Den studerende vil stifte bekendtskab med moderne terahertz teknologi til frembringelse og detektering af ultrahurtige terahertz-signaler,samt opnå indsigt i udvalgte videnskaelige anvendelser af terahertz-stråling. Den studerende få dybdegående indsigt i eksperimentelt og teoretisk arbejde, numeriske simulationer og data-opsamling indenfor terahertz optik. Dette kursus vil give den studerende en grundig forståelse af grundlæggende principper bag moderne terahertz teknologi, og derfor vil kurset være en god platform for videre arbejde (for eksempel Master-projekt) indenfor terahertz-området. Kurset er også egnet som PhD-kursus.
Læringsmål:
En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:
Forklare basal laser-teori: Einstein koefficienter, gain medier, kavitetsmodes, kavitetsstabilitet, og kavitetstab
Forklare principperne bag aktiv og passiv modelocking i faststof- og fiberlasere
Forstå de fundamentale begreber omkring ultrahurtige laser-pulser: time-bandwidth product, carrier-envelope offset (CEO), stabilisering af CEO
Forklare ultrahurtig puls-shaping, puls karakteriseringsteknikker, og fundamentet for chirped pulse amplification (CPA)
Forstå og forklare basal ikke-lineær optik anvendt til generering of detektering af THz-pulser, såsom fase-matching, elektro-optiske koefficienter og ultrahurtig Pockels effekt
Forstå og forklare basal foto-switch teori anvendt til generering og detektering af THz-pulser, såsom båndstruktur, transport-parametre, ladningsbærer-dynamik og skærmning af det elektriske felt
Forstå og anvende metoder indenfor bredbåndsspektroskopi baseret på analyse af den komplekse dielektriske funktion og dens ækvivalenter (komplex ledningsevne og det komplekse brydningsindex)
Forstå og anvende den komplekse dielektriske funktion af udvalgte materialer, baseret på deres ækvivalente LCR-diagram
Forstå og anvende metoder til nøjagtig, kvantitativ analyse af signaler både i tids- og frekvensdomænet ved brug af Fourier transformationer
Forstå og forklare ultrahurtig pumpe-probe-teknikker til tidsopløste målinger i THz-området, såsom optisk pumpe – THz probe teknik og THz emissionsspektroskopi
Forklare og fortolke eksperimentelle målinger på baggrund af teoretiske modeller for udvalgte fysiske fænomener på picosekund-tidsskala
Kursusindhold:
Kurset består af fire kerneelementer:
1) Principperne bag femtosekund-lasere 2) Ikke-linær, elektro-optisk teknologi til frembringelse og detektering af kohærent THz-stråling 3) Fotoledende teknologi til frembringelse og detektering af kohærent THz-stråling 4) Lineær THz-spektroskopi, optisk pumpe – THz probe-spektroskopi, THz emissionsspektroskopi
Kurset starter med en gennemgang af principperne bag mode-låste femtosekund-lasere og forstærkere. Vi vil derefter diskutere forskellige optiske teknologier til frembringelse af kohærent THz-stråling, såsom ikke-lineære elektro-optiske krystaller og fotoledende kontakter. Vi vil også diskutere detektering af kohærent THz-stråling, specifikt vil vi gennemgå optisk sampling ved hjælp af elektro-optiske (ikke-lineære) krystaller og fotoledende antenner. Derefter vil vi gennemgå, hvordan kohærent THz-stråling kan anvendes til både statisk og transient (tidsopløst) spectroskopi.
Kurset er opbygget omkring centrale forelæsninger, dedikerede til de fire kerneelementer, og fulgt op med øvelser og løsning af større problemer indenfor hvert område. Desuden vil der blive lejlighed til at besøge DTU Fotoniks THz-laboratorier.
