717-9032/01 – Fotonické krystaly a metamateriály (FKM)
| Garantující katedra | Katedra fyziky | Kredity | 10 |
| Garant předmětu | doc. Dr. Mgr. Kamil Postava | Garant verze předmětu | doc. Dr. Mgr. Kamil Postava |
| Úroveň studia | postgraduální | Povinnost | povinně volitelný |
| Ročník | | Semestr | zimní + letní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2016/2017 | Rok zrušení | 2017/2018 |
| Určeno pro fakulty | HGF, USP | Určeno pro typy studia | doktorské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
Cílem předmětu je optika periodických systémů se zaměřením na jevy fotonických krystalů, zakázaný pás, vliv poruch v periodicitě. Popis vychází z Maxwellovy teorie elektromagnetického pole v periodické struktuře v analogii s popisem elektronových stavů v periodických krystalech. Popis je řešen pro systém vrstev (1D fotonický krystal), dvoudimenzionální a třídimenzionální periodické systémy. Druhou část předmětu tvoří popis periodických a neperiodických heterogenních materiálů pomocí efektivního prostředí, které vykazuje neobvyklé vlastnosti. Zejména je zaměřen na popis matamateriálů - efektivních materiálů se záporným indexem lomu, speciální anizotropií, chiralitou, zvláštními spektrálními a polarizačními vlastnostmi.
Vyučovací metody
Přednášky
Semináře
Individuální konzultace
Anotace
1. Maxwellova teorie, periodických systému
hraniční podmínky Maxwellových rovnic, popis materiálových vlastností, šíření rovinných vln
Blochův teorém, hraniční podmínky v periodické struktuře
periodický systém vrstev, maticový popis, Chebyshevovy polynomy, zakázany pás
2D a 3D periodické systémy, metody řešení
2. Fotonické periodické systémy
fotonický krystal, analogie s pevnolátkovými krystaly, pásový diagram
2D fotonické krystaly, systém otvorů se čvercovou a hexagonální symetrií
kompletní zakázaný pás, 3D fotonické krystaly
poruchy (cavity) ve fotonických krystalech, význam poruch pro šíření elektromagnetického pole krystalem
3. Metamateriály
metoda efektivního prostředí, základní aproximace pro popis sférických částic
zobecněné teorie efektivních prostředí - anizotropní prostředí, eliptické částice, vícevrstvé částice
negativní index lomu, elektrické a magnetické rezonance
speciální anizotropní metamateriály, chirální metamateriály
4. Současné a budoucí aplikace fotonických krystalů a metamateriálů
příprava fotonických krystalů a metamateriálů, od tenkých vrstev k metodám litografie a samoorganizace
Fabry-Perotovy interferenční filtry a modulátory
modulace světla, vlnovody na bázi fotonických krystalů, magnetooptické nereciproční součástky
aplikace záporného indexu lomu, evanescentní vlny a ideální zobrazení, metamateriály v mikrovlnné oblasti a jejich aplikace
nové materiály v optice, anizotropní a chirální materiály
Povinná literatura:
J.M. Lourtioz, H. Benisty, V. Berger, J.-M. Gerard, D. Maystre, A. Tchelnokov, Photonic Crystals: Towards Nanoscale Photonic Devices, Springer 2005.
J.D. Joannopoulos, R.D. Meade, J.N. Winn, Photonic crystals: Molding the flow of light, Princeton University Press 1995.
K. Inoue, K. Ohtaka (Eds.), Photonic Crystals: Physics, fabrication and applications, Springer 2004.
A.K. Sarychev, V.M. Electrodynamics of Metamaterials, World Scientific 2007.
V.M. Shalaev, Optical properties of nanostructured and random media, Springer 2002.
Doporučená literatura:
články v odborných mezinárodních časopisech
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
konzultace, zkouška
E-learning
Další požadavky na studenta
Pochopit základy optika periodických systémů se zaměřením na jevy fotonických krystalů, zakázaný pás, vliv poruch v periodicitě. Popis vychází z Maxwellovy teorie elektromagnetického pole v periodické struktuře v analogii s popisem elektronových stavů v periodických krystalech. Popis je řešen pro systém vrstev (1D fotonický krystal), dvoudimenzionální a třídimenzionální periodické systémy. Druhou část tvoří popis periodických a neperiodických heterogenních materiálů pomocí efektivního prostředí, které vykazuje neobvyklé vlastnosti. Zejména je zaměřen na popis matamateriálů - efektivních materiálů se záporným indexem lomu, speciální anizotropií, chiralitou, zvláštními spektrálními a polarizačními vlastnostmi.
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
1. Maxwellova teorie, periodických systému
hraniční podmínky Maxwellových rovnic, popis materiálových vlastností, šíření rovinných vln
Blochův teorém, hraniční podmínky v periodické struktuře
periodický systém vrstev, maticový popis, Chebyshevovy polynomy, zakázany pás
2D a 3D periodické systémy, metody řešení
2. Fotonické periodické systémy
fotonický krystal, analogie s pevnolátkovými krystaly, pásový diagram
2D fotonické krystaly, systém otvorů se čvercovou a hexagonální symetrií
kompletní zakázaný pás, 3D fotonické krystaly
poruchy (cavity) ve fotonických krystalech, význam poruch pro šíření elektromagnetického pole krystalem
3. Metamateriály
metoda efektivního prostředí, základní aproximace pro popis sférických částic
zobecněné teorie efektivních prostředí - anizotropní prostředí, eliptické částice, vícevrstvé částice
negativní index lomu, elektrické a magnetické rezonance
speciální anizotropní metamateriály, chirální metamateriály
4. Současné a budoucí aplikace fotonických krystalů a metamateriálů
příprava fotonických krystalů a metamateriálů, od tenkých vrstev k metodám litografie a samoorganizace
Fabry-Perotovy interferenční filtry a modulátory
modulace světla, vlnovody na bázi fotonických krystalů, magnetooptické nereciproční součástky
aplikace záporného indexu lomu, evanescentní vlny a ideální zobrazení, metamateriály v mikrovlnné oblasti a jejich aplikace
nové materiály v optice, anizotropní a chirální materiály
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky
Předmět neobsahuje žádné hodnocení.