Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

    Belépés
    címtáras azonosítással

    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Elektromágneses hullámterjedés mesterséges nanoszerkezetekben

    A tantárgy angol neve: Electromagnetic Waves in Artificial Nanostructures

    Adatlap utolsó módosítása: 2013. július 29.

    Tantárgy lejárati dátuma: 2015. június 30.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar

    Villamosmérnöki Szak

    Szabadon választható Tárgy

    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIHVAV00   4/0/0/v 4  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Szabó Zsolt, Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
    4. A tantárgy előadója Dr. Szabó Zsolt, Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Fizika, Elektromágneses terek.
    6. Előtanulmányi rend
    Ajánlott:

    Előtanulmányi követelmény nincs.

    7. A tantárgy célkitűzése

    A tantárgy bevezetést nyújt az elektromágneses hullámok és a mesterséges szerkezetek (kompozit anyagok, metaanyagok és fotonikus kristályok) kölcsönhatásának elméletébe. Ismerteti a fizikai jelenségeket, bemutatja a leggyakrabban használt elektromágneses struktúrákat és az ezeken alapuló eszközöket. A Mikroszkopikus Maxwell Egyenletekből kiindulva tárgyalja a szükséges elektromágneses ismeretek és bemutatja a különféle szerkezetek segítségével létrehozható eszközök mérnöki tervezését.

    8. A tantárgy részletes tematikája

    1. A Mikroszkopikus Maxwell Egyenletek teljes rendszere. Hullámegyenlet és mértékválasztás. Retardált potenciálok. Az elektromágneses tér forrásai.

    2. Elektromos és mágneses dipólus sugárzása. Az elektromos és mágneses dipólusok kisugárzott teljesítményeinek aránya. Az anyag, mint sugárzó dipólusok szuperpozíciója. Mágneses momentum precessziója állandó és homogén külső térben. A precesszió átlagos ideje.

    3. Az elektromágneses anyagparaméterek frekvenciafüggése. Szigetelők elektromos permittivitása. Fémek elektromos permittivitása. Az anyagparaméterek változása a nanométeres tartományban. Anizotrop anyagok.

    4. Elektromágneses hullámok reflexiója és transzmissziója izotróp anyagú vékonyrétegeken.

    5. A plazmonika alapjai. Szigetelő-fém struktúrák. Szigetelő-fém-szigetelő és fém-szigetelő-fém struktúrák. Plazmonikus hullámvezetők, szenzorok.

    6. Mesterséges elektromágneses anyagok a térszámításban: mesterséges elnyelő peremfeltételek alkalmazása a numerikus térszámításban és ennek szemléltetése az időbeli véges differenciák (FDTD) módszerének segítségével.

    7. Elektromágneses terek szóródása tetszőleges alakú részecskéről. Szóródás gömb alakú részecskéről. Nanoantennák.

    8. Kompozit anyagok. Maxwell-Garnett és Brugemann féle keverési törvények.

    9. Rádiófrekvenciás és mikrohullámú periodikus szerkezetek, frekvencia választó felületek, PEC, PMC.

    10. Metaanyagok. A negatív törésmutató fogalma. Elektromágneses hullámok negatív törésmutatójú metaanyagokban. Metaanyagok homogenizálása, az effektív anyagparaméterek meghatározása. Elektromos permittivitás tervezése: periodikus fémes nanohuzalok és nanoszerkezetek effektív permittivitása. Mágnesesség az optikai frekvenciákon. Rezonáló fémes szerkezetek permeabilitása. Split ring resonator és fishnet típusú struktúrák. Metaanyagok alkalmazási lehetőségei: diffrakciós határ alatti felbontás, elektromágneses elrejtés, nemkonvencionális nanolitográfia.

    11. Fotonikus kristályok. Bragg törvény. 1D fotonikus kristály tiltott sávjainak számítása. Két és háromdimenziós fotonikus kristályok. Diszperziós egyenletek. Optikai tiltott sávok numerikus számítása. Fotonikus kristály alapú optikai eszközök: üregrezonátorok és hullámvezetők.

    12. Kitekintés: optikai, plazmonikus és elektromos rendszerek integrálása.

    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

    Előadás és számítógépes gyakorlatok az előadások keretében.

    10. Követelmények

    a. A szorgalmi időszakban: szóbeli beszámoló az önállóan kidolgozandó feladathoz kapcsolódó irodalomról.

    b. A vizsgaidőszakban: önállóan kidolgozandó feladat elkészítése, és a megoldás prezentálása.

    Elővizsga: nincs.
    11. Pótlási lehetőségek A beszámoló a pótlási héten pótolható.
    12. Konzultációs lehetőségek A szorgalmi időszakban a tárgy oktatóinak heti fogadóóráján, a vizsgaidőszakban az oktatóval egyeztetett időpontban lehet konzultálni. A fogadóóra időpontja a tanszéki hirdetőtáblán vagy a tanszék honlapján megtalálható.
    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

    1. D. J. Griffiths, Introduction to Electrodynamics, Third Edition, Pearson, Addison Wesly, 1999.

    2. C. F. Bohren, D. R. Huffman, Absorption and Scattering of Light by Small Particles, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2004.

    3. A. Sihvola, Electromagnetic Mixing Formulae and Applications, The Institution of Engineering and Technology, 2000.

    4. B. Munk, Frequency Selective Surfaces: Theory and Design, John Willey & Sons, 2000.

    5. L. Solymár and E. Shamonina, Waves in Metamaterials. Oxford, University Press, 2009

    6.  J. D. Joannopoulos, S. G. Johnson, J. N. Winn, R. D. Meade, Photonic Crystals, Molding the Flow of Light, Second Edition, Princeton University Press, 2008.

    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
    Kontakt óra56
    Félévközi készülés órákra14
    Felkészülés zárthelyire 
    Házi feladat elkészítése25
    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása 
    Vizsgafelkészülés25
    Összesen120
    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

    Név:

    Beosztás:

    Tanszék, Int.:

    Dr. Szabó Zsolt

    Tudományos Főmunkatárs

    HVT, BME