Time table and lecture/lab local for 2010 Time table and lecture/lab local for 2011 Time table and lecture/lab local for 2012
FBB3080 Computational Nanophotonics
Number of credits (ECTS) Course aims For whom Course contents Course organization Prerequisites Number of students Course literature Course requirements Examination Examinator Contact person Link to course URL Information about when the course is given the next time How to apply and last day of application Additional information FBB3080 Nanofotonik beräkningar
Antal högskolepoäng (ECTS) Kursmål Målgrupp Kursinnehåll Kursupplägg Behörighetskrav Antal platser Kurslitteratur Krav för slutbetyg Examination Examinator Kontaktperson Länk till kurshemsida Information om när kursen ges nästa gång Hur man ansöker och sista anmälningsdag Övrig information
7,5+2,5
The course will provide attendants with an intimate knowledge of light-matter interactions in novel nanostructures, leading to the very front of the research and development of nanophotonics and biophotonics. The link between basic physics, chemistry and biology and the output -imaging-- from the real devices is closely observed in this course.
After a successful course completion, the attendant will be able to:
1. Reflect the fundamental principle of light-matter interaction in nanostructures.
2. Digitalize the fundamental light-matter interaction via identifying and analyzing the time and memory requirements in numerical computation and computer visualization.
3. Compute and visualize electron, photon, and electron-photon interaction (light-matter) in simplified nano optoelectronic and bio systems.
The course is intended for PhD students (even senior undergraduates) who wish to learn about light-matter interactions on the nanoscale, as well as applications of photonics and biotechnology.
Photonics is an all-encompassing optical science and technology, which has impacted a diverse range of fields, from information technology to health care. Nanophotonics is photonic science and technology that utilizes light-matter interactions on the nanoscale, where researchers are discovering new phenomena and developing technologies that go well beyond what is possible with conventional photonics and electronics. These new technologies could include efficient solar power generation, high-bandwidth and high-speed communications, high-capacity data storage, flexible and high-contrast displays. In addition, nanophotonics will continue to impact biomedical technologies by providing new and powerful diagnostic techniques, as well as light-guided and activated therapies.
"Computational Nanophotonics" provides a comprehensive treatment of this exciting, multidisciplinary field, offering a wide range of topics covering: Foundations, materials, theories, and applications. "Computational Nanophotonics" introduces students to important and timely concepts and cutting-edge references. The course is intended for anyone who wishes to learn about light-matter interactions on the nanoscale, as well as applications of photonics and biotechnology.
This course has been developed in parallel with the fast-advancing multidisciplinary research and technological developments, and addresses three main areas:
Part 1 fundamental quantum mechanics of light-matter interaction
Part 2 subwavelength optoelectronics
Part 3 bionanophotonics development
Part 1 and part 2 (Lectures 1-6) are closely connected and will be tightly taught (7,5 credits). Part 3 (Lectures 7 and 8, 2,5 credits), i.e., nanophotonics in biotechnology application can be taught as a continuation if so wished.
Six lecture times (each times 2x45 min lectures) with home assignments (there will be a reading before lecture ca 1 day work load; and work load for each home assignment is ca 2 day); Two computational laborations (work load ca 3 days for each lab) will be coordinated based on practical problems in nanophotonics. Total work load is ca 23 days.
Lectures
1&2 Fundamentals of light-matter interaction
Energy, covalent and non-covalent bonds, Photons and electrons
3 Numerical computations and basic techniques computer visualization
4&5&6 Principles of nano optoelectronics
Fundamentals of electromagnetic fields; Subwavelength light control; Nanophotonics
7&8 Principles of biophotonics
Biophotonics: interaction of light with cells and tissues
Bionanophotonics
Basic knowledge of Fortran is required since subroutines that calculate physical processes are written in Fortran. C and C++ will also work. Matlab and mathematica will be the basic graphic software tools during the course lectures as well as laborations. Self development of numerical computation and visualization tool/software is surely an extra bonus.
