Metody obliczeniowe mikrooptyki i fotoniki 1103-4Fot24
Program wykładu:
1. Układy liniowe; odpowiedź impulsowa i funkcja przenoszenia - zastosowania do obliczeń dotyczących dyfrakcji, projektowania elementów dyfrakcyjnych i holografii
2. Metoda różnic skończonych - różne schematy dyskretyzacji; warunki brzegowe; warunki stabilności.
3. Metoda propagacji wiązki (BPM) -zastosowanie do opisu propagacji w układach falowodowych i do wyznaczania struktury modowej falowodów
4. Metoda FDTD (różnic skończonych zastosowana do r. Maxwella z czasem).
5. Metoda fal płaskich - wyznacznie struktury pasmowej kryształów fotonicznych.
6. Przykłady wykorzystania powyższych metod w zagadnieniach dotyczących kryształów fotonicznych, światłowodów fotonicznych, podfalowych siatek dyfrakcyjnych i elementów plazmonicznych.
Ćwiczenia do wykładu mają charakter numeryczny i wymagają znajomości programowania w Pythonie lub innym programie o podobnych możliwościach, np. w Matlabie. Bardziej skomplikowane metody (FDTD oraz metoda fal płaskich) będą wykonywane przy wykorzystaniu dedykowanego, wolnodostępnego oprogramowania.
Tryb prowadzenia
Założenia (opisowo)
Koordynatorzy przedmiotu
Efekty kształcenia
Student zna podstawowe metody analityczne i numeryczne stosowane do modelowania struktur optycznych i fotonicznych. Rozumie zasadę działania metod TMM/SMM, FDTD, BPM, RCWA, PWM oraz podstawy metody elementów skończonych w kontekście analizy pola elektromagnetycznego. Zna formalizm Jonesa i Stokesa oraz podstawy optyki wiązek Gaussa i macierzy ABCD. potrafi zastosować odpowiednie metody modelowania (TMM/SMM, FDTD, BPM, RCWA, PWM) do analizy struktur cienkowarstwowych, falowodowych i periodycznych. Potrafi zastosować odpowiednie metody modelowania (TMM/SMM, FDTD, BPM, RCWA, PWM) do analizy struktur cienkowarstwowych, falowodowych i periodycznych. Umie obliczać propagację pola w przestrzeni swobodnej, w tym realizować obliczenia całek dyfrakcyjnych oraz modelować elementy dyfrakcyjne i polaryzacyjne. Potrafi wykorzystywać wybrane techniki rozwiązywania problemów odwrotnych (np. compressive sensing, odzyskiwanie fazy) w analizie i rekonstrukcji pól optycznych. Student jest gotów do krytycznej oceny wyników symulacji numerycznych i właściwego doboru metod modelowania do danego problemu fotonicznego. Rozumie potrzebę dalszego poszerzania wiedzy i umiejętności w zakresie nowoczesnych narzędzi obliczeniowych stosowanych w fotonice.
Kryteria oceniania
Egzamin ustny – obejmuje pytania dotyczące zagadnień omawianych podczas wykładów i ćwiczeń; sprawdza rozumienie metod modelowania fotonicznego oraz umiejętność ich interpretacji. W trakcie egzaminu omawianych jest też 10 zadań numerycznych wykonanych na ćwiczeniach.
Literatura
B. Saleh, M. Teich, Fundamentals of Photonics, John Wiley & Sons, wyd. 3, 2019
M. Sadiku, Numerical Techniques in Electromagnetics, CRC Press, 2001
A. Taflove, "Computational Electrodynamics: The Finite-Difference Time-Domain Method", Artech House, 2000
J. Joannopolous, S. Johnson, , J.Winn, R. Meade, Photonic Crystals, Molding the flow of light, 2nd Ed, Princeton Univ. Press, 2008
Więcej informacji
Dodatkowe informacje (np. o kalendarzu rejestracji, prowadzących zajęcia, lokalizacji i terminach zajęć) mogą być dostępne w serwisie USOSweb: