Fundamentals of the theory of planar and channel dielectric waveguides. Methods for the calculation of
propagation constants and field distributions of eigenmodes. Fundamentals of numerical methods for the analysis
and design of mode complex waveguide structures. Coupled mode theory, beam propagation methods, Fourier
modal methods. Basic technological platforms of integrated optical devices. Physical and technical principles of
integrated optical devices. Passive, dynamic, active, and nonlinear devices. Examples of devices important in
applications. Photonic crystals, waveguides in photonic cr
Last update: T_KCHFO (27.01.2014)
Základy teorie planárních a kanálkových dielektrických vlnovodů. Metody pro výpočet konstant šíření a rozložení
pole vidů. Základy numerických metod analýzy složitějších vlnovodných struktur. Metoda vázaných vidů,
metody šíření optického svazku, fourierovské modální metody. Technologické základy součástek integrované
optiky. Fyzikální a technické principy funkce součástek integrované optiky. Pasivní, dynamické, aktivní a nelineární
prvky. Příklady aplikačně významných součástek. Fotonické krystaly, vlnovody ve fotonických krystalech. Základy
plazmoniky, plazmonické vlnovodné struktur
Aim of the course -
Last update: prof. Ing. Jiří Čtyroký, DrSc. (08.06.2019)
To present a notion about physical and technological principles, about numerical methods for analysis and design and about possible applications of components and devices of integrated optics.
Last update: prof. Ing. Jiří Čtyroký, DrSc. (08.06.2019)
Získat představu o fyzikálních a technologických principech, metodách numerické analýzy a návrhu a aplikacích součástek integrované optiky.
Literature -
Last update: T_KCHFO (27.01.2014)
Obligatory:
handouts of presentations, www.ufe.cz/~ctyroky/mff/
Recommended:
T. Tamir, ed.: Guided-wave optoelectronics, Springer, 1988.
D. L. Lee: Electromagnetic Principles of Integrated Optics, John Wiley & Sons, 1986.
E.J.Murphy, ed.: Integrated optical circuits and components, Dekker, New York 1999.
D. Marcuse: Theory of dielectric optical waveguides, 2nd edition, Academic Press 1991.
B. E. A. Saleh, M. C. Teich, Fundamentals of Photonics, J. Wiley & Sons, 1991.
J. D. Joannopoulos, R. D. Meade, J. N.Winn, Photonic Crystals: Molding the Flow of Light. Princeton University Press, Princeton, 1995.
S.G. Johnson, J. D. Joannopoulos: Photonic crystals: the road from theory to practice. MIT 2002
J.-M. Lourtioz, H. Benisty, V. Berger, J.-M. Gérard, D. Maystre, A. Tchelnokov: Photonic crystals. Towards nanoscale photonic devices. Springer 2003.
G. Lifante: Integrated Photonics: Fundamentals, J. Wiley & Sons, 2003.
K. Okamoto: Fundamentals of Optical Waveguides, Academic Press, 2005.
M. Brongersma, P. G. Kik, (eds): Surface plasmon nanophotonics, Springer 2007.
S.A. Maier: Plasmonics: Fundamentals and applications. Springer 2007.
Last update: T_KCHFO (27.01.2014)
Povinná:
prezentace z přednášek, http://www.ufe.cz/~ctyroky/mff/
Doporučená:
T. Tamir, ed.: Guided-wave optoelectronics, Springer, 1988.
D. L. Lee: Electromagnetic Principles of Integrated Optics, John Wiley & Sons, 1986.
E.J.Murphy, ed.: Integrated optical circuits and components, Dekker, New York 1999.
D. Marcuse: Theory of dielectric optical waveguides, 2nd edition, Academic Press 1991.
B. E. A. Saleh, M. C. Teich, Fundamentals of Photonics, J. Wiley & Sons, 1991.
J. D. Joannopoulos, R. D. Meade, J. N.Winn, Photonic Crystals: Molding the Flow of Light. Princeton University Press, Princeton, 1995.
