Der Kurs behandelt die Grundlagen der Nanooptik, d. h. die Steuerung von Licht auf Skalen unterhalb seiner Wellenlänge, und befasst sich dabei mit theoretischen und experimentellen Herausforderungen. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Licht-Materie-Wechselwirkung, z. B. der starken Licht-Materie-Kopplung.
Einführung (Überblick, Motivation, Geschichte)
Fokussierung von Licht I (Grundlagen, Spektrum ebener Wellen)
Fokussierung von Licht II (vollständige Vektortheorie des Fokus, Gaußstrahlen)
Konfokalmikroskopie, Punktstreufunktion, Fokussierungssteuerung, Fernfeld,
Superauflösung: Stimulated Emission Depletion, strukturierte Beleuchtung, nichtlineare strukturierte Beleuchtung
Optische Nahfeldmikroskopie
Grundlagen der Einzelemitterdetektion I (Grundlagen, Quantenemitter)
Grundlagen der Einzelemitterdetektion II (Messverfahren, Photonenstatistik, nicht unterscheidbare Photonen)
Plasmonen I (Volumen- und Oberflächenplasmonen)
Plasmonen II (Oberflächenplasmonen, Anregung und 2D-Optik)
Plasmonen III (Draht- und Teilchenplasmonen)
Antennen für Licht I (Motivation, HF-Antennen, Grundlagen der Antennen für Licht)
Lichtemission in Nano-Umgebungen I (spontane Emission in inhomogenen Umgebungen, Zustandsdichte, Green-Funktion)
Lichtemission in Nano-Umgebungen II (Superemitter, Reziprozität, Greffet-Formalismus)
Photonenkristalle, Metamaterialien, Metasoberflächen I
Photonenkristalle, Metamaterialien, Metasoberflächen II
Theorie gekoppelter Moden I (mechanisches Modell, starke Kopplung)
Theorie gekoppelter Moden II (Jaynes-Cummings-Modell, Tavis-Cummings-Modell)
Theorie gekoppelter Moden III (nicht-hermitische Dynamik und Ausnahme-Punkte)
Optische Kräfte I (Maxwell-Spannungstensor, Lichtdruck, optische Pinzetten)
Optische Kräfte II (plasmonische Nanomotoren, Mikrodrohnen)
Spezialthemen I
Spezialthemen II
Die Studierenden werden darauf vorbereitet sein, an vorderster Front der Forschung im Bereich der Nanooptik mitzuwirken, und sie werden in der Lage sein, neu veröffentlichte Fachliteratur auf diesem Gebiet zu lesen, zu verstehen und zu bewerten.
Elektrodynamik, Grundlagen der Quantentheorie
Grundlagen der Nanooptik, 3. Auflage. Cambridge University Press, 2025
Vorlesungen und Hausaufgabenblätter, die von den Studierenden im Rahmen der Übungsstunden besprochen und vorgestellt werden sollen.
Zeugnis