Спецкурсы
Взаимодействие излучения с веществом
Лекторы
Сергей Александрович Дьяков
Сколтех
Доцент, к.ф.-м.н.
Николай Алексеевич Гиппиус
Сколтех
Профессор, д.ф.-м.н.
Сергей Григорьевич Тиходеев
Профессор, д.ф.-м.н., член-корреспондент РАН
Аннотация
Цель курса — дать практические знания в области взаимодействия излучения с веществом. Исследование таких эффектов вылилось в последние годы в формирование отдельной области современной физики конденсированного состояния — фотоники. Задача курса — расширить кругозор студентов, познакомив их с одним из прорывных и наиболее популярных направлений современной физики, а также на примере исследований наиболее характерных явлений в современной фотонике — дать студентам необходимый теоретический аппарат для расчета структуры фотонных резонансов периодических и одиночных объектов для исследования таких оптических характеристик, как оптические спектры пропускания, отражения и поглощения, а также ближне-польные распределения электрического поля. В курсе дается представление о таких методах решения уравнений Максвелла, как метод граничных элементов, метод конечных элементов, Фурье-модальный метод, метод матриц переноса и рассеяния для слоистых систем. Последние используются в качестве обучающего инструмента для выполнения домашних заданий на языке программирования Матлаб. Помимо разбора теоретических методов электродинамики, в курсе приводится краткий обзор наиболее интересных явлений фотоники, которые могут использоваться в различных приборах.
Программа курса
- Поверхностные волны.
Поверхностные плазмон-поляритоны. Поверхностные волны Дьяконова. Поверхностные волны Тамма. Длина затухания волны. Глубина проникновения волны. - Взаимодействие света с веществом. Модели диэлектрической проницаемости.
Модель Друде. Модель Лоренца. Взаимодействие света с колебаниями решетки. Фононы. Полоса остаточных лучей. - Численное описание резонансов в фотонике.
Полюс матрицы рассеяния и методы его вычисления. Метод нормы матрицы рассеяния. Метод линеаризации обратной матрицы рассеяния. Обобщенный метод Галлея. Интеграл Кощи и SVD-разложение. - Тепловое излучение.
Флуктуационно-диссипативная теорема. Ближнепольный радиационный теплоперенос. Методы расчета характеристик ближнепольного радиационного теплопереноса. - Эффект Казимира.
Энергия Казимира. Сила Казимира и момент силы Казимира. Вычисление силы Казимира в слоистых структурах. Принцип аргумента в ТФКП. - Теория эффективной среды.
Основные положения. Формула Максвелла — Гарнетта. Обобщенная формула Бруггемана. Анизотропия поглощения