At give de studerende en god forståelse for de basale fysiske principper bag nanofotoniske komponenter. Strukturering af et materiale på en nanometer længdeskala kan i dag benyttes til at styre udbredelsen af lys, vha. båndgabseffekter i fotoniske krystaller, samt bestemme de tilladte elektroniske tilstande, under udnyttelse af kvantiseringen i kvantebrønde og kvantepunkter. Denne basale kontrol af materiale egenskaber kan anvendes til at fremstille bedre lasere, men danner også udgangspunkt for helt nye komponenter og teknologier; bl.a. integrerede fotoniske chips, forsinkelseselementer baseret på langsomt lys, plasmoniske bølgeledere og mikrokaviteter med forstærket lys-stof vekselvirkning. Aktuelle forskningsemner på DTU Fotonik vil blive inddraget, og kurset fører frem mod teoretiske såvel som eksperimentelle specialkurser eller eksamensprojekter på DTU Fotonik.
Læringsmål:
En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:
redegøre for de forudsætninger der ligger til grund for de fysiske modeller
skitsere udledningen af de væsentligste resultater
redegøre for forstærknings og spontan emissions spektre i homogene og lav-dimensionale halvledermaterialer
opstille rateligninger for halvlederlasere og anvende dem til analyse af statiske og dynamiske egenskaber
beskrive lys-stof vekselvirkning og dæmpningsmekanismer vha. tæthedsmatrix ligninger for to-niveau systemer og halvledere
redegøre for Fermi’s gyldne regel samt kohærente effekter såsom Rabi oscillationer og langsomt lys
anvende sprednings og transmissionsmatricer til at analysere gitre og kaviteter baseret på Bragg refleksion, herunder DBR lasere og VCSELs
redegøre for den grundlæggende teori og principperne bag fotoniske krystaller og anvendelsen af defekter til at realisere optiske bølgeledere
beskrive basale egenskaber af mikrokaviteter og plasmoner
Kursusindhold:
Resume af grundlæggende optisk halvlederfysik. Vekselvirkning mellem lys og stof. Bølger i periodiske strukturer; gitre og resonatorer. To- og tre-dimensionelle fotoniske båndgabsstrukturer. Optisk forstærkning i homogene og nanostrukturerede materialer, såsom kvantebrønde og kvantepunkter. Dynamiske egenskaber og støjspektre for halvlederlasere. Spontan emissions kvantestøj. Tæthedsmatrix formulering af vekselvirkning mellem lys og stof. Kohærente effekter såsom Rabi oscillationer, foton ekko og langsom lys. Ultrahurtig ladningsbærerdynamik i halvleder materialer. Mikrokaviteter. Plasmoner og deres anvendelse i komponenter. Kurset består af en kombination af forelæsninger og regneøvelser, kombineret med computersimuleringer og eksperimentelle øvelser.
