34060 Ultrahurtig optik: fundament og anvendelser

2024/2025

Kurset er en introduktion til ultrahurtige lasere, med fokus på state-of-the-art kohærente høj-intensitetslyskilder fra terahertz (THz) til det ekstreme ultraviolette (UV) spektrale område. Kurset fokuserer også på anvendelsen af sådanne lasere indenfor fotonik, materialevidenskab, fysisk kemi og nanoteknologi.
Kursusinformation
Ultrafast optics: fundamentals and applications
Engelsk
5
Kandidat
Kurset udbydes som enkeltfag
Retningsspecifikt kursus (MSc), Engineering Light
Retningsspecifikt kursus (MSc), Engineering Physics
Teknologisk specialisering (MSc), Engineering Light
Teknologisk specialisering (MSc), Engineering Physics
F4A (tirs 13-17)
Campus Lyngby
Forelæsninger, demonstrationer, regneøvelser og quizzes, studenterpræsentationer.
13-uger
Aftales med underviser
Mundtlig eksamen
Mundtlig eksamen og bedømmelse af tre obligatoriske opgaver (vægt 40%). Eksamen består af en individuel præsentation i slutningen af kurset med efterfølgende diskussion (vægt 60%).
7-trins skala , ekstern censur
34034. 34052. , Bacheloreksamen i naturvidenskabelige eller tekniske fag. Det er ikke anbefalelsesværdigt at følge kurset uden grundlæggende viden om lasere og ikke-lineær optik, da dette kan medføre betydeligt ekstraarbejde i forhold til det normerede. Det anbefales at kurset 34034 er bestået. Desuden er kurset 34052 nyttig baggrundsviden. Grundviden om programmeringssproget Python anbefales.
Minimum 5 Maksimum: 40
Edmund John Railton Kelleher , Tlf. (+45) 4525 3205 , edkel@dtu.dk
Peter Uhd Jepsen , Lyngby Campus, Bygning 343, Tlf. (+45) 4525 5711 , puje@dtu.dk
Binbin Zhou , Lyngby Campus, Bygning 343, Tlf. (+45) 4525 6386 , zhou@dtu.dk
34 Institut for Elektroteknologi og Fotonik
I studieplanlæggeren
Dette kursus giver den studerende en mulighed for at lave eller forberede et projekt som kan deltage i DTUs studenterkonference om bæredygtighed, klimateknologi og miljø (GRØN DYST). Se mere på http://www.groendyst.dtu.dk
Overordnede kursusmål
Det overordnede formål med kurset er at forstå den fundamentale fysik og teknologi bag ultrahurtige lasere, og at få en forståelse for, hvorledes dette muliggør cutting-edge fundamental videnskab samtidig med et stort impact indenfor industrielle anvendelser med stort kommercielt potentiale. Specifikt vil kurset beskrive, hvordan ultrahurtige laserpulser skabes, hvordan de udbreder sig, og hvordan man måler dem. Kurset beskriver også vekselvirkning mellem ultrahurtige laserpulser og materialer, og hvordan de kan anvendes til at undersøge dynamiske processer på femtosekund-tidsskala, der er naturlig for bevægelsen af elektroner i materialet.
Læringsmål
En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:
  • Beskriv driften af ​​en continous-wave laser og beskriv repræsentationer af ultrakorte laserimpulser og deres nøgleegenskaber ved hjælp af matematiske klassifikationer;
  • Forklar princippet om aktiv modelocking ved hjælp af en forenklet ramme til at analysere nøglekomponenternes bidrag til den overordnede laserdynamik;
  • Vis hvordan vekselvirkningen mellem ​​ultrakorte laserimpulser og et dispersivt medium kan påvirke pulsformen;
  • Anvend en matematisk model til at evaluere egenskaberne af ultrakorte laserimpulser genereret af en passivt modelocked laser;
  • Skitser design og forklar driftsgrænserne for instrumenter, der kan måle ultrakorte laserimpulser;
  • Skabe en princip-skitse over opbygningen af et ultrahurtigt lasersystem og argumentere for, hvordan de trufne valg opfylder kravene til specifikke anvendelser;
  • Beskrive vigtigheden af carrier-envelope stabilitet af kilder til single-cycle og sub-cycle lyspulser og optiske frekvenskamme;
  • Designe en metodologi for frembringelse af midt-infrarød og terahertz-stråling baseret på ikke-lineær optisk frekvenskonvertering, og forklare det teoretiske grundlag for vekselvirkningen;
  • Analysere eksperimentelle spektroskopidata fra laboratoriet med henblik på at bestemme fysiske egenskaber af et materiale.
Kursusindhold
Kurset er sammensat af tre blokke: Fundamental teori, praktiske systemer og anvendelser. Disse blokke indeholder følgende emner:
• Overblik over essentielle egenskaber ved lasere og overblik over ultrahurtige lyspulser;
• Frembringelse og modellering af ultrahurtige laserpulser;
• Dispersion af ultrahurtige laserpulser og teknikker til pulskomprimering;
• Måleteknikker til ultrahurtige laserpulser: Korrelationsmetoder og fuld rekonstruktion af
det elektriske felt;
• Udvikling af chirped pulse amplification (CPA);
• Parametrisk forstærkning og frekvenskonvertering;
• Carrier envelope fasestabilitet, few-cycle laserpulser og optiske frekvenskamme;
• Moderne ultrahurtige lasersystemer;
• Ultrahurtige midt-infrarøde og terahertz kilder;
• Varme emner i ultrahurtig videnskab: Ultrahurtig spektroskopi (pump-probe, tr-ARPES,
UED m.fl.), strong-field fænomener, etc;
Sidst opdateret
02. maj, 2024