Обучение
Нанофотоника – 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.
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.
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.
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.