PHORIT-WG6 Componenti e Sistemi Ottici - 27 febbraio Firenze FOTONICA a TRENTO CNR-IFN Istituto di...

PHORIT-WG6 Componenti e Sistemi Ottici - 27 febbraio FirenzePHORIT-WG6 Componenti e Sistemi Ottici - 27 febbraio Firenze

FOTONICA a TRENTOFOTONICA a TRENTO

CNR-IFN Istituto di Fotonica e CNR-IFN Istituto di Fotonica e NanotecnologieNanotecnologie

FBK Fondazione Bruno KesslerFBK Fondazione Bruno Kessler

Università di TrentoUniversità di Trento

Optoelettronica Italia SrlOptoelettronica Italia Srl

NeuricamNeuricam

EyeproEyepro

VirmaxVirmax


CNR - Istituto di Fotonica e Nanotecnologie

Fotonica: Materiali, strutture e diagnosticaFotonica: Materiali, strutture e diagnostica

L’attività di ricerca in Fotonica dell’Istituto di Fotonica e Nanotecnologie L’attività di ricerca in Fotonica dell’Istituto di Fotonica e Nanotecnologie (IFN) del CNR è svolta nell’ambito del Dipartimento “Materiali e (IFN) del CNR è svolta nell’ambito del Dipartimento “Materiali e Dispositivi”, progetto “Componenti e sistemi Fotonici”, tramite la Dispositivi”, progetto “Componenti e sistemi Fotonici”, tramite la commessa “Fotonica: Materiali, strutture e diagnostica”commessa “Fotonica: Materiali, strutture e diagnostica”

Quattro laboratori sono attivi all’interno della commessa “Fotonica: Materiali, strutture e diagnostica”:

(i) il laboratorio FIDFICAMFIDFICAM che contribuisce con la sintesi e crescita di materiali organici, molecolari, nanostrutturati ed ibridi per fotonica ed optoelettronica e con lo sviluppo di dispositivi prototipali quali sensori, biosensori e celle fotovoltaiche;

(ii) il laboratorio MeSSAMeSSA che si occupa di metodi spettroscopici e spettrometrici per l’agroindustria, l’ambiente e le scienze della vita;


CNR - Istituto di Fotonica e Nanotecnologie

(iii) il laboratorio STRUMEXSTRUMEX che si occupa di sviluppo ed applicazione di strumentazione e metodologie per l’utilizzo di raggi X in studi di fisica dei materiali;

GILDA BeamLine ESRF GrenobleGILDA BeamLine ESRF Grenoble

(iv) il laboratorio “Caratterizzazione e Sviluppo di Caratterizzazione e Sviluppo di Materiali per la Fotonica e Materiali per la Fotonica e l’Optoelettronical’Optoelettronica” (CSMFOCSMFO), le cui competenze, tecnologie e tecniche diagnostiche sono focalizzate sulla fotonica in vetro.




Anode

C athode

Noz z le(2 mm)

Puls ed Valve

Pulsed Microplasma Pulsed Microplasma Cluster Source (PMCS)Cluster Source (PMCS)

He buffer gas

C arrier g asH 2, He, Ar …

S kimmer

S upers onicB eam

Heater

High vac uum

Hyperthermal Supersonic Hyperthermal Supersonic Beam Source Beam Source

•• 20nm film20nm film•• Nanoc rys tallineNanoc rys talline•• S toic hiometric T iOS toic hiometric T iO 22•• Anatas e and rutileAnatas e and rutile•• G rain G rain 88----10nm10nm•• Hig h roug hnes s , 5nmHig h roug hnes s , 5nm

••L ow diverg enc eL ow diverg enc e••Narrow veloc ity dis tributionNarrow veloc ity dis tribution••F reez ing of internal energ yF reez ing of internal energ y••C ontrol on the deg ree of c lus teringC ontrol on the deg ree of c lus tering

Hybrid MaterialsHybrid Materials

FunctionalizatioFunctionalizatio--

Sensitization Sensitization at the Nanoscaleat the Nanoscale

Solar Cells

Solar Cells

Sensors andSensors andBiosensorsBiosensors

Au TiO2 M-Pc

Glass

n-TiO2

ITO

CuPc

Hybrid

Al Contact

-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4

-0.5

0.0

0.5

1.0

Cu

rren

t D

ensi

ty (

mA

/cm

2)

Voltage (V)

VOC

: 210 mV

JSC

: 0.455 mA/cm2

VMax

: 120 mV

JMax

: 0.265 mA/cm2

FF: 0.33

Rs: 23 /cm2

XP S C 1s

Inte

nsit

y

290 289 288 287 286 285 284 283

Binding energy (eV)

110Å

30Å

CuPc/TiO2

CuPc/SiO2

200Å

Evidence ofEvidence ofChemical interaction Chemical interaction

induced by kinetic induced by kinetic activated processesactivated processes

FIDICAM Lab.FIDICAM Lab.



