiveauer og ladningsbærerdistribution. Nanostrukturerede halvledermaterialer som kvantebrønde og -dots. Fotoniske komponenter: forstærkere, emittere, absorbere og lasere. Introduktion til halvlederdyrkning og processering.
