Journal Club 2018 | Tanabe Photonic Structure Group

Journal Club

Nach Jahr (Apr-Dez)

GJ 2018.

Präsentation :

Elektronik und Photonik sind Schlüsseltechnologien zur Unterstützung der Industrie, aber die Integration dieser beiden Technologien auf dem Chip stellt traditionell eine große Herausforderung dar. Die Kosten für die Anwendung dieser Technologien auf eine große Zahl von Anwendungen sind jedoch unerschwinglich.
Deshalb wird in dieser Studie die Photonentechnologie durch die Einführung einer polykristallinen Siliziumschicht in den CMOS-Prozess integriert. Es wurde nachgewiesen, dass verschiedene optische Elemente wie Wellenleiterstrukturen, Hochgeschwindigkeitsmodulatoren und Photodetektoren zusammen mit Transistoren auf einem einzigen Chip im CMOS-Prozess integriert werden können.

Präsentation :

In dieser Arbeit haben wir einen Metall-Isolator-Metall (MIM) Drucksensor vorgeschlagen, der aus zwei plasmonischen Wellenleitern und einem doppelten quadratischen Ringresonator besteht. Die beiden quadratischen Ringe sind über ein rechteckiges Feld zwischen den beiden Ringen verbunden. Zur Simulation des Geräts wurde die Finite-Difference-Time-Domain-Methode (FDTD) verwendet. Wird Druck auf die Struktur ausgeübt, verformt sie sich, und es wurde eine Rotverschiebung der Resonanzwellenlänge um 103 nm berechnet. Der vorgeschlagene optische plasmonische Drucksensor hat eine Empfindlichkeit von 16,5nm/MPa, die Der vorgeschlagene optische plasmonische Drucksensor hat eine Empfindlichkeit von 16,5 nm/MPa, was ihn für den Einsatz in der biologischen und biomedizinischen Technik sehr geeignet macht.

Präsentation :

Die Fähigkeit, Partikel im Nanomaßstab auf zuverlässige und nicht-invasive Weise optisch zu erfassen, hat sich als wichtige Fähigkeit für die Nanowissenschaft herausgestellt. Daher wurden verschiedene Techniken, darunter plasmonische Nanostrukturen, für die Erfassung von Partikeln im Nanomaßstab eingeführt. Nanooptische Pinzetten, die auf Plasmonen basieren, haben jedoch Probleme mit der Joule'schen Erwärmung aufgrund der hohen Verluste in Metallen. In dieser Studie wird ein nicht-plasmonischer Ansatz experimentell demonstriert, d. h. optisches Einfangen und Transportieren von Nanopartikeln mit Hilfe von Silizium-Nanoantennen. Hier wurden Polystyrol-Nanopartikel mit Durchmessern von 20 und 100 nm eingefangen und ihre Position mit Hilfe der Fluoreszenzmikroskopie in Abhängigkeit von der Zeit verfolgt. Dabei zeigte sich, dass mehrere Nanopartikel gleichzeitig von einer einzigen Nanoantenne eingefangen werden können. Es werden auch Simulationen der Nano-Antennen vorgestellt, die verstärkte optische Kräfte bei geringer Wärmeentwicklung vorhersagen. Diese Studie zeigt, dass Silizium-Nanoantennen den optischen Einschluss von Nanopartikeln ohne nachteilige thermische Effekte ermöglichen.

Präsentation :

"Laterale p-n-Übergänge aus Graphen sind wichtig, da sie die Kernkomponenten in einer Vielzahl von Anwendungen darstellen. Die Bildung von lateralen p-n-Übergängen aus Graphen mit einem kontrollierbaren Dotierungsgrad ist jedoch aufgrund der Monolageneigenschaft von Graphen immer noch eine große Herausforderung. Durch selektive Ionenimplantation und In-situ-Wachstum durch dynamisches chemisches Aufdampfen Abscheidung wird die direkte Bildung von nahtlosen lateralen Graphen-p-n-Übergängen mit räumlicher Kontrolle und abstimmbarer Dotierung demonstriert. Sowohl in den bor- als auch in den stickstoffdotierten Bereichen wird eine gleichmäßige Gittersubstitution mit Heteroatomen erreicht, und die photoelektrische Bewertung Als Ionenimplantation eine Standardtechnik in der Mikroelektronik ist, schlägt unsere Studie eine einfache und effektive Strategie für die Massenproduktion von Graphen p-n Verbindungen mit Chargenfähigkeit und räumlicher Kontrollierbarkeit, die leicht in die Produktion von Elektronik auf Graphenbasis integriert werden können, und Photonik", zitiert nach [Gang Wang, et al "Seamless lateral graphene p-n junctions formed by selective in situ doping for high-performance photodetectors", Nature Communicationsvolume 9, Article number: 5168 (2018)].