MeSSAMeSSA Lab. Lab.

ANALISI DI SOSTANZE ANALISI DI SOSTANZE VOLATILIVOLATILI

VOC, ovvero Composti Organici Volatili: sono sostanze che vengono emesse dalle piante, dal corpo umano o dai rivestimenti dei mobili. I profumi della frutta ne sono un esempio

Analizzando diverse qualitàdello stesso tipo di prodotto, come mele, fragole ma anche olio di oliva, mozzarella, siamo riusciti a dimostrare la capacitàdi verificarne la provenienza, quindi la loro rintracciabilità.

Le due tecniche sono complementari: le molecole che vengono mal rilevate dall’una sono ben rilevate dall’altra. Inoltre èpossibile una analisi al di fuori di un laboratorio, per es. direttamente in un meleto.

Analizzando le sostanze emesse dalle mele (Val di Non), durante sia la maturazione sulla pianta, conservazione in cella frigorifera e la successiva commercializzazione, èstato possibile seguirne la vita ed evoluzione qualitativa. In questo modo, èpossibile valutare l’efficacia di processi agronomici (momeno della raccolta, cascola etc.)e di conservazione per ottimizzare la qualitàdel prodotto orientata al consumatore.

I VOC si trovano nella atmosfera e producono effetti molto rilevanti anche in concentrazioni molto basse <1ppb, ovvero una molecola ogni miliardo di molecole in un centimetro cubo di aria. La loro rilevazione e monitoraggio è quindi spesso importante e molto difficile.

l’uso di un laser in unPer rilevare i VOC, possiamo sia ionizzarli in “modo morbido”per non romperli, tramite ioni H3O+, oppure eccitarli tramite a cella fotoacustica. Entrambe le tecniche riescono a rilevare concentrazioni fino al ppb.


CSMFO LabCSMFO Lab

RRicerca e sviluppo diicerca e sviluppo di tecnologie e tecnologie e metodologie avanzate per la metodologie avanzate per la fabbricazione e la diagnostica ottica, fabbricazione e la diagnostica ottica, spettroscopica e strutturale di materiali, spettroscopica e strutturale di materiali, strutture e dispositivi fotonicistrutture e dispositivi fotonici.

Parole chiave: Fotonica su vetro; Rf-Fotonica su vetro; Rf-sputtering; Sol-gel; Vetroceramiche sputtering; Sol-gel; Vetroceramiche ultratrasparenti, Microcavità; ultratrasparenti, Microcavità; Microrisonatori; Cristalli fotonici tipo Microrisonatori; Cristalli fotonici tipo opale; Down-converters; Nuovi opale; Down-converters; Nuovi materiali per l'emissione nel NIR; materiali per l'emissione nel NIR; Plasmonica e Metamateriali; Guide di Plasmonica e Metamateriali; Guide di luce planari; Amplificatori ottici, luce planari; Amplificatori ottici, strutture core-shell, Laser material strutture core-shell, Laser material processing.processing.



Fotonica a TrentoFotonica a Trento

L’area Materiali e Microsistemi FBK svolge attività nel campo della componentistica fotonica realizzando dispositivi ottici integrati mediante componentistica fotonica realizzando dispositivi ottici integrati mediante tecnologie microelettroniche.tecnologie microelettroniche.

FBK vanta di una dotazione strumentale e di laboratori di tutto rispetto dotazione strumentale e di laboratori di tutto rispetto soprattutto per la presenza di un laboratorio di micro fabbricazione che soprattutto per la presenza di un laboratorio di micro fabbricazione che permette la realizzazione di diversi componenti fotonicipermette la realizzazione di diversi componenti fotonici

Parole chiave: Integrazione di sensori ottici avanzati in tecnologia CMOS Integrazione di sensori ottici avanzati in tecnologia CMOS standard; guide d’onda planari e materiali nano strutturati in silicio; standard; guide d’onda planari e materiali nano strutturati in silicio; dispositivi fotovoltaici per la conversione luce corrente in silicio e con dispositivi fotovoltaici per la conversione luce corrente in silicio e con materiali organici innovativi; imagers e array lineari di fotorivelatori per materiali organici innovativi; imagers e array lineari di fotorivelatori per visione 2D e 3D, per applicazioni in spettroscopia e misure biologiche, visione 2D e 3D, per applicazioni in spettroscopia e misure biologiche, tecnologia CMOS; imagers multi spettrali (visibile, infrarosso e THz), tecnologia CMOS; imagers multi spettrali (visibile, infrarosso e THz), time-gated imaging sviluppando dispositivi ad alta sensibilità e velocità time-gated imaging sviluppando dispositivi ad alta sensibilità e velocità basati su tecnologia CMOS-SPADbasati su tecnologia CMOS-SPAD



