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
From www.nano.gov
4
What is Nanophotonics?
Science of Light-Matter Interaction at Nanometer scale (<
1 micron to ≥ 1 nm)
What is nanophotonics?
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 scale
Photonics is the technology and science of light generation, handling and control
Self-assembly
sputtering
MEMS
PECVD
TEM
nanotechnology
photodetectors
Left-handed materials
Quantum dots
plasmonics
biomimetics
modulators
photonics
switches
Photonic crystals
Plasma etching:RIE,ICP
Photonic crystal fibers
NSOM
Add/drop filters
Carbon nanotubes SEM
Lasers/LEDs
AFM X-ray lithography
MBE
sensor
polymers
s
Nanophotonics is the interface between the two with optical materials patterned
on wavelength-size scales or smaller.
6
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
Kenniseconomie
Large interest
from industry in
fundamental
research
on nanophotonics
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.
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
1 mm
km
10 m
5 m
1 m = 
frequency
Merging optics and electronics
requires nanoscale optics
Photonics
10 GHz
Electronics
1 m
40 nm
size
Planar optical waveguide
high index
low index
Si
1 mm
Photonic integrated circuits on silicon
SiO2/Al2O3/SiO2/Si
1 mm
Al2O3 technology by M.K. Smit et al., TUD
Optical clock distribution on a Si microprocessor
Photonics
on silicon
Intel Website
Computer interconnects hierarchy
Mihail M. Sigalas, Agilent Laboratories, Palo Alto, CA
http://www.ima.umn.edu/industrial/2002-2003/sigalas/sigalas.pdf
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
1 m
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 Nanoparticles
Nanoparticles 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
•
•
•
•
•
Introduzione: cos’e’ la nanofotonica
Alcuni esempi
Cosa facciamo a Trento
Programma curriculum
alcuni esempi di tesi
Nanoscience
Laboratory
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Silicon laser
Optical amplifier
Metamaterials
Photonic black holes
Nonlinear optics
Photovoltaics
Organic/inorganic hybrids
Biophotonics
Optical sensors
FONDAZIONE BRUNO KESSLER
UNIVERSITA’ E
LABORATORI
ITALIANI
UNIVERSITA’ E
LABORATORI
INTERNAZIONALI
NL
LABOR
ATORY
CENTRO CNR
AZIENDE
• European project
Photonics and electronics convergence in silicon
• European project
Photonics and electronics convergence in silicon
~200 nm
P type Poly - silicon
SiO2
~50 nm
~200
nm
SR
O
N type Poly - silicon
• European project
Photonics and electronics convergence in silicon
• Grandi progetti PAT
Un microchip per la proteomica
• Grandi progetti PAT
Un microchip per la proteomica
• Grandi progetti PAT
Un microchip per la proteomica
• Grandi progetti PAT
Un microchip per la proteomica
• Progetto europeo
Rete ottica su di un chip
• Progetto europeo
Rete ottica su di un chip
Drop
R
In
L
…
8
Through
• Progetto europeo
Fotovoltaico di terza generazione
• Progetto europeo
Fotovoltaico di terza generazione
• Progetto europeo
Rifrazione and riflessione in sistemi dielettrici in
moto
• Progetto europeo
Rifrazione 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
Primo
semestre
Secondo anno
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
Primo
semestre
Secondo anno
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
Primo
semestre
Secondo anno
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
Primo
semestre
Secondo anno
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