S.G. Johnson, J. D. Joannopoulos: Photonic crystals: the road from theory to practice. MIT 2002
J.-M. Lourtioz, H. Benisty, V. Berger, J.-M. Gérard, D. Maystre, A. Tchelnokov: Photonic crystals. Towards nanoscale photonic devices. Springer 2003.
G. Lifante: Integrated Photonics: Fundamentals, J. Wiley & Sons, 2003.
K. Okamoto: Fundamentals of Optical Waveguides, Academic Press, 2005.
M. Brongersma, P. G. Kik, (eds): Surface plasmon nanophotonics, Springer 2007.
S.A. Maier: Plasmonics: Fundamentals and applications. Springer 2007.
Syllabus -
Last update: T_KCHFO (27.01.2014)
Introduction. Electromagnetic theory of planar and channel dielectric waveguides. Methods of calculation of eigenmodes in planar and channel waveguides. Radiation from waveguide bends, analysis of bent waveguides. “Rigorous” and approximate coupled mode methods, beam propagation methods. Mode expansion propagation method, Fourier modal methods. Freely available and commercial program packets for the analysis and design of integrated optical structures. Introduction into fabrication of integrated photonic structures. Optical and electron-beam lithography. Ion exchange, epitaxial growth, thin-film deposition. Glass, organic polymers, LiNbO3, semiconductors AIIIBV, SiO2, silicon on insulator. Characterization methods for waveguide structures. Coupling prism and grating, mode spectroscopy. Field distribution and attenuation measurement, group refractive index. Application of a near-field optical microscope. Overview of physical effects frequently used in integrated optics. Thermooptic, electrooptic, acoustooptic, magnetooptic and nonlinear optical effects. Franz-Keldysh effect, effects in quantum confined structures (QCSE). Passive integrated optic structures (power, polarization and mode splitters, spectral de/multiplexers). Dynamic devices - modulators, tunable filters etc. High-contrast structures and devices. Microresonators, silicon photonics. Fundamentals of photonic crystals, waveguides mad microcavities in photonic crystals. Fundamentals of plasmonics, subwavelength waveguide structures. Applications of integrated photonics in optical communications, information technologies and sensing, perspectives of further development.
Last update: T_KCHFO (27.01.2014)
Úvod. Elektromagnetická teorie planárních a kanálkových dielektrických vlnovodů. Metody výpočtu vlastních vidů planárních i kanálkových vlnovodů. Vyzařování z ohybů, analýza zakřiveného vlnovodu. Rigorózní a aproximativní metoda vázaných vidů, metody "šíření optického svazku". Metoda rozkladu ve vlastní vidy, fourierovské modální metody. Volně přístupné a Komerční programové soubory pro analýzu a návrh integrovaně optických struktur. Úvod do technologie integrované fotoniky. Optická a elektronová litografie, metody iontové výměny, epitaxní růst, depozice tenkých vrstev. Skla, LiNbO3, polovodiče AIIIBV, SiO2, SOI (silicon on insulator). Metody charakterizace vlnovodných struktur. Vazební hranol a mřížka, vidová spektroskopie. Měření rozložení pole a útlumu ve vlnovodech, grupový index lomu. Využití mikroskopu blízkého pole. Stručný přehled fyzikálních jevů využívaných v integrované fotonice. Termooptické, elektrooptické, akustooptické, magnetooptické a nelineární optické jevy, Franzův-Keldyšův jev, jevy v kvantově ohraničených strukturách. Pasivní struktury integrované optiky (děliče výkonu, oddělovače a konvertory vidů či polarizace, spektrální de/multiplexory). Dynamické součástky - modulátory, laditelné filtry ap.. Struktury s velkým kontrastem indexu lomu. Mikrorezonátory, křemíková fotonika. Základy teorie fotonických krystalů, vlnovody a mikrodutiny ve fotonických krystalech. Základy plazmoniky, vlnovodné struktury subvlnových rozměrů. Aplikace struktur integrované fotoniky v optickém sdělování, informačních technologiích a senzorech, perspektivy dalšího rozvoje.
