纳米光子学ppt课件.ppt

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1、在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确1第二章纳光子学的基础知识目的：本章介绍纳米光子学的基础知识，以有助于掌握后面八章各纳米光子学专题的内容。内容：首先比较电子和光子的异同。之后分别介绍纳米尺度的光子和电子的行为。最后小节。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2光子和电子的异同光子和电子的异同电子晶体光子晶体在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确3一般激光器波长范围在紫外（300nm

2、)到红外，波长在数百纳米到十微米以上在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确4电子的德布罗意波长：?=h/p=h/(2mE)1/2=(150/V)1/2?如果E=10010K eV,则?1.20.12?或?0.120.012 nmAn important consequence derived from this feature is that“size”or“confinement”effects for photons take place at larger size scales than those for elec

3、trons.在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确5光子光子电子电子本征方程：本征方程：麦克斯韦方程麦克斯韦方程薛定谔方程薛定谔方程本征函数：本征函数：电（磁）场振幅电（磁）场振幅波函数波函数本征值：本征值：(?/c0)2Ec=c0/n=c0/?1/2反映了介质中可以存在的光子或电子的能量反映了介质中可以存在的光子或电子的能量在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确6光子光子电子电子传播媒介中的势能：介电系数（折射率）传播媒介中的势能：介电系数（折射率）库仑

4、互作用库仑互作用E=E0ei(wt-kx)=E0eiwt-nwx/c0-iwt-nwx/c0-?wx/c0复折射率的实部引起色散，虚部引起吸收。复折射率的实部引起色散，虚部引起吸收。e e e i 在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确7光子电子偏振性：矢量场 S=E?H标量场统计性质：波色子费米子自由空间中的色散关系：w=c k E=h2k2/2m在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确8光子电子光子和电子的限制效应：各种限制n1 n2微米，亚微米纳米在整

5、堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确9光子电子光子和电子的限制效应：场分布Confinement produces certain discrete sets of field distributions called eigenmodes,which are labeled by quantum integer numbers.n1 n2228/)12(mlhnE?Lcm/)(?（一维谐振腔）在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确10光子电子光子和电子的限

6、制效应：穿透深度?=?1/(2?sin2?-n212)全反射，从介质1深入介质2，50-100nm for visible light?=?2/?从介质深入导体，103-4nm for?=100MHzn1 n2?=1/?2m(U0-E)/h2从自由空间深入介质中（势垒为U0）,一般 10-1nm 量级场强均随着深度的深入而呈现指数衰减，其特征长度即为穿透深度 参阅光学和量子力学。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确11光子电子光子和电子的限制效应：隧穿效应n1 n2在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的

7、设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确12光子电子周期性势场产生的带隙（1）光子晶体电子晶体（半导体晶体）原子（离子）镶嵌在折射率为n2基体中的折射率为n1的、呈周期性排列的小球，n1,n2的差别要大。一种光栅！在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确13光子电子周期性势场产生的带隙（2）直接带隙晶体，直接带隙晶体，如：GaAs,InP 间接隙晶体，如：Si,Ge,GaP 光子晶体带隙半导体发光光线的局域在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确14

8、光子光子协同效应协同效应(cooperative effect)指的是多粒子多粒子之间的相互作用非线性光学互作用：非线性光学互作用：二次谐波产生（SHG)三倍频效应（THG)光学混频（和频产生、差频产生）双光子吸收电光Pockels 效应（直流，或低频）光Kerr效应、电光Kerr效应、磁光Kerr效应等等。等等。参阅非线性光学0?在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确15电子多体关联效应超导体中的Cooper 对双激子形成等等。描写单电子运动的哈特利 福克方程参阅固体理论激子Bohr 半径库仑势交换-关联势在整堂课的教学中

9、，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确16纳米尺度的光学作用纳米尺度的光学作用在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确17轴向纳米局域损耗波（隐失波，evanescent wave)沿着n1、n2介质的界面传播，而在与界面垂直方向光强呈指数衰减的波。in the cases of 光波导，全内反射?=?1/(2?sin2?-n212)，由费涅尔公式全反射，从介质1深入介质2，50-100nm for visible light在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习

10、，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确18应用举例：光通讯用信号开关荧光标示生物样品成像在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确19金属/介质界面的表面等离子共振（SPR)?=?2/?,从介质深入导体损耗波引发的SPR 减损全反射（ATR)测量p-polarized laser在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确20通过实验数据拟合，就可得到电介质薄膜（如p-4-BCMU)的厚度和折射率the strength of the evan

11、escent field in the dielectric above the metal is one order of magnitude higher than that in a typical evanescent source.由此可有效激发非线性光学过程（第五章）在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确21侧向纳米局域近场扫描光学显微镜near-field scanning optical microscope,SNOM（第四章）在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅

12、入深，所提出的问题也很明确22纳米尺度的电子互作用第三章第六章在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确23?New Cooperative Transitions电荷传递：acceptor,A+donor,D-激态二聚物：激态二聚物：A*+B (A*B)其发光对周围环境敏感，可用于生物环境探测稀土离子对的能量上转换（up-conversion）：激发吸收能级在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确24?Nanoscale Electronic Energy T

13、ransfer3+价轻稀土掺杂增强硅纳米晶发光（FRET）：RE敏化剂硅纳米晶激子传递：在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确25?Cooperative Emission稀土离子对在被激发后，由于离子间的互作用，将通过一虚态产生能量更高的光子。同以上的一个例子类似。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确26小结光子和电子的比较；纳米尺度的光学作用；纳米尺度的电子互作用。具体概念部分，请参阅p.37-38的小结。参考书：量子力学，电动力学固体物理（理论），光学，非线性光学