Kursplan för Elektromagnetiska fält och optiska material: fysik och tillämpningar

Kursen syftar till att ge studenterna en stabil bas och förståelse för fysiken bakom samt kunskap om tillämpningar av elektromagnetiska fält och optiska material. Elektromagnetism och dess utbredning i form av vågor är ett av fysikens viktigaste koncept för vårt moderna samhälle och förståelsen för den har bidragit till inte bara grundläggande vetenskapliga upptäckter, såsom detektion av elementarpartiklar, utan ligger också till grund för en omfattande mängd tillämpningar inom industri, medicin och IT.

I kursens första del kommer studenterna först att lära sig om laddade partiklars rörelse i elektromagnetiska fält, med tillämpningar inom fusion och masspektrometri. Därefter kommer kursen att behandla emission av elektromagnetisk strålning till följd av laddade partiklars rörelse samt genom laddade partiklars växelverkan med materia. Detta ger studenterna en förståelse för ett antal fysikaliska fenomen, exempelvis synkrotronstrålning, Tjerenkovstrålning och bromsstrålning, samt deras betydelse inom såväl materialvetenskap som astrofysik.

Kursens andra del avser fördjupa studenternas förståelse för samspelet mellan elektromagnetiska vågor och olika material. Detta är av stor vikt för många tillämpningar inom bl.a. fotonik och laserteknik. Kursen kommer att möjliggöra för studenterna att förstå nuvarande teknik samt förbereda dem för att ta del av och arbeta med framtida tillämpningar inom elektromagnetism och fotonik.

- Förstå betydelsen av elektromagnetiska fält och vågor inom fysik och teknologi.
- Redogöra för och förstå laddade partiklars rörelse i elektromagnetiska fält, strålningen emitterad av laddade partiklar i rörelse, och växelverkan mellan laddade partiklar och materia.
- Redogöra för och förstå utbredningen av elektromagnetiska vågor i olika material, såsom dielektriska material, metaller, halvledare, anisotropa kristaller, ickelinjära optiska material m.fl.
- Göra kvantitativa förutsägelser av ovanstående fysiska fenomen.
- Relatera optiska materials makroskopiska egenskaper till deras interna mikroskopiska egenskaper.
- Redogöra för och förstå tillämpningar av elektromagnetiska fält och optiska material i olika tillämpningsområden, inklusive optik, materialkarakterisering, astrofysik och elementarpartikeldetektion.
- Tillämpa enkla teoretiska modeller på verkliga optiska komponenter och experiment.
- Känna till moderna forskningsområden relaterade till elektromagnetiska fält och optiska material.

DEL 1: Introduktion
- Mikroskopiska Maxwellekvationer och elektromagnetiska vågor, inklusive polykromatiska fält, polarisation, koherens

DEL 2: Laddade partiklars växelverkan med material och elektromagnetiska fält
- Partiklar i homogena and inhomogena elektriska och magnetiska fält; drift
- Elektromagnetisk strålning från laddade partiklar i rörelse, inklusive synkrotronstrålning och Tjerenkovstrålning
- Kollisioner mellan laddade partiklar och material; energiförlust
- Bromsstrålning

DEL 3: Optiska vågor i makroskopiska material
- Makroskopiska Maxwellekvationer
- Optiska vågor in dielektriska material och metaller, dispersion, absorption, ytvågor och polaritoner
- Spridning från små partiklar, inklusive spridningstvärsnitt, optiska teoremet, Mie teori, grundläggande multipolanalys
- Mikroskopiska modeller för dielektriska funktioner
- Optiska krafter
- Optiska vågor i anisotropa material
- Elektrooptik och ickelinjär optik

Kursen omfattar föreläsningar, problemlösning, gästföreläsningar om forskningsfronten och ett projekt som exempelvis baseras på datorsimuleringar. Deltagande i gästföreläsningarna och minisymposiet är obligatoriskt.

Kurslitteratur omfattar utdelat material och delar av följande böcker:
- Classical Electrodynamics av J. D. Jackson (Wiley, 1998)
- Optical Waves in Crystals: Propagation and Control of Laser Radiation av A. Yariv and P. Yeh (Wiley, 2002)
- Absorption and Scattering of Light by Small Particles av C. F. Bohren and D. R. Huffman (Wiley, 1983)

Examinationen baseras på (1) obligatoriska inlämningsuppgifter som lämnas in under kursens gång, (2) en obligatorisk muntlig tentamen i slutet av kursen, (3) studenternas resultat på projektet och deras presentation på det obligatoriska minisymposiet. För att erhålla något av de godkända betygen (3, 4 eller 5) krävs åtminstone det betyget både på inlämningsuppgifterna och på den muntliga tentamen samt ett godkänt betyg på projektet.