Optik an Grenzflächen und Nanostrukturen

SS 2017

thematischer Überblick

Ebene Grenzflächen:

Beschreibung durch makroskopische Maxwell-Gleichungen,

Stetigkeits- und Sprung-Bedingungen (Oberflächen-Ladungen und -Ströme),

Szenario für Reflexion: Einfallsebene, geometrische Lichtstrahlen, Polarisation,

Reflexions-Koeffizienten nach Fresnel: Betrag und Phase, Brewster-Winkel,

Verhalten bei Totalreflexion

Anwendungen:

Ellipsometrie, optische Eigenschaften von Dielektrika (Brechungsindex,

Absorption) und von Metallen (Drude-Leitfähigkeit, Dispersion, Plasma-Frequenz).

Plasmonik:

Oberflächen-Plasmonen, Dispersionsrelation, Absorption (Ausbreitungslänge

parallel zur Oberfläche), Verhalten der Felder in der Nähe der Oberfläche

(Polarisation, longitudinale Felder), metallische Wellenleiter.

Experimente mit Plasmonen:

Anregung und Überbrücken des fehlenden Impulses, Otto- und Kretschmann-

Konfigurationen, Detektion mit Nahfeld-Mikroskopie: Interferenz zwischen

Oberflächen-Plasmon und anregendem Laser, Detektion über verformbares

Polymer-Material und Kraftmikroskop.

geschichtete Strukturen:

Transfer-Matrizen, rekursive Darstellung des Reflexions-Koeffizienten,

Vielstrahl-Interferenz, Oberflächen-Plasmon als Resonanz, wenn ein Winkel

durchgefahren wird.

rauhe Oberflächen:

relevante Mess-Größen: Winkelverteilung der gestreuten Intensität.

Formulierung des Streuproblems: Randbedingung an der Oberfläche,

asymptotische Bedingung im Fernfeld. Streuung an schwach korrugierter

Oberfläche: Wellenvektor-Übertrag und Streuwinkel.

Faser-Optik:

Modenfunktionen im Faser-Querschnitt, Anzahl der Moden vs Querschnitts-

Fläche, Dispersionsrelation: effektiver Index, Gruppengeschwindigkeit, Verluste,

group velocity dispersion, Knotenlinien, Quantenzahlen und Symmetrieachsen.