Background in quantum mechanics and electromagnetic field theory
10 per year
Detailed lecture notes will be distributed by including the latest worldwide research and technological development activities
Course book:
Y. Fu and M. Qiu, Nonlinear optical properties of nanostructures. Pan Stanford Publishing. 2010
For the base 7,5-credit part:
Home assignments (including computational exercises) of about 32 hours will be required and the results will also affect the final grade.
Attendants are required to complete written examination directly related to the courses (mostly concerning fundamental knowledge about concepts in nanophotonics and photonics-related computation issues).
Two computational laborations will be coordinated based on practical problems in nanophotonics and performed in the research lab of the department, which will affect the final grade. The two lab projects will be positioned approximately at 1/4 and 3/4 time of the course, aiming at assessing functioning knowledge.
An extra computational project will be given for those who wish to continue to the 2.5 hp project. The students have one week for the project and are not expected to finish the project - they are assessed on how much progress they have made. The goal of this project is how to prepare for unpredictable real-world problems.
5 home assignments, 1,5 credits, grade scale: P, F
LAB1 - Laboratory Work, 1,0 credits, grade scale: P, F
LAB2 - Laboratory Work, 2,0 credits, grade scale: A, B, C, D, E, FX, F
Written examination, 3,0 credits, grade scale: A, B, C, D, E, FX, F
Computational project, 2,5 credits, grade scale: : A, B, C, D, E, FX, F
The grading scale corresponds to the three principal objectives of the course: objective (1) D-E; objective (2) B-C; objective (3) A-B.
Ying Fu, Min Yan
Ying Fu
Phone: 08 55378417
E-mail: fu@kth.se
Min Yan
Phone: 08 7904064
E-mail: miya@kth.se
www.kth.se/student/kurser/kurs/BB3080
www.theochem.kth.se/people/fyg/
2011 Feb, v8
email fu@kth.se, miya@kth.se
7,5+2,5
Kursen kommer att ge fördjupade kunskaper i ljus-materiainteraktioner i nanostrukturer, som leder till frontlinjen i forskning och utveckling av nanofotonik och biofotonik. Kursen följer noggrannt kopplingen mellan grundläggande fysik, kemi och biologi och slutresultatet - avbildning - från de fysiska komponenterna.
Efter kursens slutförande kommer studenten att:
1. Kunna redogöra för och reflektera kring de grundläggande principerna för ljus-materiainteraktioner i nanostrukturer.
2. överföra de grundläggande ljus-materiainteraktionerna till digital form, och identifiera tid- och minneskraven för numeriska beräkningar och datorvisualiseringar.
3. Beräkna och visualisera elektron-, foton- och elektron-fotoninteraktioner (ljus-materia-interaktioner) i förenklade nano-, optoelektroniska och biologiska system.
Kursen är avsedd för doktorandstudenter (och äldre teknologer) intresserade av ljus-materiainteraktioner i nanoskala och tillämpningar i fotonik och bioteknik.
Fotonik är en allomfattande optisk vetenskap och teknologiområde, som har satt avtryck i ett stort antal områden - från informationsteknologi till sjukvård. Nanofotonik är en fotonisk vetenskap och teknologi som använder ljus-materiainteraktioner i nanoskala där forskare upptäcker nya fenomen och utvecklar teknologier som går långt förbi vad som är möjligt med konventionell fotonik och elektronik. Dessa nya teknologier inbegriper effektiv solkraft, bredbands- och höghastighetskommunikation, datalagring med hög kapacitet, flexibla displayer med hög kontrast. Därtill kommer nanofotonik att sätta spår i biomedicinska teknologier genom att ge nya och kraftfulla diagnostiska tekniker och ljusguidade och -aktiverade terapier.
"Nanofotoniska beräkningar" ger en omfattande behandling av denna spännande multidisciplinära område, och erbjuder ett brett urval av ämnen som:
Grunderna, material, teorier, och tillämpningar. "Nanofotoniska beräkningar" introducerar studenterna till viktiga och aktuella begrepp och referenser i forskningens frontlinjer. Kursen är avsedd för alla som vill lära mer om ljus-materiainteraktioner på nanoskala, tillika tillämpningar i fotonik och bioteknologi.
