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nanophotonics curriculum

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Page 1: Nanophotonics curriculum. Programma Introduzione: cose la nanofotonica Alcuni esempi Cosa facciamo a Trento Programma curriculum alcuni esempi di tesi

nanophotonics

curriculum

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Programma

• Introduzione: cos’e’ la nanofotonica• Alcuni esempi• Cosa facciamo a Trento• Programma curriculum• alcuni esempi di tesi

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Programma

• Introduzione: cos’e’ la nanofotonica• Alcuni esempi• Cosa facciamo a Trento• Programma curriculum• alcuni esempi di tesi

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4From www.nano.gov

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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

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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

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Programma

• Introduzione: cos’e’ la nanofotonica• Alcuni esempi• Cosa facciamo a Trento• Programma curriculum• alcuni esempi di tesi

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Programma

• Introduzione: cos’e’ la nanofotonica• Alcuni esempi• Cosa facciamo a Trento• Programma curriculum• alcuni esempi di tesi

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Optical fiber

core

cladding

shielding

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Optical fiber: long distance communication

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Length scales in photonics

km 1 mm

10 m 1 m = 5 m

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Merging optics and electronicsrequires nanoscale optics

40 nm

Photonics

Electronicsfr

equ

ency

size1 m

10 GHz

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Planar optical waveguide

Si

high indexlow index

1 mm

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Photonic integrated circuits on silicon

1 mm

SiO2/Al2O3/SiO2/Si

Al2O3 technology by M.K. Smit et al., TUD

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Optical clock distribution on a Si microprocessor

Intel Website

Photonicson silicon

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http://www.ima.umn.edu/industrial/2002-2003/sigalas/sigalas.pdf

Computer interconnects hierarchy

Mihail M. Sigalas, Agilent Laboratories, Palo Alto, CA

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Nanophotonics examples:light trapping in solar cells by metal

nanoparticles

http://www.erbium.nl/

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Nanophotonics examples:large-area fabrication of photonic

nanostructures

Marc Verschuuren, Philips Research

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Nanophotonics examples:Light emission from quantum dots

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Nanophotonics examples:Energy transfer in quantum dot / Er system

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Nanophotonics examples:Controlled spontaneous emission in photonic

crystals

Willem Vos

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Examples of Nanophotonics

• Iridescent colors on butterfly wings are due to Photonic-Crystals. i.e. Stacks of Nanoscale Gratings

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Metal Nanoparticles Enhance Raman Scattering Signals by several orders of magnitude

This Effect is called Surface Enhanced Raman Scattering (SERS)

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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.

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Programma

• Introduzione: cos’e’ la nanofotonica• Alcuni esempi• Cosa facciamo a Trento• Programma curriculum• alcuni esempi di tesi

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Programma

• Introduzione: cos’e’ la nanofotonica• Alcuni esempi• Cosa facciamo a Trento• Programma curriculum• alcuni esempi di tesi

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Nanoscience Laboratory

• Silicon laser• Optical amplifier• Metamaterials• Photonic black holes• Nonlinear optics• Photovoltaics• Organic/inorganic hybrids• Biophotonics• Optical sensors

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NL LABORATORY

FONDAZIONE BRUNO KESSLER

CENTRO CNR

AZIENDE

UNIVERSITA’ ELABORATORIITALIANI

UNIVERSITA’ ELABORATORIINTERNAZIONALI

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• European projectPhotonics and electronics convergence in silicon

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• European projectPhotonics and electronics convergence in silicon

P type Poly - silicon

N type Poly - silicon

~200 nm

~200 nm

~50 nm

SiO2

SRO

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• European projectPhotonics and electronics convergence in silicon

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• Grandi progetti PATUn microchip per la proteomica

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• Grandi progetti PATUn microchip per la proteomica

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• Grandi progetti PATUn microchip per la proteomica

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• Grandi progetti PATUn microchip per la proteomica

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• Progetto europeoRete ottica su di un chip

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• Progetto europeoRete ottica su di un chip

…R

In Through

L

Drop

8

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• Progetto europeoFotovoltaico di terza generazione

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• Progetto europeoFotovoltaico di terza generazione

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• Progetto europeoRifrazione and riflessione in sistemi dielettrici in

moto

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• Progetto europeoRifrazione and riflessione in sistemi dielettrici in

moto

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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).

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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

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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

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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

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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

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Programma

• Introduzione: cos’e’ la nanofotonica• Alcuni esempi• Cosa facciamo a Trento• Programma curriculum• alcuni esempi di tesi

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Programma

• Introduzione: cos’e’ la nanofotonica• Alcuni esempi• Cosa facciamo a Trento• Programma curriculum• alcuni esempi di tesi

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• 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