Спецкурсы
Электродинамика наносистем фотоники и плазмоники
Лектор
Сергей Григорьевич Тиходеев
Профессор, д.ф.-м.н., член-корреспондент РАН
Аннотация
Основное внимание в курсе будет уделено резонансным фотонным состояниям — волноводным и квазиволноводным модам, поверхностным плазмон-поляритонам, комбинированным волноводно-плазмонным поляритонам в металл-диэлектрических структурах. Будет также дано введение в мощный теоретический метод для расчета оптических свойств этих фотонных структур: метод оптических матриц переноса и рассеяния. Будет также рассмотрена оптика модулированных структур с периодом модуляции, не превышающим длину волны используемого света — метаматериалов и метаповерхностей.
Особое внимание в курсе уделяется выработке практических навыков в численном решении уравнений Максвелла для слоистых фотонных структур, например, планарных диэлектрических волноводов, брэгговских зеркал, полупроводниковых микрорезонаторов, методу матриц переноса и рассеяния, вычислению свойств резонансных фотонных состояний в фотонных структурах
Программа курса
- Уравнения Максвелла для сплошных сред, граничные условия Максвелла, электромагнитные волны в однородной и изотропной среде.
- Планарные диэлектрические волноводы, волноводные моды. Поверхностный плазмон-поляритон на плоской границе раздела металл/диэлектрик.
- Электродипольные резонансы Ми в металлических наночастицах
- Диэлектрические фотонные кристаллы, фотонные запрещенные зоны. Фотонные кристаллы в природе. Опалы и павлиньи перья. Структурная окраска.
- Одномерный фотонный кристалл на примере брэгговского зеркала. Оптические матрицы переноса и рассеяния.
- Брэгговский микрорезонатор, резонансная фотонная мода, экситонный плазмон-поляритон в брэгговском микрорезонаторе с квантовой ямой в активной области.
- Поляритонные кристаллы на примере плазмон-волноводного резонанса в структуре решетка металлических нанонитей на планарном диэлектрическом волноводе.
- Фотонно-кристаллические и плазмонные структуры для микрорезонаторов, световодов, нанолитографии
- Плазмонные наноантенны для оптического диапазона частот.
- Отрицательное преломление света и плоская линза Веселаго. Сверхразрешение Пендри (плоской линзы Веселаго) и физические ограничения на сверхразрешение.
- Метаматериалы и метаповерхности. Шапка-невидимка и трансформационная оптика.
- Метод Фурье-разложения по плоским волнам для решения уравнений Максвелла в слоистых периодических структурах, оптические матрицы переноса и рассеяния.
- Феномен Гиббса, правила факторизации и адаптивное пространственное разрешение.
Литература
Основная литература
- Б. Салех, М. Тейх. Оптика и фотоника. Принципы и применения. Том 1: пер. с англ. М.: Изд. дом Интеллект. 2012. 760 с.
Дополнительная литература
- Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц. Теоретическая физика: уч. пособие. Том VIII. Электродинамика сплошных сред. Изд. второе, переработанное и дополненное Е.М. Лифшицем и Л. П. Питаевским, М.: Наука, 1982. 624 с.
- Дж. Джексон, Классическая электродинамика: пер. с англ. М.: «Мир», 1965.
- М. Борн, Э. Вольф. Основы оптики. М.: Наука, 1973.
- К. Борен, Д. Хафмен. Поглощение и рассеяние света малыми частицами: пер. с англ. М.: «Мир». 1986. 664 с.