Тип работы:
Предмет:
Язык работы:


Управление энергетическими уровнями атомов на основе эффекта изменения массы электрона в среде фотонных кристаллов

Работа №31592

Тип работы

Дипломные работы, ВКР

Предмет

физика

Объем работы34
Год сдачи2019
Стоимость6500 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
201
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


Введение 3
Глава 1. Общая информация о фотонных кристаллах 6
1.1. Фундаментальные представления о фотонных кристаллах .... 6
1.2. Методы создания фотонных кристаллов 8
1.2.1. Синтез фотонных кристаллов методом травления 8
1.2.2. Синтез фотонных кристаллов методом коллоидной самосборки 9
1.2.3. Синтез фотонных кристаллов методом голографии ... 10
Глава 2. Теоретические методы исследования фотонных кристаллов 11
2.1. Метод матриц распространения 11
2.2. Метод плоских волн 14
Глава 3. Энергетические уровни атома и масса покоя электрона в фотонном кристалле 16
3.1. Воздействие среды фотонных кристаллов на электромагнитную
массу электрона 16
3.2. Поправка к массе покоя электрона в среде фотонных кристаллов 20
Заключение 31
Список литературы


Эффект изменения массы электрона - это фундаментальный квантовый электродинамический эффект. Он основан на взаимодействии электрона с собственным излучением. В данной работе на этот эффект влияет на сдвиг энергетических уровней в среде фотонных кристаллов.
Фотонные кристаллы — это принципиально новый класс оптических сред, представляющий из себя структуру с периодическим изменением показателя преломления [1]. Они обладают особым свойством - наличием фотонных запрещённых зон: спектральных областей с подавленным распространением света, что происходит за счет дифракции на периодической структуре [2,3]. Именно наличие фотонных запрещенных зон дает возможность широкого использования фотонных кристаллов в науке и технике. На практике фотонные кристаллы используются в лазерах, в которых электрические цепи заменены оптическими [4], в волноводах, на основе которых можно создавать оптические устройства [5], при создании оптических запоминающих устройств на основе свойства удержания фотонов в фотонно-запрещенных зонах [6] и т. д. Кроме того, необычные квантово-электродинамические эффекты, которые не используют свойство фотонной запрещенной зоны, могут быть изучены в фотонных кристаллах: способность контролировать частоту спонтанного излучения и скорость его излучения [7], спектральное расщепление линий, усиление эффекта квантовой интерференции, изменение массы покоя электрона, вызванное модификацией взаимодействия электрона с его собственным полем излучения и т. д.
Существование запрещенных фотонных зон в фотонных кристаллах даёт для них большое практическое применение:
-применение ФК в лазерах даст возможность вырабатывать слабосигнальную генерацию, а это приведет к рождению беспороговых и низкопороговых лазеров [9];
-волноводы на базе ФК могут иметв не такие значительные потери и имеют способность модифицировать направление света при очень малом радиусе кривизны волновода [10];
- используя ФК, можно создать среды с показателем преломления, являющимся отрицательным, что дает дорогу для многих применений, к примеру, фокусирование света в точку с меньшими размерами, чем длина волны света;
-такие наноструктуры как ФК обладают важными дисперсионными свойствами (эти свойства имеют зависимость от длины волны излучения, которое проходит сквозь них), что дает возможность создавать так называемые «суперпризмы» ;
-можно создавать новый вид дисплеев, в которых доминация над цветами пикселей выполняется при помощи ФК;
- так как фотоны удерживаются в фотонных запрещенных зонах на базе фотонного кристалла можно создать оптические запоминающие устройства, а также логические устройства [10-12];
- фотонные кристаллы со сверхпроводимостью [13, 14] проявляют сверхпроводящие качества при определенных температурах и их можно использовать для абсолютно оптических приборов измерения температуры (имеет способность работоспособности на высоких частотах и хорошо взаимодействует с полупроводниками и фотонными изоляторами).
Кроме практического использования в ФК, наблюдаемы не совсем обычные квантово электродинамические эффекты:
- реализация управлением скоростью спонтанного излучения и частотой его излучения [15];
- связанное фотон-атомное состояние [16];
- спектральное расщепление линий [17];
- немарковский характер затухания радиации [18];
- усиленная квантовая интерференция [19];
- локализация излучения около края фотонных запрещенных зон [20];
- изменение массы покоя электрона, вызванное модификацией взаимодействия электрона с его собственным полем излучения [21].
Практическая реализация этих эффектов позволит будущим проектам основываться на HOBBIX принципах. Однако исследования в этом направлении требуют разработки методов определения свойств электромагнитных полей в фотонных кристаллах. Дисперсия ФК дает важную информацию о взаимодействиях фотонов в периодической наноструктуре, которая необходима для создания приборов. Спектры пропускания и поглощения ФК не дают подробную информацию о дисперсии. Однако они находятся в прочной связи с плотностью состояний, которые допускаются к распределению в нужном направлении. Знание плотности состояний на компьютере необходимо для описания квантовых электродинамических явлений и процессов, описанных выше. Особый интерес представляет изучение влияния окружающей среды на взаимодействие исследуемых частиц, окруженных их собственным излучением. В частности, это проявляется в изменениях массы и энергии независимого электрона, что отражается в дополнительных усовершенствованиях и ядерной энергии при извлечении уровней атомной энергии в атмосфере ФК. [21, 22]. Когда электрон становится атомным, возникает поправка к энергетическим уровням, и это может открыть дорогу к управлению спектральными линиями свободного атома, помещенного в пустоты ФК. Целью данной работы является исследование влияния поправки к массе электрона, помещенного в среду ФК, на энергетические уровни атома в ФК. Для этой цели необходимо решить следующие задачи:
1. Вывод выражения, определяющего поправку к энергии S'-электрона атома, помещенного в среду ФК;
2. Построение модели оптической плотности N(ш) фотонного кристалла;
3. Расчет зависимости поправки к электромагнитной массе 5т от параметров фотонного кристалла.


Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!


Результаты и выводы:
1. Выведено выражение, определяющее поправку к энергии S'-электрона атома водорода, помещенного в среду ФК.
2. Построена модель оптической плотности N(ш) ФК.
3. Рассчитана зависимость поправки к электромагнитной массе электрона 5т от параметра взаимодействия вещества с фотонами д, и эффективного показателя преломления neff.
4. Построен график для непрерывных значений 5т в зависимости от д и neff-
5. В ходе работы была выявлена линейная зависимость 5т от параметра д, и квадратичная зависимость от пе//.



1. Moore, G. Е. Cramming More Components onto Integrated Circuits [Text] / G. E. Moore // Electronics. - 1965. - P. 114-117.
2. Photon, electron, magnon, phonon and plasmon mono-mode circuits [Text] / J.
O. Vasseur [et ah] // ELSEVIER: Surface Science Reports. - 2004. - V. 54 -156 P.
3. Racknor, Ch. Quantum Optics of Polaritonic Nanocomposites [Text] / Ch. Racknor // The University of Western Ontario: Electronic Thesis and Dissertation Repository. - 2014. - 149 P.
4. Новотный, Л. Основы нанооптики [Текст] / Л. Новотный, Б. Хехт // М. ФИЗМАТЛИТ. - 2009. - 484 С. - ISBN 978-5-9221-1095-2.
5. Yablonovitch, Е. Inhibited spontaneous emission in solid-state physics and electronics [Text] / E. Yablonovitch // Phys. Rev. Lett. - 1987. - V. 58. - P. 2059-2062.
6. Yablonovitch, E. Photonic band-gap structures [Text] / E. Yablonovitch // J. Opt. Soc. Am. B. - 1992. - V. 10. - P. 287-293.
7. Но, К. M. Existence of a photonic gap in periodic dielectric structures [Text] / К. M. Но, С. T. Chan, С. M. Soukoulis // Phys. Rev. Lett. - 1990. - V. 65. - P. 3152-3155.
8. Anomalous flow of light near a photonic crystal pseudo-gap [Text] / S. John [et ah] // J. Opt. Soc. Am. - 2011. - V. 19. - P. 6-8.
9. Гигантская вторая гармоника в микрорезонаторах на основе фотонных кристаллов пористого кремния [Текст] / Т. В. Долгова [и др.| // Писвма в ЖЭТФ. - Т. 73. - Вып. 1. - С. 8-12.
10. Фотонно-кристаллические волноводы в биомедицинских исследованиях [Текст] / Ю. С. Скибина [и др.] // Квантовая электроника. - 2011. - С. 284-299.
11. Photonic crystal and quantum dot technologies for all-optical switch and logic device [Text] / K. Asakawa [et ah] // New J. Phys. - 2006. - V. 8. - P. 208.
12. Controlling the dynamics of spontaneous emission from quantum dots by photonic crystals [Text] / P. Lodahl [et ah] // Nature. - 2004. - V. 430. - P. 654-657.
13. Photonic band gap in a superconductor-dielectric superlattice [Text] / С. H. R. Ooi [et ah] // Phys. Rev. B. - 2000. - V. 61. - P. 5920-5923.
14. Wu, C. J. Photonic band structure for a superconductor-dielectric superlattice [Text] / C. J. Wu, M. S. Chen, T. J. Yang // Physica C: Superconductivity. - 2005.
- V. 432. - P. 133-139.
15. Coherent control of spontaneous emission near a photonic band edge: a singleatom optical memory device [Text] / T. Quang, M. Woldeyohannes, S. John, G.S. Agarwal // Phys. Rev. Lett. - 1997. - V. 79. - P. 5238-5241.
16. John, S. Quantum electrodynamics near a photonic band gap: photon bound states and dresses atoms [Text] / S. John, J. Wang // Phys. Rev. Lett. - 1990. - V. 64. - P. 2418-2421.
