Данный курс рассчитан для бакалавров физических специальностей и направлен на приобретение знаний об основные закономерности взаимодействия света с различными объемными и низкоразмерным твердотельными структурами. В рамках курса студенты знакомятся и осваивают модели и подходы к описанию и анализу оптических явлений в твердых телах. Используется как полностью классическое описания, там, где это возможно, так и полуклассические модели. Формируются навыки анализа спектров полупроводников. Рассмотрены эффекты изменения оптических свойств полупроводников при наличие внешних воздействий.
• Вводная часть. Общие подходы к описанию взаимодействия света с веществом.
1. Микро- и макроскопические уравнения Максвелла. Два подхода к выделению источников – квазистационарный и высокочастотный. Волновое уравнение в общем виде с выделением источников. Материальные уравнения. Классификация сред. Общие свойства тензоров диэлектрической/магнитной проницаемости. Соотношения Крамерса-Кронига – преобразование Гильберта. Трудности вприменении соотношений К.-К. для восстановления вещественной части диэлектрической проницаемости по известному спектру поглощения для конечного спектрального интервала.
2. Однородный изотропный диэлектрик. Одномерная и двумерная постановка задачи модели Друде-Лоренца. Дисперсия среды в приближении Друде-Лоренца (одночастотный случай и обобщение на случай спектра). Дисперсия среды двухуровневых атомов. Полуклассический подход на основе решения уравнений матрицы плотности.
• Оптика объемных полупроводников
3. Оптика полупроводников. Основные процессы поглощения света в ПП (свободными электронами и дырками, связанными электронами (валентными или локализованными на примесях и дефектах).
4. Оптика полупроводников. Межзонное поглощение в прямозонных полупроводниках. Поглощение света при непрямых переходах. Особенности поглощения света в вырожденных полупроводниках. Эффект Бурштейна-Мосса.
5. Оптика полупроводников. Влияние примесей на поглощение ЭМП. Поглощение света в сильно легированных и неупорядоченных полупроводниках. Правило Урбаха. Примесное поглощение при малых концентрациях.
6. Оптика полупроводников. Влияние примесей на поглощение ЭМП. Поглощение света в сильно легированных и неупорядоченных полупроводниках. Правило Урбаха. Примесное поглощение при малых концентрациях.
7. Оптика полупроводников. Экситонное поглощении в ПП. Коллективные эффекты, экситонные комплексы.
8. Оптика полупроводников. Взаимодействие света с фононами. Взаимодействие света со сводными носителями в ПП. Поляроны и поляритоны.
9. Индуцированные эффекты в ПП. Влияние электрического поля на поглощение света в полупроводниках. Эффект Франца-Келдыша. Влияние магнитного поля на поглощение и преломление света в полупроводниках. Внутризонное поглощение и вращение плоскости поляризации света.
• Основы оптики низкоразмерных структур
10. Влияние размеров тел на их оптические свойства; квантовый размерный эффект. Экситоны в полупроводниковых нанокристаллах, обменное взаимодействие, стоксов сдвиг, фактор Хуанг-Риса.
11. Основы описания и особенности оптических свойств квантовых точек и квантовых ям.
• Основы оптики 2D материалов
12. Оптические свойства графена. • Некоторые задачи распространения ЭМВ в конденсированных средах.
13. Гиротропные среды. Естественная оптическая активность. Распространение волн в гиротропных средах.
14. Индуцированная анизотропия. Электрооптический эффект (линейный и квадратичный). Электрооптическая модуляция. Распространение волн в электрооптических кристаллах. Применение электрооптического эффекта.
15. Индуцированная анизотропия. Магнитооптические эффекты. Эффект Зеемана (продольный и поперечный). Эффект Фарадея. Эффект Фогта. Магнитооптический эффект Керра. Применение магнитооптических эффектов.
16. Акустооптика. Акустооптические взаимодействия. Брегговская дифракция и дифракция Рамана - Ната.