Nanooptik und hybride Licht-Materie-Systeme

Nanooptik und hybride Licht-Materie-Systeme

Ausgabestelle

PHYSIK UND ASTRONOMIE
Institut für Physik

Dozent(en):

Bert Hecht, Thorsten Feichtner

Startdatum

15. April 2027

Enddatum

15. Juli 2027

Studienfach

CHARM-Prioritätsfeld

Studienniveau

Studienaufwand, ECTS

8

Kurzbeschreibung

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.

Ausführliche Beschreibung

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

Lernziele

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.

Kursvoraussetzungen

Elektrodynamik, Grundlagen der Quantentheorie

Freie Plätze

10

Literatur zum Kurs (Pflichtlektüre oder empfohlene Lektüre):

Grundlagen der Nanooptik, 3. Auflage. Cambridge University Press, 2025

Geplante pädagogische Aktivitäten und Unterrichtsmethoden:

Vorlesungen und Hausaufgabenblätter, die von den Studierenden im Rahmen der Übungsstunden besprochen und vorgestellt werden sollen.

Kurscode

09221020, 09221030

Sprache

Bewertungsmethode

Qualität der Darstellung der Übungen

Abschließende Zertifizierung

Zeugnis

Bewertungsdatum

22. Juli 2027

Modalität

Eingesetztes Lernmanagementsystem

WueCampus

Unterrichtsstunden pro Woche für den Studierenden:

6

Konkrete regelmäßige wöchentliche Unterrichtstage/-zeiten

Montag 12–14, Donnerstag 14–18

Zeitzone