Faglig innhold

Kjernemner: Polarisasjon og koherens. Dielektrisitets-funksjonen/tensoren, og lineære optiske egenskaper til faste stoff. Tynn Film Optikk. Små partiklers optikk: Mie teori and plasmonikk. Eksperimentelle og digitale ferdigheter i optikk.

Valgbare moduler: Ikke-lineær optikk og anvendelser av korte laser pulser. Vibrasjons-spektroskopi (Raman, FTIR) og Fotoluminesens spektroskopi i faste stoff. THz Teknologi: Instrumentasjon og anvendelser. Optisk metaoverflate-teknologi (Fourier Optikk og diffraktiv optikk). Elektro-Magnetisk beregnings-optikk med anvendelse til plasmonikk, fotoniske krystaller, OMS. Bølgeoptikk metodikk til bildedannelse og aberrasjoner. Periodiske Optiske MultiLags strukturer: Fotoniske krystaller /Optiske Filtre-Bragg filtre og moder. Fremstilling av Nano-optikk (Nanolab). Bølgeledere og optiske fibre for spektroskopi og sensorer. Øye og Lasersikkerhet. Optikk og sustainability. Photo-Voltaics og Thermo-PV. Radiometri og dens rolle i klimamodeller.

Detaljer: Emnet omhandler vekselvirkning mellom lys og materie, avansert beskrivelse av polarisasjon, modellering av klassisk tynnfilmoptikk og moderne 3D optiske materialer ved hjelp av Computational Electro-Magnetics (CEM). Emnet gir en beskrivelse av fullt og delvis polarisert lys ved hjelp av Jones og Stokes-Mueller formalismen. Videre gis en grundig innføring i lineær materialoptikk, inkludert en beskrivelse av vekselvirkningen mellom materialer og polarisert lys, ved hjelp av Mueller/Jones formalisme og analyse av Mueller/Jones matriser. Fysikken bak dielektrisitetsfunksjonen for faste stoff presenteres, inkludert optisk respons til inhomogene materialer og effektiv-medium-teori. Optikk til plane parallelle media: Modellering av Mueller-Jones matriser til isotrope og anisotrope systemer, og lav og ikke koherente systemer. Modellere materialer med både effektiv magnetisk og elektrisk respons (metamaterialer). Optiske egenskaper til små partikler og relasjon til metamaterialer. Plasmonikk og anvendelser: Overflatepolaritoner, lokaliserte plasmonresonanser (LPR), kopling mellom LPRs, metoder for eksitasjon av SPPs. Diffraksjon, diffraktiv optikk, ru og strukturerte overflater, metaoverflater. Introduksjon til elektromagnetiske beregningsmetoder (FDTD,RCWA, FEM). Introduksjon til ikke-lineære egenskaper til materialer og utvalgte applikasjoner. Modell for spontan og stimulert emisjon.

Læringsutbytte

Utvikle eksperimentelle, analytiske og numeriske ferdigheter i optikk og optisk fysikk. Velge en god modelleringsteknikk for et gitt problem, og en god optisk eksperimentell metode og tilhørende instrumentering for et gitt problem. Anvende analytiske og numeriske metoder for å beskrive og bruke forandringen i polarisasjonstilstanden til lys ved vekselvirkning med materie. Forstå modeller for koherens i interferens og diffraksjons-eksperimenter med anvendelser. Beskrive, modellere og anvende optiske egenskaper til materialer (inklusiv aktive materialer), og metoder for optisk spektroskopi i spektralområdet THz til VUV . Beskrive analytiske og numeriske metoder for tynn-film-optikk (lagdelte medier) - optikk til små partikler (dielektriske, metalliske-lignende) og anvende på utvalgte applikasjoner som solceller eller radiometri (f.eks. for klimamodell). Beskrive diffraksjons-begrenset oppløsning i avbildning og redegjøre for super-oppløsnings-metoder. Tilegne seg kunnskaper om bruk av nanostrukturer i optikk: Optisk design ved hjelp av diffraksjonsgitter, meta-overflater, metamaterialer, nano-optikk, og tilhørende beregningsmetoder.

Læringsformer og aktiviteter

Forelesninger og veiledet gruppearbeider, regneøvinger, obligatoriske eksperimentelle og digitale laboratorieøvinger. Emnet undervises på engelsk dersom internasjonale mastergradsstudenter følger emnet. Når undervisning og undervisningsmateriell er på engelsk, kan det tenkes at eksamen vil bli gitt kun på engelsk. Forventet arbeidsinnsats i emnet er 225 timer.

Obligatoriske aktiviteter

• Arbeider
• Laboratorieøving

Anbefalte forkunnskaper

TFY4195 Optikk og TFY4240 Elektromagnetisk teori, eller tilsvarende.

Kursmateriell

Forelesningsnotater og e-bøker tilgjengelig via NTNUs bibliotek. Eget kompendium kan bestilles.

Studiepoengreduksjon