Präsentation :

Die Entdeckung schwacher Radialgeschwindigkeitsverschiebungen von Wirtssternen, die durch sie umkreisende Planeten verursacht werden, ist eine wichtige Technik zur Entdeckung und Charakterisierung von Planeten Optische Frequenzkämme ermöglichen die Kalibrierung von stellaren Radialgeschwindigkeitsverschiebungen auf einem Niveau, das für die Entdeckung von Erdanaloga erforderlich ist. Ein neues chipbasiertes Gerät, der Kerr-Soliton-Mikrokamm, verfügt über Eigenschaften, die sich ideal für den allgegenwärtigen Einsatz außerhalb des Labors und sogar in zukünftigen weltraumgestützten Instrumenten eignen. Darüber hinaus sind Mikrokamm-Spektren ideal für die Kalibrierung astronomischer Spektrographen geeignet und machen Filterungsschritte überflüssig. Für die Kalibrierung von astronomischen Spektrographen demonstrieren wir hier ein Die Suche nach dem bekannten Exoplaneten HD 187123b wurde am Keck-II-Teleskop als erste Demonstration von Mikrokämmen im Feld.

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Das Internet der Dinge (IoT) nutzt zahlreiche drahtlose Sensoren, um Daten über die physische Umgebung (Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck) zu erhalten, und bietet zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten, darunter Umweltmessungen, Sensoren für das Gesundheitswesen, intelligente Städte und Präzisionslandwirtschaft. Drahtlose Sensoren sammeln, analysieren und übertragen Daten über die Umwelt. Im Allgemeinen bestehen die im IoT verwendeten drahtlosen Sensoren hauptsächlich aus elektronischen Geräten, die in vielen Situationen elektromagnetischen Störungen ausgesetzt sein können. Optische Sensoren sind unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen und bieten daher erhebliche Vorteile in rauen Umgebungen. Durch die Einführung optischer Resonanz zur Verbesserung der Lichtinteraktion können optische Sensoren auf Resonatorbasis die Leistungsfähigkeit und Flexibilität drahtloser Sensoren durch kompakte, empfindliche und vielseitige Funktionen erheblich steigern. In dieser Studie wird die erste Demonstration eines drahtlosen photonischen Sensorknotens vorgestellt, der auf einem optischen Resonator mit Flüstergaleriemodus (WGM) basiert.

Präsentation :

In den letzten Jahren wurden Strahlen mit Bahndrehimpuls (OAM), wie z. B. optische Wirbel, intensiv erforscht, aber Geräte, die bestimmte Werte nicht nur detektieren, sondern auch messen können, waren auf die Bulkgröße beschränkt. In dieser Studie wird ein neuer CMOS-kompatibler plasmonischer topologischer Isolator Sb2Te3 verwendet, um ein Mikro-OAM-Messgerät herzustellen.
Der vorgeschlagene topologische Isolator hat im Vergleich zu herkömmlich verwendeten Materialien wie Au hervorragende Eigenschaften im UV- und sichtbaren Lichtbereich und ermöglicht hochpräzise OAM-Messungen mit einem Übersprechen von unter -20 dB.
Topologische Isolatoren, OAMs und Oberflächenplasmonpolaritonen werden im Laufe des Tages ebenfalls kurz vorgestellt.

