Optické vlastnosti pevných látek

Garant předmětu:

Zdeněk Bryknar

Přednášející:

Zdeněk Bryknar, Eva Mihóková

Cvičící:

Zdeněk Bryknar, Eva Mihóková

Předmět zajišťuje:

katedra inženýrství pevných látek

Anotace:

V přednášce jsou probrány základní principy absorpce, reflexe, luminiscence a šíření světla v široké škále materiálů, včetně krystalických dielektrik, polovodičů a kovů. Pozorované jevy jsou diskutovány z hlediska klasické i kvantové fyziky a z hlediska jejich využití.

Požadavky:

U zkoušky je vyžadována znalost problematiky v rozsahu probíraném na přednášce. Zkouška sestává ze dvou částí. V první části student obdrží 1 rozsáhlejsí otázku (téma), které rozebere. Obvykle otázka zahrnuje i formální zápis dané problematiky, případně odvození podstatných výstupů. Student má 10-minutovou přípravu. Druhá část zkoušky probíhá bez přípravy. Sestává z 5-6 otázek vyžadujících stručné odpovědi monitorujících znalosti napříč tematy probíranými v přednášce.

Osnova přednášek:

1. Interakce elektromagnetické vlny s pevnou látkou

2. Fresnelovy rovnice pro izotropní a anizotropní prostředí

3. Optické vlastnosti jednoosých a dvojosých krystalů, dvojlom

4. Fenomenologická teorie elektrooptických, piezooptických a magnetooptických látek látek

5. Einsteinovy koeficienty

6. Kvantová teorie optické absorpce a emise, sdružená hustota stavů

7. Absorpční hrana přímých a nepřímých polovodičů, absorpční hrana při působení externího elektrického a magnetického pole, mezipásová absorpce nad absorpční hranou, polovodičové fotodetektory

8. Wannierovy a Frenkelovy excitony, excitonová absorpce, volné excitony v externích polích

9. Luminiscence, diagram konfigurační souřadnice, Franck-Condonův princip, fluorescence, fosforescence, luminiscence materiálů s přímým a nepřímým pásem zakázaných energií, foto- a elektroluminiscence, fotoluminiscenční spektroskopie.

10. Kvantové jevy v nízkorozměrných strukturách, elektronové hladiny, absorpce a excitony kvantových jam, optická emise

11. Volné elektrony, plasmová odrazivost, DrudehoLorentzův model, kovy, dopované polovodiče, plasmony, záporná refrakce

12. Molekulární materiály, optická spektra molekul, konjugované molekuly, organická optoelektronika, uhlíkové nanostruktury

13. Nelineární optika, nelineární tenzor susceptibility, fyzikální původ optických nelinearit, nelinearity druhého řádu, vlnová synchronizace.

Osnova cvičení:

Cíle studia:

Získat znalost klasické teorie šíření světla v pevných látkách.

Pochopit kvantovou teorii absorpce a emise, důležitost excitonových jevů a původ nelineárních optických jevů v krystalech. Pochopit základní principy absorpce, reflexe, luminiscence a šíření světla v široké škále materiálů, včetně krystalických dielektrik, polovodičů a kovů, a seznámit se s jejich využitím v moderní technické praxi.

Studijní materiály:

Povinná literatura:

[1] Kittel, Ch. (2018) Kittel's Introduction to Solid State Physics Global Edition, Wiley

[2] Fox, M. (2012), Optical properties of solids (2nd edn), Oxford University Press, Oxford.

Doporučená literatura:

[3] Born, M. and Wolf, E. (2006), Principles of optics (7th edn), Cambridge University Press, Cambridge.

[4] Ibach, H., Lüth, H.(2009), An Introduction to Principles of Materials Science, Springer.

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2026/2027:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2026/2027:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Inženýrství pevných látek (povinný předmět programu)
• Quantum Technologies (volitelný předmět)