Данный курс направлен на формирование базовых знаний в области излучения и подсчета одиночных фотонов. Подробно будут описаны принципы подсчёта одиночных фотонов с корреляцией по времени, современные методы время разрешенной микроскопии и корреляционной спектроскопии, а также их применение для различных областей физики и наук о жизни. Также будут рассмотрены вопросы экспериментальной квантовой нанофотоники, связанные с использованием различных материалов для генерации одиночных фотонов, управлением их излучением и созданием квантовых устройств на чипе.
Part 1. Single-photon counting
- Introduction: historical background, confocal microscopy, fluorescence microscopy
- Time-correlated single-photon counting (TCSPC): work principles.
- Toolkit for TCSPC: excitation sources, optical systems, electronics
- Detectors for Photon Counting
- Test on the basis of the Part 1
Part 2. Single-photon generation
- Introduction: why do we need single photons?
- Single Photon Source Characterization (HBT interferometer, Spectral Brightness, Intensity Correlation Functions)
- Single Photon Sources (Diamond nanophotonics, Quantum dots and nanotubes, 2D materials, Advanced materials)
- Single photon radiation control in nanophotonics. Quantum nanophotonics on a chip.
- Test on the basis of the Part 2
Part 3. Application of TCSPC Techniques
- Fluorescence Lifetime Imaging (FLIM)
- Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS)
- Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET)
- Stimulated Emission Depletion Microscopy (STED)
- Test on the basis of the Part 3
Labs
- Lifetime measurements L
- Single-photon radiation detection
- FLIM
Seminars
- Students talks on single photon emission and counting applications
Часть 1. Подсчет одиночных фотонов
- Введение: историческая справка, конфокальная микроскопия, флуоресцентная микроскопия
- Коррелированный по времени счет одиночных фотонов (TCSPC): принципы работы
- Инструментарий для TCSPC: источники возбуждения, оптические системы, электроника
- Детекторы для подсчета фотонов
- Тест на основе 1 части
Часть 2. Излучение одиночных фотонов
- Введение: зачем нам нужны одиночные фотоны?
- Характеристики однофотонного источника (интерферометр ХБТ, спектральная яркость, функции корреляции интенсивности)
- Однофотонные источники (нанофотоника алмаза, квантовые точки и нанотрубки, 2D материалы, современные материалы)
- Контроль однофотонного излучения в нанофотонике. Квантовая нанофотоника на чипе.
- Тест на основе 2 части
Часть 3. Применение методов TCSPC
- Микроскопия визуализации времени жизни флуоресценции (FLIM)
- Флуоресцентная корреляционная спектроскопия (FCS)
- Флуоресцентный резонансный перенос энергии (FRET)
- Микроскопия на основе подавления спонтанного испускания (STED)
- Тест на основе 3 части
Лабораторные
- Измерение времени жизни люминесценции
- Регистрация однофотонного излучения
- Микроскопия визуализации времени жизни флуоресценции
Семинары
- Доклады студентов по исследованиям в области излучения одиночных фотонов и их регистрации