Overordnede kursusmål
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.
Læringsmål
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
Kursusindhold
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.
Litteraturhenvisninger
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.
Sidst opdateret
02. maj, 2024