《凝聚態(tài)光物理學(xué)》課件

凝聚態(tài)光物理學(xué)歡迎來到凝聚態(tài)光物理學(xué)課程。本課程將深入探討光與物質(zhì)相互作用的奧秘，揭示納米尺度下的光學(xué)現(xiàn)象。我們將從基礎(chǔ)理論出發(fā)，逐步深入到前沿應(yīng)用。課程簡介課程目標(biāo)掌握凝聚態(tài)光物理學(xué)的基本概念和理論框架。學(xué)習(xí)方法結(jié)合理論講解和實(shí)驗(yàn)演示，培養(yǎng)分析問題的能力。考核方式平時(shí)作業(yè)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和期末考試相結(jié)合。內(nèi)容大綱1基礎(chǔ)知識(shí)納米光學(xué)、量子限域效應(yīng)、表面等離子體等。2進(jìn)階內(nèi)容非線性光學(xué)、量子光學(xué)、光子晶體等。3前沿應(yīng)用光學(xué)微加工、生物光子學(xué)、拓?fù)涔鈱W(xué)等。納米光學(xué)基礎(chǔ)尺度效應(yīng)納米尺度下，光的行為與宏觀世界大不相同。近場光學(xué)突破衍射極限，實(shí)現(xiàn)超高分辨率。納米光子學(xué)研究光與納米結(jié)構(gòu)的相互作用。納米結(jié)構(gòu)光學(xué)性質(zhì)量子點(diǎn)零維納米結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)獨(dú)特的光學(xué)特性。納米線一維結(jié)構(gòu)，可作為光波導(dǎo)和光探測器。納米薄膜二維結(jié)構(gòu)，具有特殊的光學(xué)透射和反射特性。量子限域效應(yīng)電子束縛納米結(jié)構(gòu)中電子運(yùn)動(dòng)受限。能級(jí)離散化能級(jí)間隔增大，呈現(xiàn)離散狀態(tài)。光學(xué)性質(zhì)變化吸收和發(fā)射光譜發(fā)生顯著變化。表面等離子體表面波金屬表面自由電子的集體振蕩。局域增強(qiáng)產(chǎn)生強(qiáng)烈的局域電磁場。應(yīng)用廣泛生物傳感、光學(xué)成像等領(lǐng)域。納米光電器件1納米激光器2量子點(diǎn)發(fā)光二極管3納米天線4等離子體光電探測器這些器件利用納米結(jié)構(gòu)的獨(dú)特光學(xué)性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了微型化和高效率。亞波長光學(xué)成像1突破衍射極限2近場掃描光學(xué)顯微鏡3超分辨率熒光顯微技術(shù)4等離子體納米成像這些技術(shù)實(shí)現(xiàn)了納米尺度的光學(xué)成像，為材料科學(xué)和生物學(xué)研究提供了強(qiáng)大工具。單光子光源1單光子一次只發(fā)射一個(gè)光子的光源。100%量子純度理想單光子源的量子純度。<1ns響應(yīng)時(shí)間高速單光子源的響應(yīng)時(shí)間。非線性光學(xué)效應(yīng)二次諧波生成入射光頻率加倍，產(chǎn)生新的光波。光學(xué)整流高頻光波產(chǎn)生直流或低頻電場。四波混頻多個(gè)光波相互作用，產(chǎn)生新頻率光波。量子光學(xué)1光的量子性質(zhì)光子作為基本粒子的特性。2量子糾纏光子之間的量子關(guān)聯(lián)現(xiàn)象。3量子態(tài)操控對單個(gè)光子進(jìn)行精確控制。4量子信息處理利用光子進(jìn)行量子計(jì)算和通信。光子晶體周期結(jié)構(gòu)具有周期性介電常數(shù)分布的人工結(jié)構(gòu)。光子帶隙特定頻率的光無法在其中傳播。光場調(diào)控可實(shí)現(xiàn)光的有效約束和引導(dǎo)。元?jiǎng)討B(tài)光網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)調(diào)控通過外場實(shí)時(shí)改變光學(xué)響應(yīng)。非厄米特系統(tǒng)利用增益和損耗實(shí)現(xiàn)新奇光學(xué)效應(yīng)。