دسترسی نامحدود
برای کاربرانی که ثبت نام کرده اند
برای ارتباط با ما می توانید از طریق شماره موبایل زیر از طریق تماس و پیامک با ما در ارتباط باشید
در صورت عدم پاسخ گویی از طریق پیامک با پشتیبان در ارتباط باشید
برای کاربرانی که ثبت نام کرده اند
درصورت عدم همخوانی توضیحات با کتاب
از ساعت 7 صبح تا 10 شب
دسته بندی: نورشناسی ویرایش: نویسندگان: Ulrich Hohenester سری: ISBN (شابک) : 9783030305048 ناشر: Springer سال نشر: 2020 تعداد صفحات: 665 زبان: English فرمت فایل : PDF (درصورت درخواست کاربر به PDF، EPUB یا AZW3 تبدیل می شود) حجم فایل: 14 مگابایت
در صورت تبدیل فایل کتاب Nano and Quantum Optics به فرمت های PDF، EPUB، AZW3، MOBI و یا DJVU می توانید به پشتیبان اطلاع دهید تا فایل مورد نظر را تبدیل نمایند.
توجه داشته باشید کتاب نانو و اپتیک کوانتومی نسخه زبان اصلی می باشد و کتاب ترجمه شده به فارسی نمی باشد. وبسایت اینترنشنال لایبرری ارائه دهنده کتاب های زبان اصلی می باشد و هیچ گونه کتاب ترجمه شده یا نوشته شده به فارسی را ارائه نمی دهد.
این کتاب درسی آزمایش شده در کلاس درس، یک آغازگر مدرن در زمینه به سرعت در حال توسعه نانو اپتیک کوانتومی است که خواص نوری مواد با اندازه نانو را بررسی می کند. ملزومات اپتیک کلاسیک و کوانتومی قبل از شروع از طریق انتخابی تحریککننده از موضوعات دیگر، مانند پدیدههای مختلف پلاسمونیک، اثرات حرارتی، سیستمهای کوانتومی باز و نویز فوتون ارائه میشوند. این متن به سبک آموزشی و کامل، و فقط نیاز به دانش پایه از الکترودینامیک کلاسیک، تمام پیشینه فیزیک بیشتر و ابزارهای ریاضی و محاسباتی اضافی را به روشی مستقل ارائه می دهد. تمرینهای متعدد پایان فصل به دانشآموزان اجازه میدهد تا درک خود را از موضوعات فصل به کار گرفته و آزمایش کنند و تکنیکهای حل مسئله خود را اصلاح کنند.
This classroom-tested textbook is a modern primer on the rapidly developing field of quantum nano optics which investigates the optical properties of nanosized materials. The essentials of both classical and quantum optics are presented before embarking through a stimulating selection of further topics, such as various plasmonic phenomena, thermal effects, open quantum systems, and photon noise. Didactic and thorough in style, and requiring only basic knowledge of classical electrodynamics, the text provides all further physics background and additional mathematical and computational tools in a self-contained way. Numerous end-of-chapter exercises allow students to apply and test their understanding of the chapter topics and to refine their problem-solving techniques.