Kursen har utvecklats i parallell med snabbt fortskridande multidisciplinära forsknings- och teknikutvecklingar, och behandlar tre huvudsakliga ämnen:
Del 1 Grundläggande kvantmekanik för ljus-materiainteraktion
Del 2 Subwavelength-optoelektronik
Del 3 Bionanofotonik
Del 1 och del 2 (Föreläsningar 1-6) är tätt ihopkopplade och kommer att undervisas ihop (7,5 poäng). Del 3 (föreläsningar 7 och 8, 2,5 poäng), dvs nanofotonik i biotekniska tillämpningar kan undervisas som en fördjupning som så önskas.
Sex föreläsningstillfällen (varje gång 2x45 minuters föreläsning) med hemuppgifter (före föreläsningarna kommer läsning, ca 1 dags arbetsbörda, och arbetsbördan för varje hemuppgift är ca 2 dagar);
Två datorlabbar (arbetsbörda ca 3 dagar för varje labb) kommer att ges, baserade på praktiska problem i nanofotonik. Total arbetsbörda är ca 23 dagar.
Föreläsningar
1&2 Grunderna i ljus-materiainteraktioner
Energi; kovalenta och ickekovalenta bindningar; Fotoner och elektroner
3 Numeriska beräkningar och grundläggande tekniker för datorvisualisering
4&5&6 Principerna för nano-optoelektronik
Grunderna för elektromagnetiska fält; Subwavelength-styrning av ljus; Nanofotonik
7&8 Principerna för biofotonik
Biofotonik: Ljusets interaktion med celler och vävnad
Bionanofotonik
Grundläggande kunskaper i Fortran krävs eftersom subrutiner som beräknar fysikaliska förlopp är skrivna i Fortran. Kunskaper i C/C++ går bra. Matlab och Mathematica kommer att vara de grundläggande grafiska mjukvaruverktygen i kursföreläsningarna och labbarna. Egen utveckling av numeriska beräkningar och visualiseringsverktyg/-mjukvara är förstås en extrabonus.
Bakgrund i kvantmekanik och elektromagnetisk fältteori.
10/år
Detaljerade föreläsningsanteckningar kommer att distribueras, med de senaste globala forsknings- och utvecklingsaktiviteterna inkluderade.
Kursböcker
Y. Fu and M. Qiu, Nonlinear optical properties of nanostructures. Pan Stanford Publishing. 2010
För den grundläggande 7,5p-delen:
Hemuppgifter (inkl datoruppgifter) på ca 32 timmar krävs oc resultatena kommer påverka slutliga betyget.
Studenterna skall göra en skriven examination direkt relaterat till kursinnehållet (mest grundläggande kunskaperna om begrepp i nanofotonik och fotonikrelaterade beräkningsproblem).
Två datorlabbar kommer ges i forskningslabbet i avdelningen, baserade på praktiska problem i nanofotonik. De kommer påverka slutbetyget. De två labbprojekten kommer att placeras ungefär efter att 1/4 och 3/4 av kursen pågått, för att utvärdera praktisk kunskap.
En extra beräkningsprojekt kommer ges till de som vill fortsätta med 2,5p-projektet. Studenterna har en vecka på sig för projektet och förväntas inte hinna bli klar med projektet - de utvärderas efter hur långt de kommit. Målet med projektet är att förbereda sig för oförutsägbara problem i verkligheten.
5 hemuppgifter, 1,5 poäng, betygskala G, U
LAB1 - Laborationsuppgift, 1,0 poäng, betygskala G, U
LAB2 - Laborationsuppgift, 2,0 poäng, betygskala A, B, C, D, E, FX, F
Skriven tentamen, 3,0 poäng, betygskala A, B, C, D, E, FX, F
Betygskalan motsvarar de tre huvudsakliga målen för kursen:
mål (1) D-E; mål (2) B-C; mål (3) A-B
Ying Fu, Min Yan
Ying Fu
Tel: 08 55378417
E-mail: fu@kth.se
Min Yan
Phone: 08 7904064
E-mail: miya@kth.se
www.kth.se/student/kurser/kurs/BB3080
www.theochem.kth.se/people/fyg/
2011 februari v8
email fu@kth.se, miya@kth.se