Основы нанофотоники

Магистратура 2023/2024

Лучший по критерию «Полезность курса для Вашей будущей карьеры»

Лучший по критерию «Полезность курса для расширения кругозора и разностороннего развития»

Статус: Курс обязательный (Физика)

Направление: 03.04.02. Физика

Кто читает: Базовая кафедра квантовой оптики и нанофотоники Института спектроскопии РАН

Где читается: Факультет физики

Когда читается: 1-й курс, 1-4 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Охват аудитории: для своего кампуса

Преподаватели: Мелентьев Павел Николаевич

Прогр. обучения: Физика

Язык: русский

Кредиты: 12

Контактные часы: 80

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Курс “Основы нанофотоники” посвящен изложению основ современной физики и оптики наноразмерных систем. Курс носит междисциплинарный характер и начинается с краткого изложения основных положений классической электродинамики и основ квантовой теории. Лекции включают знакомство с такими фундаментальными для нанооптики и нанофотоники понятиями и явлениями, как ближнее оптическое поле и эванесцентные волны, размерное квантование, эффект Парселла, поверхностный и локализованный плазмонный резонанс и др. Даются знания об оптических свойствах и возможных применениях таких важных для нанофизики и нанотехнологий объектов, как точечные квантовые излучатели и нанозонды (одиночные флуоресцентные молекулы, полупроводниковые квантовые точки, металлические наночастицы, NV-центры в алмазе и др.), нанокристаллы (в том числе апконвертирующие нанофосфоры), фотонные кристаллы, микрорезонаторы и многие др. Подробно излагаются принципы методов современной оптической микроскопии сверхвысокого пространственного разрешения, рассматриваются основы спектроскопии одиночных молекул при низких и высоких температурах и её применения. Подробно рассматриваются экспериментальные методы, широко используемые для диагностики нанообъектов: электронный, ионный, туннельный, атомно-силовой и другие микроскопы. Одними из направлений, которые изучаются более подробно, являются наноплазмоника и нанофотоника, включая изучение оптических явлений линейной и нелинейной оптики с участием лазерного излучения. Курс ориентирован в основном на подготовку физиков исследователей в области нанофотоники и смежных областей, а также преподавателей высшей школы.

Цель освоения дисциплины

- формирование понимания физических закономерностей явлений, возникающих в процессах взаимодействия оптического излучения с веществом на нанометровой шкале;
- формирование понимания основных явлений квантовой механики и квантовой оптики и их связь с оптикой наноразмерных систем;
- формирование понимания основных приёмов изучения физических явлений и процессов в различных нанообъектах и наносистемах, включая объекты и системы биологической природы, с применением оптических и спектральных методов.

Планируемые результаты обучения

знает разницу оптической микроскопии в ближнем и дальнем поле
знает свойства фотонных кристаллов и оптических микрорезонаторов
умеет оценить степень локализации плазмонных возбуждений
Знать основные принципы теории взаимодействия электромагнитного излучения с веществом на наноуровне. Владеть современными методами расчетов эффектов взаимодействия электромагнитного излучения с веществом на наноуровне. Усвоить основные методы и подходы применяемые для решения задач современной нанооптики и нанофотоники, в том числе для целей практики.

Содержание учебной дисциплины

Введение в нанофотонику.
Основные понятия классической электродинамики, включая электродинамику сплошных сред.
Оптическая микроскопия в ближнем и дальнем поле
Плазмоны в металлах. Плазмонный резонанс. Поверхностные плазмоны. Локализованные плазмонные возбуждения.
Фотонные кристаллы и оптические микрорезонаторы

Элементы контроля

Контрольная работа
Экзамен 2 модуль
Контрольная работа
Экзамен 4 модуль

Промежуточная аттестация

2023/2024 учебный год 2 модуль
0.5 * Контрольная работа + 0.5 * Экзамен 2 модуль
2023/2024 учебный год 4 модуль
0.5 * Контрольная работа + 0.5 * Экзамен 4 модуль

Программа дисциплины