TFYA04 Materialoptik 2014

studiehandbok@lith

Tekniska högskolan vid Linköpings universitet

År : 2014

TFYA04	Materialoptik, 4 p / 6 hp /Materials Optics/ För: BME MFYS MPN Y
	Prel. schemalagd tid: 44 Rek. självstudietid: 116
	Utbildningsområde: Naturvetenskap Ämnesgrupp: Fysik Nivå (A-D):D Huvudområde: Fysik, Teknisk fysik Nivå (G1,G2,A): A
	Mål: IUAE-matris Kursens syftar till att ge fördjupade kunskaper om fysiken bakom fasta materials och metamaterials linjära optiska egenskaper samt beskriva metoder att bestämma dessa egenskaper. Tillämpningsexempel väljs från områdena materialfysik, biologi, m fl och avser att belysa forskning och utveckling inom universitet och industri. Tonvikt i exemplen läggs på bestämning av optiskt relaterade materialegenskaper såsom brytningsindex, fononstruktur och bandgap samt på bestämning av nano- och mikrostruktur såsom tjocklek av tunna ytskikt och analys av avancerade multilagrade system, materialsammansättning, porositet mm. Som en annan viktig tillämpningsdel ingår studier av anisotropa material och metamaterial. Kursen avser att förmedla grundläggande kunskaper i optik på en sådan nivå att det räcker för att förstå resultat från pågående internationell forskning inom kursens område samt för att förbereda för industriella tillämpningar. Ambitionen är att beskriva hela vägen från fysik till tillämpning och samtidigt tillhandahålla modeller, metodologi och verktyg som är praktiskt användbara. För den nyfikne fysikern ingår grundläggande teori med förankring i fysik med syfte att ge en förståelse för den optik/fysik som är relevant för materials linjära optiska egenskaper. För ingenjören ingår studier av matematiska modeller för analys med syfte att tillhandahålla fysikaliska/matematiska verktyg som är användbara för att utveckla och beskriva de optiska system, metoder och komponenter som finns i olika miljöer i samhället och som behöver utvecklas vidare. Kursens verklighetsförankring sker genom tillämpningsexempel för att visa att det är ett kort steg mellan universitetsstudierna och den kunskap och de metoder som används inom forskning och utveckling. I laborationer och simuleringar testas teorier och modeller för att belysa deras användbarhet och begränsningar. Kursens specifika mål. Efter kursen ska studenten: kunna förklara relationen mellan materials mikroskopiska egenskaper och materials makroskopiska optiska egenskaper, kunna använda parametriska modeller för optiska egenskaper, förstå anisotropa optiska egenskaper, samt vara orienterad om bianisotropa egenskaper; kunna förklara sammansatta materials optiska egenskaper och kunna beräkna dessa med effektivamediamodeller; kunna beskriva metamaterials optiska egenskaper inklusive negativa brytningsindex; förstå polarisation av ljus, inklusive partiell polarisation, och kunna modellera detta med matrismodeller; kunna förklara och använda den teori som beskriver yt- och tunnfilmsoptik inklusive anisotropa material och avancerade multilagerstrukturer: 2x2 matrismodeller samt 4x4 matrismodeller för anisotropa material kunna förklara de optiska mätmetoderna reflektans, ellipsometri och ytplasmonresonans samt generaliserad ellipsometri för avancerad materialanalys.
	Förkunskaper: (gäller studerande antagna till program som kursen ges inom, se 'För:' ovan) Grundkurser i linjär algebra och komplexa tal OBS! Tillträdeskrav för icke programstudenter omfattar vanligen också tillträdeskrav för programmet och ev. tröskelkrav för progression inom programmet, eller motsvarande.
	Organisation: Kursen ges i form av föreläsningar där även tillämpningsexempel behandlas. Gästföreläsare inbjuds för att ge kursinnehållet ett bredare perspektiv.
	Kursinnehåll: Ljus och material Optiska egenskaper: Komplexa dielektricitetsfunktionen, komplexa brytningsindex och optisk konduktivitet; koppling mellan dipoler (mikro) och dielektricitetsfunktionen (makro), Clausius-Mossotti; symmetriegenskaper för dielektricitetsfunktionen, kausalitet, Kramers-Kronigsamband, beskrivning av dielektricitetsfunktionen som poler i komplexa talplanet; anisotropa material, tensoregenskaper hos dielektricitetsfunktionen, dubbelbrytning, dikroism, optisk aktivitet; optiska egenskaper som funktion av våglängd: fononer och molekylära processer i IR, elektroniska processer i UV/VIS; modeller för dielektricitetsfunktionen: Lorentz, Drude, empiriska, semi-empiriska, parametriska; från optik till andra områden: ledningsförmåga, van der Wahlskrafter, kristallorientering, temperaturutvidgning, �?�.. Heterogena media: effektiva media-konceptet: dielektricitetsfunktionen genom lösning av Maxwell�?Ts ekvationer i komplexa geometrier; några exakt lösbara geometrier: skiktade material; sfärer i vakuum: Lorentz-Lorents modellen; modeller enligt Maxwell-Garnett, Bruggeman; effekter av partikelform; begränsningsteorem för dielektricitetsfunktionen Polarisation: plana vågor; komplex-talbeskrivning av polarisation; polarisationsellips; Jones formalism; Reflektion: gränsyteoptik: Fresnel�?Ts ekvationer för snett infall och komplexa brytningsindex; total internreflektion, evanescenta fält; reflektion mot ytor med ett skikt: Airy-modellen; reflektion mot ytor med flera skikt: beskrivning med spridningsmatrisformalism Metodöversikt: reflektans, transmittans; ellipsometri; ytmodbaserade (TM - ytpolaritoner) Ellipsometri: teori och instrumentering; mikrostrukturbestämning, bestämning av optiska egenskaper Materialoptisk fördjupning Partiell polarisation: Stokes/Mueller formalism; depolarisation Anisotropa material: 4x4 matriser för reflektion; Eulervinkelrotation; magnetooptik Metamaterial: definition och klassificering; artificiell magnetism; kiralitet; negativa brytningsindex Generaliserad ellipsometri; Mueller-matrisellipsometri Avancerade multilager: strukturella färger och optiskt funktionella strukturer hos insekter; artificiella nanostrukturer
	Kurslitteratur: Thin Film Optics and Polarized Light (H Arwin) och särtryck.
	Examination:
TEN1 LAB1	En skriftlig tentamen (U,3,4,5) Laborationer (U,G)	5 hp 1 hp

	Vid tentamen är det tillåtet att ta med kursboken Thin Film Optics and Polarized Light, H Arwin, inklusive anteckningar i boken.

Undervisningsspråk är Engelska.
Institution: IFM.
Studierektor: Magnus Johansson
Examinator: Hans Arwin
Länk till kurshemsida på kursgivande institution
Ansvarig programnämnd: Elektro&Fysik

Engelsk kursplan

Kursen bedrivs på ett sådant sätt att både mäns och kvinnors erfarenhet och kunskaper synliggörs och utvecklas.

Planering och genomförande av kurs skall utgå från kursplanens formuleringar. Den kursvärdering som ingår i kursen skall därför genomföras med kursplanen som utgångspunkt.

Om inget annat anges ovan gäller betygsskala enligt avsnitt a8.5 i de gemensamma bestämmelserna.

Kursplanen gäller för 2014 enligt beslut av ansvarig programnämnd/fakultetstyrelse.

Tekniska högskolan vid Linköpings universitet
Informationsansvarig: TFK , val@tfk.liu.se Senast ändrad: 08/14/2016