Crittografia ottica caotica Caos ed epilessia Microstrutture ottiche Valerio Annovazzi Lodi, Sabina Merlo, Mauro Benedetti Laboratorio di Elettroottica.

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1 Crittografia ottica caotica Caos ed epilessia Microstrutture ottiche Valerio Annovazzi Lodi, Sabina Merlo, Mauro Benedetti Laboratorio di Elettroottica Università degli Studi di Pavia Dipartimento di Elettronica

2 Crittografia Elaborazione un messaggio in modo da renderlo inintelleggibile agli ascoltatori non autorizzati ovvero Trasmissione sicura su di una rete insicura Metodi basati su algoritmi (crittografia software) Metodi al livello fisico (crittografia hardware) Crittografia caotica

3 Il caos e’ un regime deterministico, ma assai complesso (pseudocasuale), osservabile in un’ampia classe di sistemi non-lineari Un laser può essere portato al caos per retroriflessione da specchio remoto Un tipico laser a semiconduttore per telecomunicazioni, reso caotico, mostra una modulazione RF di decine di GHz Caos

4 Linea di trasmissione in fibra LASER CAOTICO Segnale Segnale estratto Crittografia ottica caotica Trasmettitore (Laser MASTER) Ricevitore (Laser SLAVE)

5 Sincronizzazione del caos Acquisizione della forma d’onda caotica nel dominio del tempo con Cavità CORTA ad Anello CHIUSO Slave Master

6 Cavità CORTA Anello CHIUSO Master con segnale nascosto Differenza con segnale estratto Mascheratura caotica

7 Trasmissione di un segnale video con portante a 2.4GHz Messaggio in chiaro Messaggio estratto Messaggio mascherato

8 Epilessia L'epilessia è una patologia del sistema nervoso, caratterizzata da ricorrenti crisi convulsive, che provocano gravi problemi nella normale attività di un individuo (possono portare anche alla perdita della coscienza) peggiorandone la qualità della vita. La previsione della convulsione è di fondamentale importanza per evitare continue cure farmacologiche, non sempre efficaci e non prive di effetti collaterali

9 Epilessia ANTICIPO CRISI Previsione della crisi epilettica: -Stima della dimensione caotica di EEG -Ricerca di pattern

10 Argomenti di progetto triennale sul caos - Caratterizzazione laser caotici - Caratterizzazione di moduli integrati per crittografia - Nuovi schemi di crittografia -Analisi di tracciati EEG umani per la previsione di crisi epilettica Collaborazione con Istituto Mario Negri (MI) -

11 Microstrutture ottiche in silicio: Cristalli fotonici Microspecchi

12 18871987 Materiali artificiali con distribuzione periodica dell’indice di rifrazione Hanno bande fotoniche di energia proibita Ovvero lunghezze d’onda in cui si comportano da “isolanti ottici” (need a more complex topology) Cristalli fotonici

13 Photonic Crystals in Nature wing scale: Morpho butterfly 6.21µm [ L. P. Biró et al., PRE 67, 021907 (2003) ] Peacock feather [J. Zi et al, Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 100, 12576 (2003) ] [figs: Blau, Physics Today 57, 18 (2004)]

14 Microcolonne Micropiani Strutture realizzate presso l'Università di Pisa con tecnologia di microlavorazione del Silicio http://phobos.iet.unipi.it/~barilla/micromachining.htm Periodo = 3 - 4 - 8 µm 1 ÷ 4 µm 2D 1D 50-100 µm

15 Foto al microscopio a scansione elettronica (SEM) di cristalli fotonici in silicio microlavorato

16 Finanziamento Fondazione Alma Mater Ticinensis 2010-2012 Verso lo sviluppo di un biosensore ottico basato su cellule: studio di cristalli fotonici in silicio microlavorato come dispositivi micro-ottici per il monitoraggio di attività cellulari. (in collaborazione con IGM-CNR di Pavia e Dip. di Ing. dell’Informazione di UniPISA) Foto di globuli bianchi marcati con colorante fluorescente blu che si sono infilati tra le pareti in silicio del cristallo fotonico

17 FSiV-g Foto al microscopio (vista dall’alto) di cellule MRC-5V1 fibroblasti marcati con colorante fluorescente rosso che sono cresciute tra le pareti in silicio del cristallo fotonico

18 Foto al microscopio a scansione elettronica (SEM) di cellule MRC-5V1 fibroblasti che sono cresciute in verticale sulle pareti in silicio del cristallo fotonico

19 Microstrutture ottiche in silicio: Cristalli fotonici Microspecchi

20 Pico Projector (STM & bTendo)

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22 Argomenti di tesi Caratterizzazione ottica di cristalli fotonici 1D Misure di riflettività e trasmissività a varie lunghezze d'onda su cristalli fotonici 1D in silicio, anche in presenza di cellule e materiale biologico vario. Prevede l’utilizzo di fibre ottiche e strumentazione optoelettronica. Caratterizzazione del funzionamento dinamico di microspecchi in silicio Misure di frequenze di risonanza di microspecchi utilizzando tecniche ottiche. Prevede l’utilizzo di laser e strumentazione elettronica.