Оптика полупроводников
Язык преподавания
Русский

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.

Содержание курса

• 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.