Core business legato ai progetti e ai prodotti realizzati dall’azienda dalla sua nascita nel 1995. Sviluppo prodotti innovativi per applicazioni industriali e attività di Sviluppo prodotti innovativi per applicazioni industriali e attività di ricerca su progetti ambizioni per applicazioni civili quali quello del ricerca su progetti ambizioni per applicazioni civili quali quello del fotovoltaico a concentrazionefotovoltaico a concentrazione.Sensori optoelettronici in silicio, biomicrosistemi e microcelle Sensori optoelettronici in silicio, biomicrosistemi e microcelle fotovoltaiche in silicio con integrazione di micro e nanotecnologie.fotovoltaiche in silicio con integrazione di micro e nanotecnologie. Fototransistori e fotodiodi con strati antiriflettente dedicati, fotoASIC dedicati a trasmissioni in fibra ottica, microsistemi optoelettronici che integrano emettitori LED, sensori in silicio, ottiche e circuiti integrati con funzionalità specifiche.Fotovoltaico HCSC con sviluppo di ottiche innovative a concentrazione e di microcelle in silicio, con l’obiettivo di ottenere maggiori efficienze di conversione grazie all’integrazione di strati antiriflettenti, strutture ridimensionali MEMS, strati nanostrutturati dedicati alla conversione di parti dello spettro solare aggiuntivi rispetto alle proprietà base del silicio.



Fotonica in Università di Trento è svolta principalmente presso i Dipartimenti di Fisica ed il Dipartimento di Ingegneria e Scienza Dipartimenti di Fisica ed il Dipartimento di Ingegneria e Scienza dell’Informazione (DISI)dell’Informazione (DISI) con l’attività di cinque laboratori. Tre laboratori sono presso il Dipartimento di Fisica: il laboratorio di Spettroscopia otticaSpettroscopia ottica per lo studio di sistemi vetrosisistemi vetrosi (attività principalmente svolta nell’ambito della collaborazione con l’unità IFN-CNR), il laboratorio IDEAIDEA per lo studio di sistemi fotovoltaicisistemi fotovoltaici a concentrazione in semiconduttori composti III-V e il laboratorio NanoscienzeNanoscienze attivo con tre linee di ricerca sulla nano fotonica in silicio, i nano fotonica in silicio, i meta materiali e la biosensoristicameta materiali e la biosensoristica. Due laboratori sono presso il DISI: il laboratorio di NetworkingNetworking ed il Laboratorio di Nano-and Micro SystemsNano-and Micro Systems. Sviluppo di soluzioni di tipo architetturale ed algoritmico per la realizzazione di sistemi di commutazione “Time Driven” sia di tipo tutto-ottico che di tipo ibrido opto-elettronico Sviluppo attività relative al progetto ed alla produzione dell’hardware ed alla sua integrazione e sperimentazione


Fotonica a TrentoFotonica a TrentoInoltre si studiano meta materiali basati su silicio e materiali polimerici con l’interesse di comprendere la dinamica di fotoni in tali sistemi. I meta materiali sono essenzialmente basati su cristalli fotonici o su micro risonatori accoppiati sviluppati secondo disegni innovativi.

Visible sources

injection

cavity

Support: EC FP6 seminano, intelCollaboration: FBK-irst

Nel laboratorio Nanoscienze,Nanoscienze, la linea di ricerca storica è sulla nano fotonica in silicio dove vengono studiati sistemi amplificatori e laser basati su nano cristalli di silicio, anche co-drogati con Er, modulatori tutt’ottici, risonatori a dischi e dispositivi elettroluminescenti.


FOTONICAFOTONICA a TRENTOa TRENTONeuricamNeuricamProgettazione e caratterizzazione di telecamere a livello di chip in tecnologia CMOS, sistemi elettronici integrati e interfacce smart per sistemi video dedicati ad applicazioni specifiche. EyeproEyeproSi occupano principalmente di sistemi controllo qualità e ispezione video basati su telecamere ad alte prestazioni e sistemi di riconoscimento dedicati alle applicazioni. VirmaxVirmaxSistemi controllo qualità e ispezione video basati su telecamere e sistemi di riconoscimento dedicati ma su applicazioni industriali diverse rispetto ad Eyepro.

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