ιδάσκων: Λευτέρης Λοιδωρίκης Π

Transcript

1 Φωτονικά Υλικά ιδάσκων: Λευτέρης Λοιδωρίκης Π

2 Τεχνολογίες φωτός σήμερα Το φώς έχει εισχωρήσει προ πολλού στη ζωή μας

3 Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία Καλύπτει πολύ μεγάλο φάσμα

4 Συστατικά τεχνολογίας φωτός Υλικό ιαμόρφωση Εφαρμογή

5 Συστατικά τεχνολογίας φωτός Υλικό ιαμόρφωση Εφαρμογή ιηλεκτρικά Μονωτές (π.χ. οξείδια, ή ημιαγωγοί για ħω<ε g ) Ασθενής αλληλεπίδραση με δέσμια ηλεκτρόνια: μηδενική απορρόφηση, η μέση επίδραση Επεξεργασία φωτός Ημιαγωγοί Μέταλλα Ανόργανοι ή οργανικοί Ισχυρή αλληλεπίδραση με δέσμια ηλεκτρόνια: ισχυρή απορρόφηση και εκπομπή ημιουργία και ανίχνευση φωτός Ισχυρή αλληλεπίδραση με ελεύθερα ηλεκτρόνια: μέση απορρόφηση, πολύ ισχυρή επίδραση Επεξεργασία φωτός

6 Συστατικά τεχνολογίας φωτός Υλικό ιαμόρφωση Εφαρμογή Περιορισμός Ενίσχυση ιδιοκαταστάσεων Κβαντικά πηγάδια, κοιλότητες, κυματοδηγοί ιηλεκτρικά, ημιαγωγοί, μέταλλα Περιοδικότητα Μετατροπή διασποράς ιηλεκτρικοί καθρέπτες, φωτονικοί ημιαγωγοί γ ιηλεκτρικά, ημιαγωγοί, μέταλλα

7 Συστατικά τεχνολογίας φωτός Υλικό ιαμόρφωση Εφαρμογή ημιουργία φωτός LED, Laser, φθορισμός Ημιαγωγοί Επεξεργασία φωτός Οπτικές ίνες, οθόνες, κοιλότητες laser, LED, οπτικοί διακόπτες, αισθητήρες, ολοκληρωμένα οπτικά κυκλώματα Μονωτές, μέταλλα, ή ημιαγωγοί για ħω<ε g Ανίχνευση φωτός Φωτοκύταρα, φωτοβολταϊκά, αισθητήρες Ημιαγωγοί

8 Εφαρμογή: VCSEL Laser ημιαγωγού Vertical-cavity surface-emitting laser (laser επιφανειακής εκπομπής κάθετης κοιλότητας) ιηλεκτρικός καθρέπτης Υλικό: GaAs/AlGaAs Κοιλότητα laser Υλικό: GaAs ιαμόρφωση: περιορισμός Κβαντικά πηγάδια Υλικό: GaAs/InGaAs ιαμόρφωση: περιορισμός

9 Εφαρμογή: LED Φωτονικός κρύσταλλος Υλικό: αέρας/gan Κβαντικά πηγάδια Εκπομή μπλέ ή πράσινου φωτός Υλικό: GaN/InGaN ιαμόρφωση: περιορισμός

10 Εφαρμογή: Ολοκληρωμένα οπτικά κυκλώματα Φωτονικός κρύσταλλος Κυματοδηγός Υλικό: αέρας/si Υλικό: Si ιαμόρφωση: περιορισμός

11 Εφαρμογή: Φωτονικός ημιαγωγός Φωτονικός κρύσταλλος Υλικό: αέρας/(si ή SiO 2 )

12 Εφαρμογή: Φωτοβολταϊκά στοιχεία Αντι-ανακλαστική επίστρωση Υλικό: SiΟ x Ενεργό στρώμα Υλικό: n-si/p-si ιαμόρφωση: περιορισμός

13 Εφαρμογή: Βιο-αισθητήρες Λειτουργικά νανοσωματίδια Υλικό: Au ιαμόρφωση: περιορισμός Λειτουργικό υπόστρωμα Υλικό: Au ιαμόρφωση: περιορισμός

14 Εφαρμογή: Μη-γραμμικά: μετατροπή, οπτική μνήμη Υστέρηση Υλικό: όλα σε μεγάλες εντάσεις Μετατροπέας συχνότητας Υλικό: LiNbO 3 (PPLN)

15 Εφαρμογή: Ινες φωτονικού κρυστάλλου Περίβλημα Φωτονικός κρύσταλλος Υλικό: αέρας/sio 2 Περίβλημα ιηλεκτρικός καθρέπτης Υλικό: χαλκογενής ύαλος/πολυμερές

16 Απο θεωρία; Ιδιότητες φωτός Εξισώσεις Maxwell, διάδοση Οπτικές ιδιότητες υλικών ιηλεκτρική συνάρτηση ρη η Απόκριση απλών διατάξεων Ανακλαστικότητα, ελλειψομετρία

17 Ύλη μαθήματος Εισαγωγή Ηλεκτρομαγνητική θεωρία Εξισώσεις Maxwell, επίπεδα κύματα, ανάκλαση-διάθλαση Ομοιότητες με κβαντική ιηλεκτρική συνάρτηση μονωτές, ημιαγωγοί, μέταλλα Περιορισμός κυματοδηγοί, οπτικές ίνες, υμένια, αντι-ανακλαστικές επιστρώσεις ομοιότητες με κβαντική Περιοδικότητα ιηλεκτρικοί καθρέπτες Φωτονικοί κρύσταλοι 2D και 3D Κβαντική θεωρία Εξίσωση Schrodinger κβαντικός περιορισμός ημιουργία φωτός Πηγάδια, σύρματα, τελείες LED, Laser Ανίχνευση φωτός Φωτοδίοδοι, φωτοαγωγοί Οργανικά υλικά Οργανικοί ημιαγωγοί, υγροί κρύσταλοι Νανοδομές: φωτονικοί κρύσταλοι, δενδριμερή Πλασμονικά Πλασμόνια όγκου, επιφανείας Πλασμονικά νανοσωματίδια Μη-γραμμικά και ανισοτροπικά εύτερη αρμονική δημιουργία Ηλεκτρο-οπτικό φαινόμενο Έλεγχος/διαμόρφωση πόλωσης