Zaawansowane materiały - materiały fotoniczne Plan: Optyka prowadzona (elementy optyki scalonej, światłowody, etc.) cienkie warstwy, materiały kompozytowe, kryształy fotoniczne, metamateriały Centra barwne w kryształach Kropki kwantowe Magnetooptyka, ośrodki z koherencją kwantową Materiały fotoniczne II wykł.1 2010/2011

Własności optyczne: absorpcja, dyspersja n ( ) 1 –/2 /2  ( ) 0 -   - 0 – zespolony współczynnik załamania kształtowanie: dobór materiału – ośrodki jednorodne i niejednorodne struktura elektronowa – pasma absorpcyjne najprostszy przykład – granica dwóch ośrodków Materiały fotoniczne II wykł.1 2010/2011

Warunki graniczne (ośrodki bez ładunków i prądów) Niejednorodność – granica dwóch ośrodków ki  Ei Bi x y z Br  Er kr i r t n1 n2 Bt  kt Et Warunki graniczne (ośrodki bez ładunków i prądów) - ciągłość składowych stycznych: E1s=E2s H1s=H2s Ei+Er=Et (H i+H r )cos i=Ht cos t jeśli warunki spełnione  t, r   w jednej płaszczyźnie (pł. padania) Materiały fotoniczne II wykł.1 2010/2011

Wzory Fresnela – 2 sytuacje 1. E  płaszczyzny padania (polaryzacja S , TE) s   2. E || płaszczyzny padania (polaryzacja P, TM) możliwość zmiany fazy fali odbitej  p Materiały fotoniczne II wykł.1 2010/2011

Szczególne przypadki:   0 prawo Snella: zawsze r0, gdy n2  n1 zmiana fazy zal. czy n2 > n1 <   90o -1 r 1 /2 i R R|| Przykład – szkło-powietrze: n1=1, n2=1.5, n2 > n1 r r|| +.04 Stosunki energetyczne (natężeniowe): B -.2 R  rr* Materiały fotoniczne II wykł.1 2010/2011

występuje tylko dla polaryzacji p (E || pł. padania) Kąt Brewstera B występuje tylko dla polaryzacji p (E || pł. padania) konsekwencja poprzeczności fal EM i tego, że odbicie to wynik oddziaływania fali z ładunkami w ośrodku, od którego jest odbicie Et  B t x y z Ei Er 90o gdy i + t = /2, r|| = 0  iB = /2 – t  Materiały fotoniczne II wykł.1 2010/2011

Granica n1>n2 Gdy 2 =  /2, 1  graniczny x y z n1 n2 90o 1 x y z (dla granicy powietrze/szkło, gr = 42o) a co gdy 1 > graniczny ? ? ? - prawo Snella: n1sin 1 = n2 sin 2 - w przedziale 0-90o, sin1 , gdy 1 , czyli możliwe w.t.w., gdy kąt 2 zespolony a cos2 urojony Materiały fotoniczne II wykł.1 2010/2011 (tylko „-” ma sens fizyczny)

Współczynnik odbicia dla n1>n2 podobnie dla r|| więc |R ,|||2 = rr* 1 całkowite odbicie ! (wewnętrzne)  r 1 /2 i R R|| B gr Materiały fotoniczne II wykł.1 2010/2011

Pole po drugiej stronie? 2 1 x y z fala propagująca wzdłuż x exp. zanik w kier. z To nie jest fala płaska !  >gr x y z Fala zanikająca: E(z) z   >gr x y z Materiały fotoniczne II wykł.1 2010/2011

Doświadczenia z falą zanikającą zastosowanie: regulowane rozdzielacze wiązek świetlnych – FTR (Frustrated Total Reflection) - Dośw. Materiały fotoniczne II wykł.1 2010/2011

Zastosowania fali zanikającej - mikroskopia bliskiego pola SNOM (Scanning Near-field Optical Microscopy) Materiały fotoniczne II wykł.1 2010/2011

Fale prowadzone (guided waves): http://www.lsa.umich.edu/ physics/demolab/content/ demo.aspx?id=722 n http://www.lsa.umich.edu/ physics/demolab/content/ demo.aspx?id=407 The Magic Fountain of Montjuic http://www.compadre.org/ Informal/images/features/ fiberLaser-large.jpg Materiały fotoniczne II wykł.1 2010/2011