nanophotonics curriculum. programma introduzione: cose la nanofotonica alcuni esempi cosa facciamo a...
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nanophotonics
curriculum
Programma
• Introduzione: cos’e’ la nanofotonica• Alcuni esempi• Cosa facciamo a Trento• Programma curriculum• alcuni esempi di tesi
Programma
• Introduzione: cos’e’ la nanofotonica• Alcuni esempi• Cosa facciamo a Trento• Programma curriculum• alcuni esempi di tesi
4From www.nano.gov
What is Nanophotonics?Science of Light-Matter Interaction at Nanometer scale (< 1 micron to ≥ 1 nm)
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What is nanophotonics?
nanotechnology photonics
Nanoscience/nanotechnology: creation of useful/functional materials and devices through control of matter on the nanometer length scale and exploitation of novel phenomena and properties at that length scalePhotonics is the technology and science of light generation, handling and control
Nanophotonics is the interface between the two with optical materials patterned on wavelength-size scales or smaller.
Self-assembly
MBE
sputtering
Plasma etching:RIE,ICP
AFMSEM
TEMPECVD
plasmonics modulators
switches
Add/drop filters
X-ray lithography
Left-handed materials
Photonic crystals
MEMS
Lasers/LEDs
photodetectors
Carbon nanotubes
polymers
Photonic crystal fibers
biomimetics
Quantum dots
sensors
NSOM
Nanophotonics: defined by its applications • communications technology• lasers• solid-state lighting• data storage• lithography• (bio-)sensors• optical computers• solar cells• light-activated medical therapies • displays• smart materials
Nanophotonics is a unique part of physics/chemistry/materials science because it combines
a wealth of scientific challenges with a large variety of near-term applications.
Large interest from industry infundamental research on nanophotonics
Kenniseconomie
Programma
• Introduzione: cos’e’ la nanofotonica• Alcuni esempi• Cosa facciamo a Trento• Programma curriculum• alcuni esempi di tesi
Programma
• Introduzione: cos’e’ la nanofotonica• Alcuni esempi• Cosa facciamo a Trento• Programma curriculum• alcuni esempi di tesi
Optical fiber
core
cladding
shielding
Optical fiber: long distance communication
Length scales in photonics
km 1 mm
10 m 1 m = 5 m
Merging optics and electronicsrequires nanoscale optics
40 nm
Photonics
Electronicsfr
equ
ency
size1 m
10 GHz
Planar optical waveguide
Si
high indexlow index
1 mm
Photonic integrated circuits on silicon
1 mm
SiO2/Al2O3/SiO2/Si
Al2O3 technology by M.K. Smit et al., TUD
Optical clock distribution on a Si microprocessor
Intel Website
Photonicson silicon
http://www.ima.umn.edu/industrial/2002-2003/sigalas/sigalas.pdf
Computer interconnects hierarchy
Mihail M. Sigalas, Agilent Laboratories, Palo Alto, CA
Nanophotonics examples:light trapping in solar cells by metal
nanoparticles
http://www.erbium.nl/
Nanophotonics examples:large-area fabrication of photonic
nanostructures
Marc Verschuuren, Philips Research
Nanophotonics examples:Light emission from quantum dots
Nanophotonics examples:Energy transfer in quantum dot / Er system
Nanophotonics examples:Controlled spontaneous emission in photonic
crystals
Willem Vos
Examples of Nanophotonics
• Iridescent colors on butterfly wings are due to Photonic-Crystals. i.e. Stacks of Nanoscale Gratings
Metal Nanoparticles Enhance Raman Scattering Signals by several orders of magnitude
This Effect is called Surface Enhanced Raman Scattering (SERS)
Bioimaging with NanoparticlesNanoparticles are also used for bioimaging by non-optical techniques like Magnetic Resonance Imaging (MRI), Radioactive Nanoparticles as tracers to detect drug pathways or imaging by Positron Emission Tomography (PET), and Ultrasonic Imaging. For MRI, the magnetic nanoparticles could be made of
oxide particles which are coated with some biocompatible polymer.Newer Nanoparticle Heterostructures have been investigated which offer the possibility of imaging by several techniques simultaneously. An example is Magnetic Quantum Dot.
