Enkeltfag Engelsk 10 ECTS

Nanofotonik

Overordnede kursusmål

At give de studerende en god forståelse for fysikken bag lys-stof vekselvirkning i mikro- og nanostrukturer og anvendelsen heraf i nanofotoniske komponenter,. Strukturering af et materiale på en nanometer længdeskala kan i dag benyttes til at styre udbredelsen af lys vha. båndgabseffekter i fotoniske krystaller, samt kontrollere de tilladte elektroniske tilstande under udnyttelse af kvantiseringen i kvantebrønde og kvantepunkter. Denne basale kontrol af materiale egenskaber kan anvendes til at realisere mikro- og nanolasere, men danner også udgangspunkt for helt nye komponenter og teknologier; f.eks. fotoniske komponenter med forstærket lys-stof vekselvirkning til brug indenfor kvanteteknologi, plasmonics, fotoniske krystaller og metamaterialer. Aktuelle forskningsemner på DTU Fotonik vil blive inddraget, såsom de der foregår i Grundforskningscentret NanoPhoton (https://nanophoton.dtu.dk/), og kurset fører frem mod teoretiske såvel som eksperimentelle specialkurser eller eksamensprojekter på DTU Fotonik

See course description in English

Læringsmål

  • redegøre for de forudsætninger der ligger til grund for de fysiske modeller
  • skitsere udledningen af de væsentligste resultater
  • redegøre for forstærkning og spontan emissions spektre i homogene materialer samt lav-dimensionale halvledermaterialer såsom kvantebrønde og kvantepunkter
  • opstille rateligninger for halvlederlasere og anvende dem til analyse af statiske og dynamiske egenskaber
  • beskrive lys-stof vekselvirkning og dæmpningsmekanismer vha. tæthedsmatrix ligninger for to-niveau systemer og halvledere
  • redegøre for Fermi’s gyldne regel samt kohærente effekter såsom Rabi oscillationer
  • redegøre for den grundlæggende teori og principperne bag fotoniske krystaller og anvendelsen af defekter til at realisere optiske bølgeledere
  • beskrive basale egenskaber af metamaterialer og plasmoniske strukturer
  • redegøre for brugen af Greens tensor, lokal tilstandstæthed, og kvasi-normale modes til at beskrive egenskaberne af strukturerede elektromagnetiske materialer.
  • analysere og forklare kavitets QED (quantum electro-dynamics) effekter involverende vekselvirkning mellem et to-niveau system og en foton, herunder vakuum Rabi oscillationer og Purcell-effekten.
  • rededegøre for coupled-mode teori og anvendelser heraf

Kursusindhold

Resume af grundlæggende optisk halvlederfysik. Vekselvirkning mellem lys og stof. Bølger i periodiske strukturer; gitre og resonatorer. To- og tre-dimensionelle fotoniske båndgabsstrukturer. Optisk forstærkning i homogene og nanostrukturerede materialer, såsom kvantebrønde og kvantepunkter. Dynamiske egenskaber og støjspektre for halvlederlasere. Nanolasere. Spontan emissions kvantestøj. Tæthedsmatrix formulering af vekselvirkning mellem lys og stof. Kohærente effekter såsom Rabi oscillationer og overgangen til ratelignings modeller. Mikrokaviteter, plasmoner og metamaterialer. Kavitets QED. Kurset består af en kombination af forelæsninger og regneøvelser, kombineret med computersimuleringer og eksperimentelle øvelser.

Anbefalede forudsætninger

Undervisningsform

2 skemamoduler pr. uge med forelæsninger, opgaveregning, computersimulering og laboratorieøvelser.

Se kurset i kursusbasen

Tilmelding

Sprog

Engelsk

Varighed

13 uger

Institut

Electro

Sted

DTU Lyngby Campus

Kursus ID 34051
Kursustype Kandidat
Semesterstart Uge 5
Semester slut Uge 19
Dage man 8-12, tors 13-17
Pris

15.000,00 kr.

0 pladser tilbage

Tilmelding