Образование

КУРС
Электродинамика метаматериалов
Нанофотоника и метаматериалы
Радиочастотные системы и устройства
Ф
Прикладная и теоретическая физика
Физика полупроводников
Квантовые материалы

gorlachНастоящий курс классической электродинамики рассчитан на студентов первого года магистратуры, изучающих магистерскую программу «Нанофотоника и метаматериалы». Курс состоит из двух взаимосвязанных частей: элементы электродинамики сплошных сред, а также элементы нанофотоники и физики метаматериалов.

Целью первой части курса является знакомство студентов с теоретическими методами описания распространения электромагнитного излучения в сплошной среде и периодических структурах, а также теоретическими методами нанофотоники и подходами к описанию электромагнитных свойств метаматериалов. Вторая часть курса посвящена аналитическим методам исследования оптических свойств модельных наноструктур.

Основной упор сделан на классическое описание взаимодействия точечных источников излучения с оптическими наноструктурами. Обсуждаются общие физические особенности и основные различия в характере излучения точечных источников, расположенных вблизи таких модельных объектов как плоскопараллельные слоистые системы, волноводные структуры, наночастицы. В процессе обучения студентам предлагается выполнить простейшие численные расчеты на выбранном ими языке программирования, а также сделать доклад по актуальной научной статье, в которой используется один из рассматриваемых методов.

Язык обучения
Английский
Образовательная программа:  
Модуль:  
General module
Содержание программы

Часть I. Электродинамика сплошных сред

  • Уравнения Максвелла в среде, определяющие соотношения. Различные системы элементов в электродинамике. Распространение волн в анизотропных средах. Изочастотные поверхности. Одноосные кристаллы. Обыкновенные и необыкновенные волны. Гиперболические среды.
  • Аналитические свойства диэлектрической проницаемости: соотношения Крамер-Кронига; симметрия функции диэлектрической проницаемости; теорема взаимности.
  • Скорость рассеяния, энергия поля и вектор Пойнтинга в среде с частотной дисперсией. Групповая скорость.
  • Локальные и нелокальные материальные параметры. Оптическая активность и бианизотропия. Нулевая бианизотропия в кристаллах с инверсионной симметрией. Связь с пространственной дисперсией структуры. Зависимость параметров материала от внешних полей, магнитооптических эффектов
  • Пространственная дисперсия. Пространственная дисперсия в «изотропной» среде, продольные волны. Дополнительные волны, экзотические дисперсионные режимы, заметки о дополнительных граничных условиях. Пространственно-дисперсионное двулучепреломление.
  • Элементы нелинейной оптики. Эффективные нелинейные восприимчивости. Генерация суммы и разности частот. Показатель преломления, зависящий от интенсивности, эффекты самовоздействия. Вынужденное комбинационное рассеяние
  • Прохождение заряженных частиц через вещество: ионизационные потери в нерелятивистском случае. Излучение Черенкова. Переходное излучение


Часть II. Нанофотоника и метаматериалы

  • Взаимодействие квантовых излучателей с нанофотонными структурами: классическое описание. Модификация эмиссионных свойств за счет взаимодействия с окружающей средой: наноантенны и эффект Перселла.
  • Двоичная функция Грина.
  • Напоминание: метод T-матрицы для слоистых структур. Распространение света в периодических структурах: примитивная ячейка, зона Бриллюэна, теорема Блоха, фотонная зонная структура.
  • Модификация дипольного излучения вблизи слоистых структур.
  • Взаимодействие точечного диполя с цилиндрическими волноводами.
  • Массивы рассеивателей, методы суммирования, дискретный дипольный метод, проволочные среды.
  • Связь диполя с массивами наночастиц.
  • Рассеяние на сферических частицах: теория Ми. Рассеяние на диэлектрических цилиндрах; режимы сверхрассеяния.
  • Излучение мультиполями, мультипольное разложение, энергетическая и угловая зависимость излучения, испускаемого мультиполями.
  • Элементы физики полупроводников: экситоны и экситон-поляритоны, их дисперсия.
Список литературы

1. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Электродинамика сплошных сред. М.: Наука, 1982

2. Дж. Джексон. Классическая электродинамика. М.: Мир, 1965.

3. М. Борн, Э. Вольф. Основы оптики. М.: Наука, 1973.

4. В.М. Агранович, В.Л. Гинзбург. Кристаллооптика с учетом пространственной дисперсии и теория экситонов. М.: Наука, 1978 (2-е изд).

5. R.W. Boyd. Nonlinear Optics. Academic Press, 2nd ed, 2003.

6. И.Р. Шен. Принципы нелинейной оптики. М.: Наука, 1989.

7. М.Б. Виноградова, О.В. Руденко, А.П. Сухоруков, Теория волн, M. 1979, 384с. (на русском).

8. Л. Новотный, Б. Хехт. Основы нанооптики. М.: Физматлит, 2009.

9. К. Борен, Д. Хафман. Поглощение и рассеяние света малыми частицами. М.: Мир, 1986.

10. Katsunari Okamoto, Fundamentals of Optical Waveguides, Elsevire, 2006, 561p. (in English)

Рекомендованные завершённые курсы
Дополнительная информация

Как оценивается успеваемость по курсу:
Итоговая оценка основана главным образом на итоговом экзамене, но также зависит от результатов двух промежуточных тестов. Чтобы быть допущенным к экзамену, студент должен сдать оба промежуточных теста, сделать презентация и решить все основные домашние задачи.

Описание курса
Syllabus945.01 КБ
Task Examples12.23 КБ