Fundamentals of Nanophotonics

2024/2025

Academic Year

RUS

Instruction in Russian

12

ECTS credits

Delivered at:

Joint Department of Quantum Optics and Nanophotonics with the Institute for Spectroscopy (RAS)

Course type:

Compulsory course

When:

1 year, 1-4 module

Instructor

Melentiev, Pavel N.

Программа 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

• Экзамен 2 модуль
• Экзамен 4 модуль
• Контрольная работа
• Контрольная работа

Промежуточная аттестация

• 2024/2025 2nd module
  0.5 * Контрольная работа + 0.5 * Экзамен 2 модуль
• 2024/2025 4th module
  0.5 * Контрольная работа + 0.5 * Экзамен 4 модуль

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

• Klimov, V. I. (2004). Semiconductor and Metal Nanocrystals : Synthesis and Electronic and Optical Properties. New York: CRC Press. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsebk&AN=111944
• Наноплазмоника, Климов, В. В., 2009
• Основы нанооптики, Новотный, Л., 2009

Рекомендуемая дополнительная литература

• Makarov, D. E. (2015). Single Molecule Science : Physical Principles and Models. Boca Raton, FL: CRC Press. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsebk&AN=996978

Авторы

• Летохова Анастасия Владиленовна
• Мелентьев Павел Николаевич