Kurset giver en grundlæggende introduktion til optik og fotonik, og der sigtes mod at gøre de studerende fortrolige med begrebet lys som stråle og elektromagnetiske bølger, samt dets interaktion med materialer i et bredt frekvensområde.
Vi starter med simple geometriske koncepter, hvor vi beskriver lysstrålens opførsel mens den bevæger sig fra et til et andet materiale (linser, spejler, prismer). Derefter, bruger vi mere avanceret bølgekoncepter (bølgelængde, lys hastighed, frekvens) og præsenterer materialernes egenskaber, der definerer lysets udbredelse. Vi bruger disse engskaber til at klassificere materialerne (metaler, dielektrikum, halvledere) og definere udbredelsen i disse materialer (transmission), og hvad der, sker når lyset skifter fra et til et andet materiale (afspejling, brydning). Vi slutter kurset med at introducere konceptet af smarte kunstige materialer (metamaterialer, metaoverflader) og undersøger deres design principper og anvendelser. Vi fokuserer på state-of-the-art af avancerede kunstige materialer. Kurset præsenterer også muligheder og udfordringer med at fabrikere smarte nanomaterialer til det optiske spektrum. En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:

• Beskrive hvorfor et materiale kan blive klassificeret som metal, havleder eller dielektrisk fra et klassik- og et kvanteperspektiv
• Beskrive de vigtigste forskelle af lys som stråle og bølge
• Beskrive den fysiske fortolkning af Maxwells ligninger
• Udlede bølgeligning fra Maxwells ligninger, finde og forklare dens simpleste løsning i forskellige materialer
• Forklare konceptet permittivitet og permeabilitet i et standardmateriale, og bølgeudbredelse i dette materiale
• Beskrive hvad der sker, når lyset udbreder sig fra et til et andet materiale og bruge randbetingelser til at kvantificere dets overgang
• Beskrive hvordan smarte kunstige materialer kan designes
• Beskrive fabrikationsmuligheder for smarte nanomaterialer samt forudsige deres egenskaber
• Diskutere fabrikationsbegrænsninger og deres indflydelse på struktureret materialers egenskaber

Vi præsenterer følgende begreber og fænomener:
- Lysstråle udbredelse
- Billedbehandling principper med linser og spejle, hvordan og hvorfor et billede kan
forstørres/​formindskes med linser
- Matematik for vektoroperatorer (kryds- og skalarprodukt), nabla (∇) operator og
betydningen af gradient, rotation og divergens
- Maxwells ligninger og bølgeligninger
- Elektromagnetiske/​optiske egenskaber af materialer
- Fri-elektron gas model til modellering af rigtige metaller
- Elektriske og magnetiske felters randbetingelser
- Effektiv medium tilnærmelse og dets begrænsninger
- Bølgeudbredelse i forskellige bulk og strukturerede materialer
- Indvirkning af fabrikationsteknikker og dets indflydelse på smarte nanomaterialers
egenskaber. 31. maj, 2023