Introduction to Nanophotonics

2026/2027

Academic Year

RUS

Instruction in Russian

6

ECTS credits

Delivered at:

Department of Physics

Course type:

Elective course

When:

1 year, 3, 4 module

Программа дисциплины

Аннотация

Нанофотоника - это активно развивающаяся область науки, направленная на исследование физических явлений, определяющих поведение света в нанометровом масштабе и взаимодействие нанообъектов со светом. Прикладным аспектом нанофотоники является разработка наноструктурированных устройств и приборов генерации, усиления, модуляции, передачи и детектирования электромагнитного излучения: полупроводниковых и сверхпроводниковых источников и детекторов электромагнитного излучения, светодиодов на основе полупроводниковых гетероструктур, твердотельных и органических лазеров, наноантенн и пр.Курс «Введение в нанофотонику» знакомит студентов с физическими основами взаимодействия света с нанообъектами, работы приборов на основе этих явлений, а также с последними разработками Международной лаборатории квантовой оптоэлектроники в области полупроводниковых лазеров на основе квантовых гетероструктур НИУ ВШЭ Санкт-Петербург.

Цель освоения дисциплины

• Изучение физических основ нанофотоники, методов создания нанофотонных структур, экспериментальных методов их исследования и области практического использования, возможности расширения элементной базы оптоэлектроники.

Планируемые результаты обучения

• знание основных терминов и определений, знание и понимание предмета изучения нанофотоники, совокупности явлений нанофотоники.
• знание особенностей процессов взаимодействия оптического излучения с различными объектами нанофотоники
• иметь представление о методах расчета и создания различных фотонных приборов на основе диэлектрических, полупроводниковых и металлических структур нанометровых размеров
• знание элементов волновой оптики: монохроматические волны, интерференция и дифракция, отражение и преломление, взаимодействие света со средой
• Повтор и более глубокое понимание описания электромагнитных волн с помощью уравнений Максвелла в среде, материальные уравнения. Оптические свойства различных сред. Классификация сред в зависимости от знака величин диэлектрической и магнитной проницаемости. Метаматериалы и их некоторые свойства. Электродинамика сред с отрицательными диэлектрической и магнитной проницаемостями. Метаповерхности. Применение метаматериалов
• Знание основных технологических методов создания структур нанофотоники, их ограничения и приборная база. Чистые помещения. Химическая подготовка образцов. Литография. Напыление металлов. Травление. Осаждение диэлектриков. Эпитаксия. Оксидирование. Методы характеризации структур.
• Понимание принципа возникновения запрещённой зоны в фотонных кристаллах, знание их классификация по размерности, методов изготовления. Понимание дисперсионных диаграмм фотонных кристаллов.
• Знание процессов синтеза и свойств реальных фотонных кристаллов, структуры яблоновита, структуры типа «поленица». Дефекты в фотонных кристаллах. Фотонно-кристаллические волокна. Применение фотонных кристаллов
• Представление об основах интегральной оптики. Планарные волноводы. Потери в волноводах. Элементы ввода/вывода в волноводах. Связывание в волноводах.
• Знать статистику фотонов различных источников излучения (тепловые источники, когерентный свет, источники одиночных фотонов), распределение Пуассона, статистика Бозе-Эйнштейна, статистика Фока. Понимать эксперимент ХБТ. Иметь представление об антикорреляционном параметре. Знать характеристики идеального источника одиночных фотонов. Знать современные подходы для реализации ИОФ.

Содержание учебной дисциплины

• Введение
• Элементы волновой оптики
• Электромагнитная оптика. Метаматериалы.
• Технологические аспекты создания объектов нанофотоники
• Фотонные кристаллы. Лекция 1
• Фотонные кристаллы. Лекция 2.
• Наноплазмоника. Лекция 1.
• Наноплазмоника. Лекция 2.
• Интегральная оптика.
• Оптические резонаторы
• Оптические процессоры.
• Источники одиночных фотонов.
• Квантовые процессоры.

Элементы контроля

• Практическая работа
  Расчет параметров волновода для обеспечения волноводного эффекта в одномодовом режиме с минимизацией потерь при распространении без учета поляризации по параметрам индивидуального задания.
• Экзамен
• Коллоквиум

Промежуточная аттестация

• 2026/2027 4th module
  0.1 * Практическая работа + 0.4 * Коллоквиум + 0.5 * Экзамен

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

• Дифракционная нанофотоника - Гаврилов А.В., Головашкин Д.Л., Досколович Л.Л., Дьяченко П.Н. - Издательство "Физматлит" - 978-5-9221-1237-6 - 2011 - русский - https://e.lanbook.com/book/5296 - ЛАНЬ - 5296
• Дифракционная оптика и нанофотоника - Безус Е.А., Быков Д.А., Досколович Л.Л., Ковалев А.А. - Издательство "Физматлит" - 978-5-9221-1571-1 - 2014 - русский - https://e.lanbook.com/book/71979 - ЛАНЬ - 71979
• Игнатов, А. Н. Оптоэлектроника и нанофотоника : учебное пособие / А. Н. Игнатов. — 4-е изд., стер. — Санкт-Петербург : Лань, 2020. — 596 с. — ISBN 978-5-8114-5149-4. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/133479 (дата обращения: 00.00.0000). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
• Оптика и фотоника. Т. 1: ., Салех, Б., 2012
• Оптика и фотоника. Т. 2: ., Салех, Б., 2012
• Оптоэлектроника и нанофотоника : учебное пособие, Игнатов, А. Н., 2011
• Современная оптика и фотоника нано- и микросистем - Кульчин Ю.Н. - Издательство "Физматлит" - 978-5-9221-1646-6 - 2015 - русский - https://e.lanbook.com/book/72018 - ЛАНЬ - 72018
• Современная оптика и фотоника нано- и микросистем - Кульчин Ю.Н. - Издательство "Физматлит" - 978-5-9221-1646-6 - 2016 - русский - https://e.lanbook.com/book/91158 - ЛАНЬ - 91158

Рекомендуемая дополнительная литература

• Введение в профессию. Фотоника и оптоинформатика - Полякова Е. В. - Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича - - - 2017 - русский - https://e.lanbook.com/book/180194 - ЛАНЬ - 180194
• Основы технологии оптических материалов и изделий. Часть 1 Фотоника и оптоинформатика - Орликов Л.Н. - Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники - - - 2012 - русский - https://e.lanbook.com/book/5432 - ЛАНЬ - 5432
• Основы технологии оптических материалов и изделий. Часть 2. Фотоника и оптоинформатика - Орликов Л.Н. - Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники - - - 2012 - русский - https://e.lanbook.com/book/5433 - ЛАНЬ - 5433

Авторы

• Крыжановская Наталья Владимировна
• Журихина Валентина Владимировна