拓?fù)浔Ｗo(hù)實(shí)現(xiàn)對缺陷和擾動(dòng)不敏感的光傳輸。光子學(xué)模擬1理論建模建立光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。2數(shù)值計(jì)算利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行大規(guī)模數(shù)值模擬。3實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。光與熱相互作用光熱效應(yīng)光被吸收轉(zhuǎn)化為熱能。熱輻射物體因溫度而發(fā)射電磁波。熱光伏效應(yīng)利用熱輻射直接轉(zhuǎn)換為電能。光場取向控制偏振操控控制光的偏振態(tài)，實(shí)現(xiàn)信息編碼。相位調(diào)制改變光波的相位，實(shí)現(xiàn)波前整形?？臻g光調(diào)制器動(dòng)態(tài)控制光場的幅度和相位分布。光子自旋角動(dòng)量1圓偏振光2軌道角動(dòng)量光束3自旋-軌道耦合4光學(xué)手性光子自旋角動(dòng)量為光學(xué)通信和量子信息處理提供了新的自由度。光場電磁感應(yīng)法拉第效應(yīng)磁場影響光的偏振態(tài)?？藸栃?yīng)電場引起介質(zhì)雙折射。光學(xué)隔離器利用電磁感應(yīng)實(shí)現(xiàn)單向光傳輸。光學(xué)測量技術(shù)干涉測量利用光波干涉原理進(jìn)行高精度測量。光譜分析通過分析光譜獲取物質(zhì)組成信息。橢偏儀測量薄膜厚度和光學(xué)常數(shù)。光學(xué)相干斷層掃描實(shí)現(xiàn)高分辨率的三維成像。光學(xué)微加工技術(shù)1光刻技術(shù)2激光直寫3雙光子聚合4納米壓印這些技術(shù)能夠在微納米尺度上精確加工材料，為器件制造提供關(guān)鍵支持。光子集成電路片上光學(xué)系統(tǒng)將多種光學(xué)功能集成在單個(gè)芯片上。硅基光子學(xué)利用成熟的硅工藝實(shí)現(xiàn)光電集成。光互連用光信號(hào)替代電信號(hào)，提高通信速度和帶寬。生物光子學(xué)應(yīng)用生物傳感利用光學(xué)方法檢測生物分子。光學(xué)顯微成像實(shí)現(xiàn)活體組織的高分辨率成像。光動(dòng)力治療利用光活化藥物治療疾病。光遺傳學(xué)利用光控制神經(jīng)元活動(dòng)。納米隧道效應(yīng)量子隧穿粒子穿越經(jīng)典力學(xué)禁區(qū)。隧道電流掃描隧道顯微鏡的工作原理。光學(xué)隧穿光波在全反射條件下的能量傳輸。光化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)1光吸收分子吸收光子進(jìn)入激發(fā)態(tài)。2能量轉(zhuǎn)移激發(fā)能在分子間傳遞。3化學(xué)反應(yīng)激發(fā)態(tài)分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。4熒光發(fā)射分子回到基態(tài)并發(fā)射光子。光電磁轉(zhuǎn)換機(jī)理光電效應(yīng)光子激發(fā)電子產(chǎn)生電流。光伏效應(yīng)半導(dǎo)體中光生電子-空穴對分離。光電導(dǎo)效應(yīng)光照改變材料的電導(dǎo)率。光子觸發(fā)效應(yīng)光開關(guān)利用光控制電子器件的開關(guān)。光計(jì)時(shí)利用超短脈沖光實(shí)現(xiàn)超快計(jì)時(shí)。光觸發(fā)成像利用光脈沖觸發(fā)高速攝像。拓?fù)涔鈱W(xué)1拓?fù)浣^緣體2手征邊緣態(tài)3拓?fù)浼す馄?高階拓?fù)湎嗤負(fù)涔鈱W(xué)為實(shí)現(xiàn)新型光學(xué)器件和魯棒光傳輸提供了理論基礎(chǔ)。光子學(xué)前沿進(jìn)展課程總結(jié)理論基礎(chǔ)掌握了凝聚態(tài)光物理學(xué)的核心概念和理論框架。實(shí)驗(yàn)技能學(xué)習(xí)了先進(jìn)的光學(xué)測量和微加工技術(shù)。前沿視野了解了光子學(xué)領(lǐng)域的最新