17. John, S. Spontaneous emission near the edge of a photonic band gap [Text] / S. John, T. Quang // Phys. Rev. Lett. A. - 1994. Y. 50 P. 1764-1769.
18. Radiating dipoles in photonic crystals [Text] / K. Busch, N. Vats, S. John, B.
C. Sanders // Phys. Rev. Lett. E. - 2000. Y. 62 P. 4251.
19. Zhu, Shi-Yao Quantum Interference Effects in Spontaneous Emission from an Atom Embedded in a Photonic Band Gap Structure [Text] / Shi-Yao Zhu, Hong Chen, Hu Huang // Phys. Rev. Lett. - 1997. - V. 79, P. 205.
20. John, S. Localization of superradiance near a photonic band gap [Text] / S. John, T. Quang // Phys. Rev. Lett. - 1995. - V. 74 - P. 3419-3422.
21. Gainutdinov, R. Kh. Electron rest mass and energy levels of atoms in the photonic crystal medium [Text] / R. Kh. Gainutdinov, M. A. Khamadeev, M. Kh. Salakhov // Phys. Rev. A. - 2012. - V. 85. 053836(1-7).
22. Self-energy shift of the energy levels of atomic hydrogen in photonic crystal medium [Text] / R Kh Gainutdinov [et ah] // Journal of Physics: Conference Series
- 2016. - V. 714. 012009.
23. Оптика наноструктур: монография [Текст] / С. В Гапоненко [и др.]: Под ред. А.В. Федорова // СПб.: Недра. - 2005. - С. 325 - ил. Библиогр.: С. 323-325 (60 назв.). - 200 экз. - ISBN 5-94089-059-8.
24. John, S. Quantum optics of localized light in a photonic band gap [Text] / S. John, J. Wang // Phys. Rev. B. - 1991. - V. 43. - P. 12772-12789.
25. Bay, S. Fluorescence into Flat and Structured Radiation Continua: An Atomic Density Matrix without a Master Equation [Text] / S. Bay, P. Lambropoulos, and K. M0lmer // Phys. Rev. Lett. - 1997. - V. 79. - P. 2654 - 2657.
26. Bay, S. Atom-atom interaction in strongly modified reservoirs [Text] / S. Bay, P. Lambropoulos, Klaus M0lmer // Phys. Rev. A - 1997. - V. 55 - P. 1485.
27. Камашев, Д. В. Эксперименталвное моделирование процессов образования
надмолекулярных структур кремнезема [Текст] / Д.В. Камашев // Ж. Вестник Отделения наук о Земле РАН. - 2006. ..V0.1. -С. 24-26.
28. Electrophoretic deposition of latex-based 3D colloidal photonic crystals: a technique for rapid production of high-quality opals [Text] / A. L. Rogach [et ah] // Chemistry of Materials. -2000. - V. 12, N. 9. - P. 2721-2726.
29. Three-dimensional face-centered-cubic photonic crystal templates by laser holography: fabrication, optical characterization, and band-structure calculations [Text] / Y. V. Miklyaev [et ah] // Appl. Phys. Lett. - 2003. - V.82 - P.1284-1286.
30. Дегтяренко, H. H. Введение в физике и моделирование фотонных кристаллов [Текст] / Н.Н. Дегтяренко, Н.И. Каргин // МИФИ. - 2012. - С. 62.
31. Skorobogati, М. Fundamentals of Photonic Crystal Guiding [Text] / M. Skorobogati, Y. J. Yang // Cambridge university press. - 2009. - 267 P.
32. Ап[крофт. H. Физика твёрдого тела [Текст] / Н. Ашкрофт, Н. Мермин // М.: Мир. - 1979. - Т. 1 -400 С.
33. Vats, N.Theory of fluorescence in photonic crystals |Text| N. Vats, S. John, K. Busch Phys. Rev. A. - 2002. - V. 65. 043808.
34. Li, Z. Y. Photonic band gaps and the Lamb shift [Text]/Z. Y. Li and Y. Xia Phys. Rev. B. - 2002. - V. 63. 121305.


Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.



Подобные работы


©2025 Cервис помощи студентам в выполнении работ