Образование

КУРС
Экспериментальные методы нанофотоники I
Нанофотоника и метаматериалы
Радиочастотные системы и устройства
Ф
Прикладная и теоретическая физика
Физика полупроводников
Квантовые материалы

54656Нанофотоника – быстро развивающаяся область науки, посвященная управлению оптическими свойствами наноматериалов и изучению оптических явлений, возникающих вблизи дифракционного предела. Курс позволяет сформировать картину современных инструментов и принципов, позволяющих заниматься изготовлением и изучением различных объектов на нанометровом масштабе. 

Курс ориентирован на широкую аудиторию студентов, планирующих работать в смежных с нанофотоникой областях.
Он не только является основополагающим для экспериментаторов, но и включает важные базовые знания для теоретиков. Начав с обсуждения технологий изготовления нанострукур и методик их начальной характеризации, мы перейдем к изучению методов оптической спектроскопии, интерферометрии и формирования оптических изображений, в том числе – со сверхразрешением. Помимо цикла лекций, в курс входят лабораторные работы, лабораторные проекты, а также семинары, посвященные обсуждению важнейших достижений современной науки, связанных с оптикой и фотоникой.

Язык обучения
Английский
Содержание программы

Part I. Methods of nanofabrication and structural characterization

  • Layer deposition. Wet and plasma chemical etching. Reactive ion etching.  
  • Focused ion beam etching. SEM. E-beam lithography.  
  • Optical lithography  
  • Chemical methods for nanofabrication 
  • Scanning probe microscopy: STM and AFM 

Part II. Fundamentals of optical microscopy

  • Basic optical elements: mirrors, beamsplitters, retroreflectors, polarizers and waveplates 
  • Building simple optical systems. Telescope. 
  • Infinity-corrected optical systems. Objective lenses.
  • Resolution limit. Confocal microscopy. Methods of overcoming the diffraction limit. 
  • Building a confocal microscope. 
  • Near-field scanning optical microscopy. 
  • Back focal plane microscopy. Measuring surface waves, singleparticle scattering and emission directivity.  

Part III. Fundamentals of optical spectroscopy

  • Optical detectors and sensors. 
  • Dispersive elements. Optical spectrometer. Spectral resolution.  
  • Coherent and incoherent light. Spatial and temporal coherence. 
  • Light sources. CW and pulsed laser radiation. 
  • Interferometers and their applications. Fourier-transform infrared spectroscopy. 
  • Atomic and molecular spectroscopy. Line broadening mechanisms. Jablonski diagrams 
  • Luminescence and Raman spectroscopy. Tip-enhanced and surface enhanced spectroscopy.
  • Optical spectroscopy of planar nano- and micro-devices

Часть I. Методы нанофабрикации и структурной характеризации

  • Слоевое осаждение. Сухое химическое травление, травление плазмой. Реактивное ионное травление.
  • Травление фокусированным ионным пучком. ПЭМ. Электронно-лучевая литография. 
  • Оптическая литография 
  • Химические методы нанофабрикации 
  • Сканирующая зондовая микроскопия: СТМ и АСМ 

Часть II. Основы оптической микроскопии

  • Основные оптические элементы: зеркала, делители пучка, отражатели, поляризаторы и волновые пластинки 
  • Создание простых оптических схем. Телескоп. 
  • Оптические системы, скорректированные на бесконечность. Объективы.  
  • Дифракционный предел. Конфокальная микроскопия. Методы преодоления дифракционного предела. 
  • Создание конфокального микроскопа 
  • Сканирующая оптическая микроскопия ближнего поля. 
  • Микроскопия в задней фокальной плоскости. Измерение поверхностных волн, рассеяние одиночных частиц и направления излучения. 

Часть III. Основы оптической спектроскопии

  • Оптические детекторы и датчики. Лекция
  • Дисперсионные элементы. Оптический спектрометр. Спектральное разрешение.  
  • Когерентный и некогерентный свет. Пространственная и временная когерентность.  
  • Источники света. Непрерывное и импульсное лазерное излучение.  
  • Интерферометры и их применения. Инфракрасная Фурьеспектроскопия. 
  • Атомная и молекулярная спектроскопия. Механизмы уширения спектральных линий. Диаграммы Яблонского  
  • Люминесцентная и рамановская микроскопия. Спектроскопия с усилением сигнала зондом и поверхностью.
  • Оптическая спектроскопия плоских нано- и микроустройств.
Список литературы

1. Hecht, E. Optics. Pearson Education, 2016.

2. Sivukhin D. V. Course of General Physics, Vol. 4: Optics. Moscow “Fizmatlit. 1980.

3. Novotny, L., & Hecht, B. Principles of nano-optics. Cambridge university press, 2012.

4. Zayats, A. V. & Richards D. Nano-optics and near-field optical microscopy. Artech house, 2009.

5. Maier, St. Plasmonics: fundamentals and applications. Springer Science & Business Media, 2007.

6. Mironov, V. L. (2004). Fundamentals of scanning probe microscopy. Moscow: Technosfera, 144.

7. Thorlabs tutorials: https://www.thorlabs.de/navigation.cfm?Guide_ID=2400

Дополнительная информация

Контроль успеваемости:

  • Тесты (письменные, с оценкой)
  • Самостоятельное изучение (некоторые вопросы тестов и экзамена не будут обсуждаться на лекциях)
  • Промежуточная аттестация (по итогам результатов тестов, с оценкой)
  • Презентации, посвященные Нобелевским премиям по оптике (устно)
  • Итоговый экзамен (устный)

Критерии качества презентации:

  • Наличие введения и исторической справки
  • Доступность описания открытия/технологии/эффекта
  • Обсуждение реальных применений
  • Структурированность презентации и ораторское искусство

Правила проведения итогового экзамена:

  • Экзамен проводится в устной форме
  • Каждый студент должен подготовить ответ на 3 вопроса из 3 разделов курса.
  • На подготовку ответа отводится 1 час.
  • Запрещается пользоваться какими-либо материалами и устройствами, помимо собственного рукописного конспекта.
  • Результаты тестов принимаются во внимание в процессе сдачи экзамена.
  • Плохая посещаемость приведет к большему числу дополнительных вопросов и в целом более тщательной проверке знаний в ходе экзамена.
  • Несколько студентов, сделавших наилучшие доклады, получат “+1” балл к итоговой оценке. Список этих студентов не будет обнародован вплоть до экзамена.
Описание курса
Syllabus533.83 КБ