Dette kursus, forhenværende Moderne Fotonik, omhandler lysets interaktion med faste stoffer. Målet er at give dig et bredt og ajourført perspektiv på faste stoffers optiske egenskaber, samt at introducere dig til spændende og aktuelle forsknings- og ingeniøremner i optoelektronik ved brug af 2010-udgaven af en velskrevet bog. De grundlæggende principper for absorption, refleksion, luminescens og spredning af lys vil blive behandlet for en bred vifte af materialer så som krystallinske isolatorer og halvledere, glastyper, metaller og molekylære materialer samt grafen. Forskellige optiske egenskaber af strukturer både på makroskopisk og nanometer-skala bliver introduceret. Klassiske og kvantemekaniske modeller bliver benyttet i passende omfang, og teorien går hånd i hånd med diskussioner af eksperimenter og moderne anvendelser. Blandt de introducerede emner er kvantebrønde og -prikker, nanoplasmonik, metamaterialer og farvecentre.

Derudover giver dette kursus en god baggrund til (men er ikke en forudsætning for) Nanofotonik og Kvanteoptik og bliver afrundet af kurset Anvendt Fotonik, der fokuserer på lasere og optiske detektorer. En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:

• Udlede Kramers-Kronig-relationerne for lineær dielektrisk respons
• Fortolke båndstruktur-diagrammer for halvledere og relatere dem til de optiske egenskaber
• Forklare koncepterne bag en exciton, forskellen mellem Wannier-Mott og Frenkel-excitoner, samt give eksempler på disse
• Beskrive forskellige typer luminescens og forklare det basale om LED’er og diodelasere
• Forklare kvantemekanisk indespærring (quantum confinement) samt forklare forskellen i de optiske egenskaber mellem strukturer begrænset til 1D, 2D og 3D. Beskrive anvendelser af kvantebrønde og kvanteprikker
• Analysere hvor godt Drude-modellen beskriver den målte reflektivitet af et metal of forklare modellens begrænsninger. Beskrive egenskaberne af overfladeplasmon-polaritoner
• Beskrive de elektroniske egenskaber af molekylære materialer og grafen og udlede deres optiske egenskaber. At identificere forskellen mellem grafen og konventionelle 2D-halvledere
• Forklare et luminescens-center, beskrive adskillige typer, give eksempler på deres forekomst i naturen og deres brug i optoelektroniske komponenter
• Forklare hvordan infrarøde spektre bliver influeret af fononer samt diskutere Brillouin- og Raman-spredning af lys
• Beregne og løse opgaver direkte relateret til den præsenterede optiske teori for faste stoffer og derved vise forståelse for de typiske længde-, frekvens- og tidsskalaer involveret
• Arbejde aktivt i små grupper, forberede en præsentation omhandlende et centralt emne i kurset, og evaluere præsentationer fra dine medstuderende

Elektromagnetisme i dielektrika og metaller, komplekst brydningsindeks, Kramers-Kronig-relationerne, klassificering af optiske materiale, absorption, dipol-oscillator-modellen af faste stoffer, dispersion, anisotropi, kiralitet. Halvledere, båndstruktur, interbånd-overgange i materialer med direkte og indirekte båndgab, spininjektion, fotodetektorer. Wannier-Mott og Frenkel-excitoner. Luminescens, fotoluminescens, elektroluminescens, det basale om LED’er og diodelasere. Kvantemekanisk indespærring, kvantebrønde, excitoner i og emission fra kvantebrønde. Kvanteprikker og doterede halvledere. Metaller: Reflektivitet forårsaget af frie ladningsbærere, interbånd-overgange, plasmoner, det basale om overfladeplasmon-polaritoner og negativt brydningsindeks. Molekylære orbitaler, optiske spektre af molekyler. Karbon nanostrukturer og grafen. Luminescens-centre, paramagnetiske ioner og farvecentre, NV-centre i diamant. Fononer, infrarødt aktive fononer, fonon-polaritoner, Raman- og Brillouin-spredning. Mark Fox, Optical Properties of Solids, 2nd Edition (Oxford University Press, 2010)
ISBN: 978-0-19-957337-0
Ekstra materiale med fokus på særlige emner vil blive udleveret. 01. oktober, 2018