Preface......Page 6
Acknowledgements......Page 8
Contents......Page 10
1.1.1 One-Dimensional Waves......Page 14
1.1.2 Three-Dimensional Waves......Page 19
1.2 Evanescent Waves......Page 21
1.3 The Realm of Nano Optics......Page 27
1.3.1 Summary of Book Chaps.2–11......Page 29
Exercises......Page 30
2.1 The Concept of Fields......Page 32
2.1.1 The Nabla Operator......Page 35
2.1.2 Helmholtz Theorem......Page 38
2.1.3 Gauss' and Stokes' Theorem......Page 39
2.2 Maxwell's Equations......Page 40
2.2.1 Electromagnetic Potentials......Page 42
2.3 Maxwell's Equations in Matter......Page 44
2.3.1 Linear Materials......Page 47
2.3.2 Boundary Conditions......Page 48
2.4 Time-Harmonic Fields......Page 50
2.4.1 Sinusoidal Waves......Page 51
2.5 Longitudinal and Transverse Fields......Page 53
Exercises......Page 55
3 Angular Spectrum Representation......Page 58
3.1 Fourier Transform of Fields......Page 59
3.2 Far-Field Representation......Page 60
3.3 Field Imaging and Focusing......Page 64
3.4 Paraxial Approximation and Gaussian Beams......Page 68
3.5 Fields of a Tightly Focused Laser Beam......Page 71
3.6.1 Focusing of Far-Fields......Page 73
Transformation Matrix......Page 75
How to Compute the Focal Fields......Page 76
3.6.2 Imaging of Far-Fields......Page 78
Exercises......Page 82
4.1 Optical Forces......Page 84
4.1.1 Dipole Approximation......Page 85
4.1.2 Geometrical Optics......Page 89
4.1.3 Optical Tweezers......Page 92
4.2 Continuity Equation......Page 93
4.3 Poynting's Theorem......Page 94
4.4 Optical Cross Sections......Page 97
4.5 Conservation of Momentum......Page 99
4.6 Optical Angular Momentum......Page 103
Exercises......Page 105
5.1 What Are Green's Functions?......Page 107
5.2 Green's Function for the Helmholtz Equation......Page 109
5.2.1 Representation Formula for Helmholtz Equation......Page 110
5.2.2 Green's Function vs. Fundamental Solution......Page 114
5.3 Green's Function for the Wave Equation......Page 115
5.3.1 Far-field Limit......Page 117
5.3.2 Representation Formula for Wave Equation......Page 118
5.4 Optical Theorem......Page 119
5.5 Details for Representation Formula of Wave Equation......Page 120
Exercises......Page 124
6.1 Imaging a Single Dipole......Page 127
6.2 Diffraction Limit of Light......Page 133
6.3 Scanning Nearfield Optical Microscopy......Page 138
6.3.1 Bethe–Bouwkamp Model......Page 139
6.4.1 Position Accuracy......Page 142
6.4.2 Photo-Activated Localization Microscopy......Page 144
6.4.3 Stimulated Depletion Microscopy......Page 146
Can Localization Microscopy Beat the Diffraction Limit?......Page 148
Exercises......Page 149
7 Material Properties......Page 150
7.1 Drude–Lorentz and Drude Models......Page 152
7.2 From Microscopic to Macroscopic Electromagnetism......Page 158
7.3 Nonlocality in Time......Page 161
7.3.1 Poynting's Theorem Revisited......Page 164
7.3.2 Kramers–Kronig Relation......Page 166
7.4 Reciprocity Theorem in Optics......Page 169
Exercises......Page 171
8.1 Surface Plasmons......Page 172
8.1.1 Kretschmann and Otto Geometry......Page 179
8.2 Graphene Plasmons......Page 182
8.3.1 Fresnel Coefficients......Page 185
8.3.2 Transfer Matrices......Page 188
Reflection and Transmission Coefficients of Slab......Page 191
8.3.3 Surface Plasmons Revisited......Page 192
Coupled Surface Plasmons......Page 194
8.4 Negative Refraction......Page 198
8.4.2 The Perfect Lens......Page 201
8.5 Green's Function for Stratified Media......Page 203
8.5.1 Source Located Above Topmost Layer......Page 206
8.5.2 Imaging with an Imperfect Veselago Lens......Page 208
8.5.3 Far-field Limit......Page 209
8.5.4 Source Located Inside Layer......Page 213
Exercises......Page 214
9.1 Quasistatic Limit......Page 217
9.2.1 Quasistatic Mie Theory......Page 219
Dielectric Sphere......Page 222
Metallic Sphere......Page 223
9.2.2 Mie–Gans Theory......Page 225
