Introduzione cristalli fotonici. Metodi di realizzazione cristalli fotonici. Guide d’onda. Difetti di punto in PhC. Rifrazione negativa. Effetto Purcell. Strong coupling.
6 Lezioni seminariali in recenti risultati t
Libri consigliati
Richiami elettromagnetismo
C. Mencuccini e V. Silvestrini, Fisica II, Elettromagnetismo Ottica, (Liguori editore 1998)
Onde evanescenti
A.K. Ghatak and K. Thyagarajan, Contemporary Optics, (Plenum Press)
Cristalli Anisotropi
A. Yariv and P. Yeh, Optical waves in crystals (Wiley )
Matrici M e sistemi 1D
B.E.A.Saleh and M.C. Teich, Fundamentals of Photonics (Wiley, 2nd Edition)
Quantum well e dots
P. Harrison, Quantum wells, wires and dots, (Wiley)
Cristalli fotonici
J.D.Joannopolous, S.G.Johnson, J.N.Winn and R.D.Meade, Photonic Crystals (Princeton University Press, 2nd Edition)
J-M. Lourtioz: Photonic Crystals, towards nanoscale photonic devices (Springer 2005)
Plasmonica
Sergey V. Gaponenko, Introduction to Nanophotonic, (Cambridge 2010)
Articoli
[1] G.C. Reali , Reflection from dielectric materials, Am. J. Phys. 50, 1133 (1982)
[2] F. Intonti et al. Phys. Rev. B 78, 041401 (2008).
[3] S. Vignolini et al. PRL97, 063101 (2010)
[4] N. Caselli et al. Scientific Reports, 5 9606 (2015)
Obiettivi Formativi
Conoscenza approfondita delle leggi dell’elettromagnetismo e della fotonica. Capacità di affrontare, impostare e risolvere correttamente problemi di elettromagnetismo, ottica e fotonica. Saper applicare le conoscenze acquisite in situazioni diverse a quelle già affrontate
Lista lezioni
1) Richiami di elettromagnetismo. Eq. Maxwell. Eq. Onde. Onde piane e sferiche. Polarizzazione e notazione complessa. Vettore di Poynting ed energia elettromagnetica
Dielettrici, vettore polarizzazione.Suscettività. Costante dielettrica. Eq. Onde mezzi materiali. Dispersione e velocità di gruppo e dellea energia (Mencuccini, IX 1-9; X.3,5,6);
2) Emissione di dipolo. Propagazione nei dielettrici come somma delle onde elementari. Teorema di estinzione. Riflessione come fenomeno di volume (Mencuccini IX-15, [1]);
3) Boundary conditions. Eq. Di Snell. Onde s e p. Relazioni di Fresnel. Angolo di Brewster e sua interpretazione con teorema di estinzione. Left handed materials (Mencuccini, X.1,2);
4) Cristalli anisotropi. Onda ordinaria e straordinaria. Onde non traverse. Velocità di gruppo non parallela a k. Birifrangenza (Yariv4);
5) Riflessione totale interna. Onde evanescenti. Goos Hänchen shift. (Mencuccini, X.1,2, Ghatak11);
6) Modi guidati in slab; (S:V. Gaponenko3.3)
7) Introduzione cristalli fotonici. Master equation. Hermitianicità, ortogonalità; Principio variazionale. Legge di scala. (Joannpoulus, 2);
8) Spettro discreto e continuo. Teoria delle perturbazioni. Teorema di Bloch. Esistenza bande. Analogia con MQ. (Joannpoulus, 2,3);
9) Caso unidimensionale. Multilayer. Matrici M. (Saleh,7);
10) Bragg mirror calcolo esplicito con matrici M.Esistenza stop band e sua interpretazione (Salech,7);
11) PhC 1D, bande.Stati fotonici. Propagazione fuori angolo. Omnidirectional mirrors. (Joannpoulus, 4); 11/11
12) PhC in due dimensioni. Modi TE e TM. Origine band gap. Distribuzione dei modi, stati di superficie. (Joannopolous 5-9);
13) PhC in tre dimensioni. Opali. Yablonite e true photonic band gap. Membrane e slab (Joannopolous 6,8);
14) Difetto unidimensionale. Cavità FP. Calcolo FP con riflessioni multiple. Dispersione modo MC planare. (Saleh,7);
15) Guide d’onda. Difetti di punto. Difetti in 3D. (Joannpoulus, 4);
16) Applicazioni per la propagazione in PhC. Rifrazione negativa, Superrefraction, Superlens, Superprism. (Joannopolous 6,10 pg221, J.M.Lourtioz et al. 6);
17) Emettitori a semiconduttore QDs. QDs in nanocavità. Effetto Purcell. Importanza della LDOS (J.M.Lourtioz et al. 7);
18) Strong coupling. Modello di Jaynes and Cummings.Ottimizzazione Q factor di cavità 13/12
19) Modello Drude Lorentz. Dispersione. Propagazione nei metalli Frequenza di plasma. Poynting vector. Negative Goos Hanchen shift. Plasmone di superficie. Nanoparticelle metalliche. Cenni a SERS, antenne e metamateriali (S:V. Gaponenko 6.1,6.2, 6.3)
20) Laser senza soglia. QDs come emettitori di singolo fotone. Funzioni di correlazione di campo e cenni HBT. Cenni criptografia quantistica. (J.M.Lourtioz et al. 7, 10.5);
21) Quasi crystals. Fibonacci multilayer Applicazioni: materiali a zero indice di rifrazione. Optical cloaking;
22) Near field e superresolution. Mode Imaging. ([2,3])
23) Non Hermitianicità della fotonica. Volume modale complesso e LDOS non Lorentziane.
24) Birifrangenza circolare. Giromagnetismo. Topological Photonics
Libri consigliati
Richiami elettromagnetismo
C. Mencuccini e V. Silvestrini, Fisica II, Elettromagnetismo Ottica, (Liguori editore 1998)
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[1] G.C. Reali , Reflection from dielectric materials, Am. J. Phys. 50, 1133 (1982)
[2] F. Intonti et al. Phys. Rev. B 78, 041401 (2008).
[3] S. Vignolini et al. PRL97, 063101 (2010)
[4] N. Caselli et al. Scientific Reports, 5 9606 (2015)