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.
