Образование

КУРС
Излучение и подсчет одиночных фотонов

ddfdДанный курс направлен на формирование базовых знаний в области излучения и подсчета одиночных фотонов. Подробно будут описаны принципы подсчёта одиночных фотонов с корреляцией по времени, современные методы время разрешенной микроскопии и корреляционной спектроскопии, а также их применение для различных областей физики и наук о жизни. Также будут рассмотрены вопросы экспериментальной квантовой нанофотоники, связанные с использованием различных материалов для генерации одиночных фотонов, управлением их излучением и созданием квантовых устройств на чипе.

Язык обучения
Английский
Содержание программы

Part 1. Single-photon counting

  • Introduction: historical background, confocal microscopy, fluorescence microscopy  
  • Time-correlated single-photon counting (TCSPC): work principles. 
  • Toolkit for TCSPC: excitation sources, optical systems, electronics 
  • Detectors for Photon Counting 
  • Test on the basis of the Part 1

Part 2. Single-photon generation

  • Introduction: why do we need single photons? 
  • Single Photon Source Characterization (HBT interferometer, Spectral Brightness, Intensity Correlation Functions)  
  • Single Photon Sources (Diamond nanophotonics, Quantum dots and nanotubes, 2D materials, Advanced materials)
  • Single photon radiation control in nanophotonics. Quantum nanophotonics on a chip. 
  • Test on the basis of the Part 2

Part 3. Application of TCSPC Techniques

  • Fluorescence Lifetime Imaging (FLIM)  
  • Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS) 
  • Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET)  
  • Stimulated Emission Depletion Microscopy (STED) 
  • Test on the basis of the Part 3

Labs

  • Lifetime measurements L
  • Single-photon radiation detection 
  • FLIM  

Seminars

  • Students talks on single photon emission and counting applications

 

Часть 1. Подсчет одиночных фотонов

  • Введение: историческая справка, конфокальная микроскопия, флуоресцентная микроскопия 
  • Коррелированный по времени счет одиночных фотонов (TCSPC): принципы работы 
  • Инструментарий для TCSPC: источники возбуждения, оптические системы, электроника
  • Детекторы для подсчета фотонов
  • Тест на основе 1 части

Часть 2. Излучение одиночных фотонов

  • Введение: зачем нам нужны одиночные фотоны?
  • Характеристики однофотонного источника (интерферометр ХБТ, спектральная яркость, функции корреляции интенсивности)  
  • Однофотонные источники (нанофотоника алмаза, квантовые точки и нанотрубки, 2D материалы, современные материалы) 
  • Контроль однофотонного излучения в нанофотонике. Квантовая нанофотоника на чипе. 
  • Тест на основе 2 части

Часть 3. Применение методов TCSPC

  • Микроскопия визуализации времени жизни флуоресценции (FLIM)
  • Флуоресцентная корреляционная спектроскопия (FCS) 
  • Флуоресцентный резонансный перенос энергии (FRET)
  • Микроскопия на основе подавления спонтанного испускания (STED) 
  • Тест на основе 3 части

Лабораторные

  • Измерение времени жизни люминесценции 
  • Регистрация однофотонного излучения 
  • Микроскопия визуализации времени жизни флуоресценции 

Семинары

  • Доклады студентов по исследованиям в области излучения одиночных фотонов и их регистрации
Список литературы

1. Prawer, Steven, and Igor Aharonovich, eds. Quantum information processing with diamond: Principles and applications. Elsevier, 2014.

2. Becker, Wolfgang, ed. Advanced time-correlated single photon counting applications. Vol. 111. Berlin, Germany: Springer, 2015.

3. Pico Quant wiki https://www.tcspc.com/doku.php

Дополнительная информация
  1. 5-балльная шкала оценивания.
  2. Итоговая оценка основана на итоговом экзамене.
  3. Каждая часть лекций содержит 15-минутный контрольный тест (всего 3 теста). Студенты с лучшими результатами имеют возможность получить: а) + 2 балла к итоговой оценке на экзамене в случае, если допущена только 1 ошибка во всех 3 тестах б) +1 балл к итоговой оценке на экзамене в случае, если допущена только 2 ошибки во всех 3 тестах
  4. Студенты с лучшими результатами на семинаре будут иметь +1 балл к итоговой оценке на экзамене.
  5. Студенты с лучшими результатами на лабораторных работах будут иметь +1 балл к итоговой оценке на экзамене.
  6. Пересдача тестов, семинаров и лабораторных работ не возможна.
Описание курса
Syllabus793.36 КБ