Enkeltfag Engelsk 5 ECTS

Materialernes optiske egenskaber

Overordnede kursusmål

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.

See course description in English

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.

34020/10041, eller andre kurser med grundlæggende viden om optik og elektromagnetisme

Foredragene er delt mellem ”standard” (whiteboard), laboratorieøvelser, hvor de studerende måler og beregner materialernes optiske egenskaber og foredrag, hvor de studerende beskriver deres resultater. Via laboratorieøvelser, vil de studerende blive i stand til at designe simple strukturer, der opfører sig som materialer med de ønskede optiske egenskaber.