Programma
• Introduzione: cos’e’ la nanofotonica• Alcuni esempi• Cosa facciamo a Trento• Programma curriculum• alcuni esempi di tesi
Programma
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Nanoscience Laboratory
• Silicon laser• Optical amplifier• Metamaterials• Photonic black holes• Nonlinear optics• Photovoltaics• Organic/inorganic hybrids• Biophotonics• Optical sensors
NL LABORATORY
FONDAZIONE BRUNO KESSLER
CENTRO CNR
AZIENDE
UNIVERSITA’ ELABORATORIITALIANI
UNIVERSITA’ ELABORATORIINTERNAZIONALI
• European projectPhotonics and electronics convergence in silicon
• European projectPhotonics and electronics convergence in silicon
P type Poly - silicon
N type Poly - silicon
~200 nm
~200 nm
~50 nm
SiO2
SRO
• European projectPhotonics and electronics convergence in silicon
• Grandi progetti PATUn microchip per la proteomica
• Grandi progetti PATUn microchip per la proteomica
• Grandi progetti PATUn microchip per la proteomica
• Grandi progetti PATUn microchip per la proteomica
• Progetto europeoRete ottica su di un chip
• Progetto europeoRete ottica su di un chip
…R
In Through
L
Drop
8
• Progetto europeoFotovoltaico di terza generazione
• Progetto europeoFotovoltaico di terza generazione
• Progetto europeoRifrazione and riflessione in sistemi dielettrici in
moto
• Progetto europeoRifrazione and riflessione in sistemi dielettrici in
moto
General scheme LAUREA MAGISTRALE• Corsi obbligatori per tutti gli orientamenti: • Nuclear and Subnuclear Physics (Advanced) (6 cfu)• Physics of Matter (Advanced) (6 cfu)• Experimental Methods (Advanced) (6 cfu)• Quantum Mechanics (Advanced) (6 cfu)• Statistical Mechanics (Advanced) (6 cfu)• Corsi obbligatori degli orientamenti facenti parte del percorso Experimental Physics: • Experimental Physics (Advanced) (6 cfu)• 1 corso a scelta fra: • Advanced Electronics Laboratory (6 cfu)• Laboratory of Condensed Matter (6 cfu)• Laboratory of Energy conversion processes (6 cfu)• Photonics (6 cfu)• I corsi relativi agli orientamenti per un totale di 24 crediti sono suggeriti da specifici gruppi di ricerca• Lo studente completa il proprio percorso formativo con i seguenti corsi/attività comuni ad entrambi i
percorsi: • corsi a scelta libera (12 cfu)• attività di tesi (39 cfu);• attività formative relative alla conoscenza della Lingua Inglese focalizzata principalmente sulla qualità della
comunicazione dell'attività scientifica (3 cfu).
Primo anno Secondo anno
Primo semestre
Secondo semestre Primo semestre Secondo semestre
mandatory - Statistical mechanics- Optoelectronics- Quantum Optics- Experimental Physics (advanced)
- Photonics- Advanced Photonics laboratory
Thesis
Choice B (one)
- Solid State Physics - Optical spectroscopy
Choice C (two)
- Experimental methods in experimental science
-Laboratory of Advanced Electronics- Physics of Materials (Advanced)- Data analysis Methods
5 courses 5 courses
Primo anno Secondo anno
Primo semestre
Secondo semestre Primo semestre Secondo semestre
mandatory - Statistical mechanics- Optoelectronics- Quantum Optics- Experimental Physics (advanced)
- Photonics- Advanced Photonics laboratory
Thesis
Choice B (one)
- Solid State Physics - Optical spectroscopy
Choice C (two)
- Experimental methods in experimental science
-Laboratory of Advanced Electronics- Physics of Materials (Advanced)- Data analysis Methods
5 courses 5 courses
Primo anno Secondo anno
Primo semestre
Secondo semestre Primo semestre Secondo semestre
mandatory - Statistical mechanics- Optoelectronics- Quantum Optics- Experimental Physics (advanced)
- Photonics- Advanced Photonics laboratory
Thesis
Choice B (one)
- Solid State Physics - Optical spectroscopy
Choice C (two)
- Experimental methods in experimental science
-Laboratory of Advanced Electronics- Physics of Materials (Advanced)- Data analysis Methods
5 courses 5 courses
Primo anno Secondo anno
Primo semestre
Secondo semestre Primo semestre Secondo semestre
mandatory - Statistical mechanics- Optoelectronics- Quantum Optics- Experimental Physics (advanced)
- Photonics- Advanced Photonics laboratory
Thesis
Choice B (one)
- Solid State Physics - Optical spectroscopy
Choice C (two)
- Experimental methods in experimental science
-Laboratory of Advanced Electronics- Physics of Materials (Advanced)- Data analysis Methods
5 courses 5 courses
Programma
• Introduzione: cos’e’ la nanofotonica• Alcuni esempi• Cosa facciamo a Trento• Programma curriculum• alcuni esempi di tesi
Programma
• Introduzione: cos’e’ la nanofotonica• Alcuni esempi• Cosa facciamo a Trento• Programma curriculum• alcuni esempi di tesi
• Mattia Mancinelli– Caratterizzazione di sequenze di risonatori
accoppiati in ottica integrata in silicio• Christian Schuster– Fabbricazione e caratterizzazione di celle
fotovoltaiche a nanocristalli di silicio• Elisa Borga– Generazione di seconda armonica in guide d’onda
a silicio sotto strain• Giuliana Fugaro– Caratterizzazione del layer fotonico in un chip per
la rilevazione di proteine