9.2.3 Optical Cross Sections......Page 227
9.3 Boundary Integral Method for Quasistatic Limit......Page 231
9.3.1 Plasmonic Eigenmodes......Page 236
Plasmon Sensors......Page 240
9.3.2 Coupled Particles......Page 241
9.4 Conformal Mapping......Page 245
9.4.1 A Few Selected Examples......Page 247
9.4.2 Details About Conformal Mapping......Page 249
9.4.3 Kissing Cylinders......Page 250
9.5 Mie Theory......Page 254
9.6 Boundary Integral Method for Wave Equation......Page 257
9.6.1 Eigenmodes for Full Maxwell's Equations......Page 260
9.7.1 Eigenmode Analysis of Ouyang and Isaacson......Page 261
9.7.2 Eigenmode Decomposition of Green's Function......Page 263
Exercises......Page 264
10.1 Decay Rate of Quantum Emitter......Page 268
10.1.1 Photonic Local Density of States......Page 273
10.2.1 Quantum Emitter Above Metal Slab......Page 275
10.2.2 Quasistatic Approximation......Page 276
10.2.3 Mie Theory......Page 279
10.3 Surface-Enhanced Raman Scattering......Page 282
10.4 Förster Resonance Energy Transfer......Page 287
10.5 Electron Energy Loss Spectroscopy......Page 290
10.5.1 Fields Produced by Swift Electrons......Page 293
10.5.2 Decomposition Into Bulk and Surface Losses......Page 295
10.5.3 Expressing EELS Through the Green's Dyadics......Page 298
10.5.4 Quasistatic Limit......Page 301
Exercises......Page 302
11.1 Finite Difference Time Domain Simulations......Page 305
11.1.1 The Magic of the FDTD Approach......Page 308
Two-Dimensional Case......Page 310
11.1.2 Stability and Dispersion......Page 312
11.1.3 Perfectly Matched Layers......Page 314
11.1.4 Material Properties......Page 316
11.2 Boundary Element Method......Page 317
11.3 Galerkin Scheme......Page 322
11.3.1 Grand Idea of Galerkin Scheme......Page 323
11.3.2 Unstructured Grid......Page 325
Vector Solution......Page 327
11.4.1 Raviart–Thomas Basis Functions......Page 328
11.4.2 Galerkin Scheme for Full Maxwell's Equations......Page 330
11.5.1 Finite Element Method in Frequency Domain......Page 332
11.5.2 Nedelec Elements......Page 336
11.5.3 Discontinuous Galerkin Scheme......Page 338
11.6 Details of Potential Boundary Element Method......Page 342
Exercises......Page 345
12 Quantum Effects in Nano Optics......Page 348
12.1 Going Quantum in Three Steps......Page 350
12.2 The Quantum Optics Toolbox......Page 354
12.3 Summary of Book Chaps. 13–18......Page 356
13.1 Preliminaries......Page 358
13.1.1 A First Glimpse of Quantum Electrodynamics......Page 362
13.2 Canonical Quantization......Page 364
13.2.1 Euler–Lagrange Equations......Page 367
13.2.2 Hamilton Formalism......Page 368
13.2.3 Canonical Quantization......Page 370
Example of Harmonic Oscillator......Page 372
Complex Coordinates......Page 375
13.3 Coulomb Gauge......Page 377
13.4 Canonical Quantization of Maxwell's Equations......Page 379
13.4.1 Lagrange Formalism......Page 380
13.4.2 Quantization of Matter Part......Page 381
Light–Matter Interaction for Many-Particle Systems......Page 382
13.4.3 Quantization of Maxwell's Equations......Page 384
13.4.4 Photons......Page 389
13.4.5 Quantization of Coupled Light-Matter System......Page 391
13.4.6 States of the Harmonic Oscillator......Page 395
13.5 Multipolar Hamiltonian......Page 398
13.6.1 Lagrange Function for Charged Particle......Page 404
13.6.2 Lagrange Function for Maxwell's Equations......Page 405
13.6.3 Lagrange Function in Coulomb Gauge......Page 407
Exercises......Page 410
14 Correlation Functions......Page 413
14.1 Statistical Operator......Page 414
14.2 Kubo Formalism......Page 417
14.2.1 Spectral Function......Page 419
14.2.2 Cross-Spectral Density......Page 421
14.3 Correlation Functions for Electromagnetic Fields......Page 424
14.4.1 Response to Longitudinal Fields......Page 428
14.4.2 Lindhard's Dielectric Function......Page 432
14.4.3 Response to Longitudinal and Transverse Fields......Page 435
