Předmět Nanofotonika (KEF / SZZN4)

Na serveru studentino.cz naleznete nejrůznější studijní materiály: zápisky z přednášek nebo cvičení, vzorové testy, seminární práce, domácí úkoly a další z předmětu KEF / SZZN4 - Nanofotonika, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci (UP).

Materiál	Typ	Datum	Počet stažení

Obsah

- Mikroskopické modely dielektrické konstanty mezoskopických systémů. Kramers-Kronigovy relace.- Tenké vrstvy a jejich chování jako 1D mezoskopického systému. Maticový popis soustav tenkých vrstev. Fázové přechody v tenkovrstvých strukturách. Dielektrické a piezoelektrické vlastnosti tenkých vrstev perovskitů. Mechanické vlastnosti tenkých vrstev.- Metody vytváření tenkých vrstev a jejich kontroly. Systémy pro PECVD depozici tenkých vrstev. Aplikace nízkoteplotního plazmatu pro PVD a PECVD depozici tenkých vrstev.- Základy vyhodnocení elipsometrických měření. Úhlově závislá spektrální elipsometrie.- Jednomodové vlnovody a jejich vlastnosti, disperzní rovnice, módová struktura. Vazby mezi módy jako nástroj vytváření fotonických prvků.- Nelineární jevy ve fotonických strukturách, vliv lokalizace optického pole. Nelineární jevy spojené s povrchovými stavy. Klasický a kvantový popis nelineárních jevů mezoskopických systémů. Distribuovaná zpětná vazba jako nástroj zesílení optických polí. Periodické pólování nelineárních materiálů.- Spontánní sestupná frekvenční konverze v moderních fotonických strukturách. Generace fotonových párů, kvantová provázanost fotonových párů.- Statistické vlastnosti světla o nízkých intenzitách. Generace stlačeného světla v moderních fotonických strukturách. Homodynní detektor. Základní vlastnosti detektorů světla.- Polovodičové lasery a laserové diody. Ultrakrátké pulsy jako nástroj moderního fotonického zpracování informace. Elektrooptické a akustooptické jevy při tvarování ultrakrátkých optických impulsů. Diagnostika ultrakrátkých impulsů.- Speciální zdroje fotonů pro nanofotoniku.- Detekce jednotlivých fotonů. Vnitřní a vnější fotoelektrický jev. Fotodiody PIN a lavinové, Fotonásobiče. Maticové detektory. Vědecké CCD kamery. Intenzifikované CCD kamery. EMCCD kamery.- Nanofotonika kontra nanoeletronika (fotony kontra elektrony). Tunelování, lokalizace. Interakce fotonů v nanostrukturách - evanescentní vlny, plazmony, Coulombická blokáda.- Blízké pole a mikroskopie. Studium kvantových teček. Spektroskopie jednotlivých molekul- Rastrovací hrotové mikroskopy. Tunelovací mikroskopie (STM) a mikroskopie atomárních sil (AFM).- Energetická přeměna v nanostrukturách. Fotovoltaický jev. Nanostruktury jako nástroj pro zvýšení účinnosti energetické přeměny.

Požadavky

1. Přehled základů fyziky pevných látek. Geometrie uspořádání atomů nebo molekul v krystalech.Nejčastější krystalové struktury (SC, FCC, BCC, hexagonální, nejtěsnější uspořádání). Reciproká mřížka, Brillouinova zóna. Braggův zákon rozptylu. Typy krystalů podle krystalové vazby.2. Fonony, kmity mřížky. Kvantování normálních módů, energetické hladiny ? fonony. Grupová rychlost. Podélné/příčné, akustické/optické fonony. Disperzní závislosti.3. Kovy, Fermiho plyn volných elektronů. Energetické pásy, metody výpočtu pásové struktury. Polovodiče, disperzní závislosti reálných materiálů (Si, Ge, GaAs).4. Jednomódové vlnovody a jejich vlastnosti, disperzní rovnice, módová struktura, vazba mezi módy. Optické vlastnosti tenkých vrstev, způsoby jejich přípravy, maticová metoda výpočtu parametrů soustav tenkých vrstev, příklady použití (antireflektování, periodické soustavy tenkých vrstev).5. Maxwellovy rovnice v nelineárním prostředí, nelineární susceptibilita, nelineární jevy 2. a 3. řádu,anharmonický oscilátor jako model nelineárního prostředí. Generace druhé harmonické, sfázování nelineárního procesu, parametrické procesy.6. Ramanův a Brillouinův rozptyl, čtyřvlnové směšování, Kerrův jev, optická bistabilita, nelineární absorpce. Nelineární optické časově rozlišené jevy, autoindukovaná transparence, solitony.7. Spontánní sestupná frekvenční konverze. Generace fotonových párů, kvantová provázanost fotonových párů. Současné fotonické zdroje párů. Kvantování elektromagnetického pole, pojemfotonu, kvantové fluktuace optických polí, stlačené stavy. Statistické vlastnosti světla o nízkých intenzitách.8. Polovodičové lasery a laserové diody. Ultrakrátké pulsy jako nástroj moderního fotonického zpracování informace. Elektrooptické a akustooptické jevy při tvarování ultrakrátkých optických impulsů. Diagnostika ultrakrátkých impulsů. Speciální zdroje fotonů pro nanofotoniku.9. Detekce jednotlivých fotonů. Vnitřní a vnější fotoelektrický jev. Fotodiody PIN a lavinové diody, fotonásobiče. Maticové detektory. Vědecké CCD kamery. Intenzifikované CCD kamery. EMCCDkamery.10. Nanofotonika v porovnání s nanoelektronikou. Interakce fotonů v nanostrukturách. Blízké pole a mikroskopie. Rastrovací hrotové mikroskopy. Tunelovací mikroskopie (STM) a mikroskopieatomárních sil (AFM). Studium kvantových teček. Spektroskopie jednotlivých molekul. Fotovoltaický jev.