151-0913-00L  Introduction to Photonics

SemesterHerbstsemester 2022
DozierendeR. Quidant, J. Ortega Arroyo
Periodizitätjährlich wiederkehrende Veranstaltung
LehrspracheEnglisch



Lehrveranstaltungen

NummerTitelUmfangDozierende
151-0913-00 VIntroduction to Photonics2 Std.
Do10:15-12:00ML F 39 »
R. Quidant, J. Ortega Arroyo
151-0913-00 UIntroduction to Photonics2 Std.
Do14:15-16:00ML F 38 »
R. Quidant, J. Ortega Arroyo

Katalogdaten

KurzbeschreibungThis course introduces students to the main concepts of optics and photonics. Specifically, we will describe the laws obeyed by optical waves and discuss how to use them to manipulate light.
LernzielPhotonics, the science of light, has become ubiquitous in our lives. Control and manipulation of light is what enables us to interact with the screen of our smart devices and exchange large amounts of complex information. Photonics has also taken a preponderant role in cutting-edge science, allowing for instance to image nanospecimens, detect diseases or sense very tiny forces. The purpose of this course is three-fold: (i) We first aim to provide the fundamentals of photonics, establishing a solid basis for more specialised courses. (ii) Beyond theoretical concepts, our intention is to have students develop an intuition on how to manipulate light in practise. (iii) Finally, the course highlights how the taught concepts apply to modern research as well as to everyday life technologies (LCD screens, polarisation sun glasses, anti-reflection coating etc...). Content, including videos of laboratory experiments, has been designed to be approachable by students from a diverse set of science and engineering backgrounds.
InhaltI- BASICS OF WAVE THEORY
1) General concepts
2) Differential wave equation
3) Wavefront
4) Plane waves and Fourier decomposition of optical fields
5) Spherical waves and Huygens-Fresnel principle

II- ELECTROMAGNETIC WAVES
1) Maxwell equations
2) Wave equation for EM waves
3) Dielectric permittivity
4) Refractive index
5) Nonlinear optics
6) Polarisation and polarisation control

III- PROPAGATION OF LIGHT
1) Waves at an interface
2) The Fresnel equations
3) Total internal reflection
4) Evanescent waves
5) Dispersion diagram

IV- INTERFERENCES
1) General considerations
2) Temporal and spatial coherence
3) The Young double slit experiment
4) Diffraction gratings
5) The Michelson interferometer
6) Multi-wave interference
7) Antireflecting coating and interference filters
8) Optical holography

V- LIGHT MANIPULATION
1) Optical waveguides
2) Photonic crystals
3) Metamaterials and metasurfaces
4) Optical cavities

VI- INTRODUCTION TO OPTICAL MICROSCOPY
1) Basic concepts
2) Direct and Fourier imaging
3) Image formation
4) Fluorescence microscopy
5) Scattering-based microscopy
6) Digital holography
7) Computational imaging

VII- OPTICAL FORCES AND OPTICAL TWEEZERS
1) History of optical forces
2) Theory of optical trapping
3) Atom cooling
4) Optomechanics
5) Plasmonic trapping
6) Applications of optical tweezers
SkriptClass notes and handouts
LiteraturOptics (Hecht) - Pearson
Voraussetzungen / BesonderesPhysics I, Physics II

Leistungskontrolle

Information zur Leistungskontrolle (gültig bis die Lerneinheit neu gelesen wird)
Leistungskontrolle als Semesterkurs
ECTS Kreditpunkte4 KP
PrüfendeR. Quidant, J. Ortega Arroyo
FormSessionsprüfung
PrüfungsspracheEnglisch
RepetitionDie Leistungskontrolle wird in jeder Session angeboten. Die Repetition ist ohne erneute Belegung der Lerneinheit möglich.
Prüfungsmodusschriftlich 90 Minuten
Hilfsmittel schriftlichKeine
Diese Angaben können noch zu Semesterbeginn aktualisiert werden; verbindlich sind die Angaben auf dem Prüfungsplan.

Lernmaterialien

Keine öffentlichen Lernmaterialien verfügbar.
Es werden nur die öffentlichen Lernmaterialien aufgeführt.

Gruppen

Keine Informationen zu Gruppen vorhanden.

Einschränkungen

Keine zusätzlichen Belegungseinschränkungen vorhanden.

Angeboten in

StudiengangBereichTyp
Biomedical Engineering MasterWahlfächer der VertiefungWInformation
Doktorat MaterialwissenschaftScience & Technology of the Small (MaP Doctoral School)WInformation
Maschineningenieurwissenschaften BachelorEnergy, Flows and ProcessesWInformation
Maschineningenieurwissenschaften BachelorMechatronics and RoboticsWInformation
Maschineningenieurwissenschaften BachelorMikrosysteme und NanotechnologieWInformation
Maschineningenieurwissenschaften MasterMicro & NanosystemsWInformation
Mikro- und Nanosysteme MasterEnergy Conversion and Quantum PhenomenaWInformation
Verfahrenstechnik MasterKernfächerWInformation