14.4.4 Fluctuation–Dissipation Theorem......Page 437
14.5 Quantum Plasmonics......Page 439
14.5.1 Nonlocality in Plasmonics......Page 440
14.5.2 Additional Boundary Conditions......Page 443
Approach of Dasgupta and Fuchs for Spherical Nanoparticle......Page 445
14.5.3 Feibelman Parameters......Page 453
14.5.4 Charge Transfer Plasmons......Page 459
14.6 Electron Energy Loss Spectroscopy Revisited......Page 462
14.6.1 Energy Loss of a Swift Electron......Page 464
Exercises......Page 469
15 Thermal Effects in Nano Optics......Page 472
15.1 Cross-Spectral Density and What We Can Do with It......Page 474
15.1.1 Cross-Spectral Density in Free Space......Page 475
15.1.2 What We Can Do with Cross-Spectral Densities......Page 477
15.2 Noise Currents......Page 478
15.2.1 Green's Function Solution......Page 482
15.3 Cross-Spectral Density Revisited......Page 484
15.3.1 Representation Formula for Green's Functions......Page 486
15.3.2 Cross-Spectral Density for Absorbing Media......Page 487
15.4 Photonic Local Density of States Revisited......Page 490
15.4.1 Lamb Shift......Page 493
15.5.1 Casimir–Polder Forces......Page 498
15.5.2 Casimir Forces......Page 499
Casimir Force Between Two Perfectly Conducting Plates......Page 500
Casimir Force Exerted by Field Fluctuations......Page 501
15.6 Heat Transfer at the Nanoscale......Page 506
15.7 Details of Derivation of Representation Formula......Page 510
15.7.1 Evaluation of Boundary Term......Page 512
Exercises......Page 513
16.1 Bloch Sphere......Page 516
16.1.1 Pauli Matrices......Page 517
16.2 Two-Level Dynamics......Page 519
16.2.1 Optically Driven Two-Level System......Page 520
Time-Harmonic Fields......Page 522
16.3 Relaxation and Dephasing......Page 526
16.4 Jaynes–Cummings Model......Page 532
Exercises......Page 535
17.1 Density Operator......Page 537
17.1.1 Time Evolution of Density Operator......Page 540
Optically Driven Few-Level System......Page 541
17.2 Master Equation of Lindblad Form......Page 544
17.3 Solving the Master Equation of Lindblad Form......Page 547
17.3.1 Quantum Dot Coupled to Metallic Nanosphere......Page 550
17.3.2 Lasers and Spasers......Page 552
17.4.1 Boltzmann's Equation......Page 556
17.4.2 Nakajima–Zwanzig Equation......Page 560
Master Equation Revisited......Page 563
17.4.3 Fermi's Golden Rule......Page 566
Exercises......Page 569
18 Photon Noise......Page 571
18.1 Photon Detectors and Spectrometers......Page 572
18.1.1 Photodetector......Page 573
18.1.2 Spectrometer......Page 574
18.1.3 Photon Correlations......Page 576
18.2 Quantum Regression Theorem......Page 579
18.3 Photon Correlations and Fluorescence Spectra......Page 581
18.3.1 Incoherently Driven Two-Level System......Page 582
18.3.2 Quantum Regression Theorem and Eigenmodes......Page 587
18.3.3 Three-Level System......Page 589
18.4 Molecule Interacting with Metallic Nanospheres......Page 592
Exercises......Page 594
A.1 Cauchy's Theorem......Page 596
A.2 Residue Theorem......Page 598
B.1 Spectral Decomposition of Scalar Green's Function......Page 600
B.2 Spectral Representation of Dyadic Green's Function......Page 603
B.3 Sommerfeld Integration Path......Page 606
C Spherical Wave Equation......Page 611
C.1 Legendre Polynomials......Page 613
C.2 Spherical Harmonics......Page 614
C.3 Spherical Bessel and Hankel Functions......Page 616
D Vector Spherical Harmonics......Page 620
D.1 Vector Spherical Harmonics......Page 622
D.2 Orthogonality Relations......Page 623
Exercises......Page 627
E.1 Multipole Expansion of Electromagnetic Fields......Page 628
E.2 Mie Coefficients......Page 630
E.3 Plane Wave Excitation......Page 633
E.4 Dipole Excitation......Page 638
F Dirac's Delta Function......Page 646
F.1 Transverse and Longitudinal Delta Function......Page 647
References......Page 651
Index......Page 659