Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Optyka ciała stałego
Koordynator przedmiotu:
prof. dr hab. Rajmund Bacewicz
Status przedmiotu:
Obowiązkowy
Poziom kształcenia:
Studia II stopnia
Program:
Fizyka Techniczna
Grupa przedmiotów:
Obowiązkowe
Kod przedmiotu:
Semestr nominalny:
1 / rok ak. 2020/2021
Liczba punktów ECTS:
3
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
Język prowadzenia zajęć:
polski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład30h
  • Ćwiczenia0h
  • Laboratorium0h
  • Projekt0h
  • Lekcje komputerowe0h
Wymagania wstępne:
Przedmioty poprzedzające: Elektrodynamika, Wstęp do fizyki ciała stałego, Fizyka kwantowa. Student powinien mieć za sobą podstawowy kurs fizyki ciała stałego i znać podstawy mechaniki kwantowej.
Limit liczby studentów:
Cel przedmiotu:
Po wysłuchaniu wykładu student nabywa wiedzy o mechanizmach oddziaływania światła z materią w różnych zakresach widmowych i dla różnych typów ciał stałych a także uświadamia wpływ tych oddziaływań na właściwości optyczne materiałów. Zapoznaje się z podstawami fizycznymi działania podstawowych urządzeń optoelektronicznych (detektor, dioda świecąca, laser półprzewodnikowy). Student poznaje właściwości optyczne zarówno materiałów litych jak i mikro- i nanostruktur o potencjalnych zastosowaniach fotonicznych.
Treści kształcenia:
1. Funkcja dielektryczna w ujęciu makroskopowym. Dyspersja czasowa i przestrzenna. Związki Kramersa-Kroniga. Fizyczna interpretacja e(w). Reguła sum dla e(w). Stałe optyczne i podstawowe metody ich wyznaczania. Ośrodki o ujemnym współczynniku załamania. 2. Klasyczna teoria dyspersji. 3. Międzypasmowe przejścia optyczne. Prawdopodobieństwo przejść międzypasmowych w przybliżeniu dipolowym. Zasada zachowania wektora falowego. Klasyfikacja stanów elektronowych w krysztale i reguły wyboru. Łączna gęstość stanów. Punkty krytyczne. Krawędź absorpcji podstawowej w materiałach o prostej przerwie energetycznej. Krawędź wykładnicza. Krawędź absorpcji w materiałach o przerwie skośnej. Techniki modulacyjne. 3. Ekscytony i wpływ oddziaływania elektron-dziura na własności optyczne kryształów. Ekscyton Wanniera-Motta. Widmo absorpcji podstawowej półprzewodnika z oddziaływaniem elektron-dziura. 4. Absorpcja na defektach. Płytkie i głębokie defekty. Domieszki wodoropodobne. Przejścia z udziałem domieszek. Wpływ lokalizacji na przejścia optyczne. Domieszki izoelektronowe. Diagram konfiguracyjny. Zasada Francka-Condona. Struktura wibroniczna przejść elektronowych na defektach. 5. Oddziaływanie światła ze swobodnymi nośnikami. Absorpcja na swobodnych nośnikach. Krawędź plazmowa. Własności optyczne metali. 6. Emisja światła przez ciało stałe. Wzór Van Roosbrecka-Shockleya. Termalizacja wzbudzonych nośników. Emisja przy silnych wzbudzeniach. Laser półprzewodnikowy. 7. Elementy magnetooptyki. Rezonans cyklotronowy. Rotacja Faradaya. Kwantowanie Landaua. 8. Własności optyczne mikrostruktur półprzewodnikowych. Struktura elektronowa studni kwantowej i przejścia optyczne. Ekscytony w studniach kwantowych. Przejścia optyczne w kropkach kwantowych. Nieliniowe efekty optyczne w mikrostrukturach. 9. Absorpcja na drganiach sieci. Procesy jednofononowe: widmo współczynnika odbicia i absorpcji. Procesy wielofononowe. 10. Rozpraszanie Ramana i Brillouina. Rozpraszanie Ramana na fononach. Inne wzbudzenia elementarne badane metodą rozpraszania światła.
Metody oceny:
Zaliczenie odbywa się na podstawie 2 kolokwiów obejmujących dwie połowy materiału wykładowego. Egzamin pisemny z możliwością dodatkowego egzaminu ustnego.
Egzamin:
tak
Literatura:
1. J. Pankove; "Zjawiska optyczne w półprzewodnikach" WNT 1974. 2. T.S. Moss, G.J.Burrel, B.Ellis; "Semiconductor Optoelectronics" Butterworths, London 1973. 3. B. Mroziewicz, M.Bugajski, W.Nakwaski; "Lasery półprzewodnikowe" PWN 1985. 4. R. Bacewicz, "Optyka ciała stałego" - skrypt PW, 1995.
Witryna www przedmiotu:
Uwagi:

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Efekt OCS_W01
Ma uporządkowaną, podbudowaną teoretycznie wiedzę o mechanizmach oddziaływania światła z materią. Wie jakie procesy elektronowe i atomowe w ciałach stałych są odpowiedzialne za określone właściwości optyczne materiałów.
Weryfikacja: egzamin
Powiązane efekty kierunkowe: FT2_W01
Powiązane efekty obszarowe: X2A_W01, T2A_W01
Efekt OCS_W02
Zna metody eksperymentalne pomiaru wielkości optycznych i metody wyznaczania parametrów mikroskopowych materiałów
Weryfikacja: egzamin
Powiązane efekty kierunkowe: FT2_W03, FT2_W07
Powiązane efekty obszarowe: X2A_W03, X2A_W04, X2A_W05, T2A_W03, T2A_W04, InzA_W02, InzA_W05, X2A_W05, T2A_W06
Efekt OCS_W03
Zna fizyczne podstawy działania urządzeń fotonicznych takich jak detektor czy laser półprzewodnikowy
Weryfikacja: egzamin
Powiązane efekty kierunkowe: FT2_W07
Powiązane efekty obszarowe: X2A_W05, T2A_W06

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Efekt OCS_U01
potrafi ocenić przydatność i możliwość wykorzystania nowych osiągnięć techniki i technologii w zakresie optyki ciała stałego
Weryfikacja: egzamin
Powiązane efekty kierunkowe: FT2_U11
Powiązane efekty obszarowe: X2A_U04, T2A_U12

Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne

Efekt
rozumie potrzebę uczenia się przez całe życie
Weryfikacja: egzamin
Powiązane efekty kierunkowe: FT2_K02
Powiązane efekty obszarowe: X2A_K05, T2A_K01