Präsentation :

Optische Gyroskope können die Drehgeschwindigkeit mit Hilfe des Sagnac-Effekts ermitteln. Gyroskope, die auf diesem Prinzip basieren, eignen sich sehr gut für die Miniaturisierung auf nanophotonischen Strukturen. Das Signal-Rausch-Verhältnis von Gyroskopen ist jedoch im Allgemeinen durch thermische Schwankungen und Fabrikationsfehler begrenzt. Aufgrund dieser relativ geringen Signalstärke auf der Mikroskala wurden integrierte nanophotonische Gyroskope bisher nicht realisiert.
In dieser Studie wird eine neue Methode namens "reziproke Empfindlichkeitsverbesserung" verwendet, um thermische Fluktuationen und Fabrikationsfehler zu unterdrücken, was zu einem ultrakompakten Gyroskop führt. Das Gyroskop ist 500 Mal kleiner als herkömmliche faseroptische Gyroskope, aber 30 Mal empfindlicher.

Präsentation :

Der Nobelpreis für Physik 2018 wurde zur einen Hälfte an Arthur Ashkin für die optische Pinzette und ihre Anwendung auf biologische Systeme und zur anderen Hälfte an den Nobelpreisträger für Physik verliehen. Dr. Strickland ist die dritte Frau unter den 210 Nobelpreisträgern, die den Nobelpreis erhalten haben. In der Präsentation wird ein kurzer Einblick in die in diesem Jahr ausgezeichneten wissenschaftlichen Arbeiten gegeben vorgestellt, dann wird die neueste Arbeit der Gruppe von Dr. Strickland gezeigt, die über eine kompakte Anlage mit hoher Durchschnittsleistung berichtet, Sub-Pikosekunden, zweifarbiger (1025 und 1085 nm) fasergekoppelter Yb:Faserlaser mit gechirpter Pulsverstärkung.

Präsentation :

Kristallresonatoren haben als grundlegende Plattform für ein breites Spektrum von Anwendungen, einschließlich der Erzeugung von Solitonen, rauscharmer Mikrowellen und Frequenzstabilisierung, Aufmerksamkeit erregt.
Daher wurde in dieser Studie eine hocheffiziente On-Chip-Kopplung erreicht, indem Licht aus einem Siliziumnitrid-Wellenleiter in einen Siliziumdioxid-Wellenleiter mit einer luftüberbrückten Struktur eingefügt wurde.
Diese Methode ist im Vergleich zur Kopplung mit konischen Fasern robuster und verpackungsfähiger.

Präsentation :

Elektronische Oszillatorschaltungen werden in vielen Bereichen eingesetzt, von der Telekommunikation bis zur Takterzeugung. Diese Unzulänglichkeiten elektronischer Oszillatorschaltungen sind ein Grund für den Entwurf von opt-elektronische Oszillatoren.

Präsentation :

Der Erbium-dotierte Faserverstärker ist ein Schlüsselbauelement in der WDM/DWDM-Technologie. Die Modellierung von EDFA ist rechenintensiv. In diesem Beitrag untersuchen wir die Anwendung eines mehrschichtigen neuronalen Feed-Forward-Netzwerks zur Modellierung eines EDFA.

Präsentation :

In den letzten Jahren haben zellulosehaltige Materialien als Ersatz für herkömmliche Kunststoffe unter Umweltgesichtspunkten neues Interesse geweckt. In dieser Studie haben wir photonische und plasmonische Strukturen aus Hydroxypropylcellulose (HPC) mittels Softlithographie hergestellt. Die photonischen Zellulosekristalle sind biologisch anwendbar und in verschiedenen Lösungsmitteln, wie z. B. Wasser, abbaubar. Sie können durch photonische Strukturen gefärbt werden und haben eine verstärkte Photolumineszenz. Außerdem wird gezeigt, dass die plasmonischen Kristalle für die oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie verwendet werden können, indem plasmonische Kristalle mit einer Metallbeschichtung gebildet werden.

Präsentation :

Optofluidische Farbstofflaser mit integrierten optischen Resonatoren in mikrofluidischen Geräten ermöglichen den empfindlichen Nachweis kleiner Mengen und geringer Konzentrationen von Objekten. In dieser Studie wird ein auf Förster-Resonanz-Energie-Transfer (FRET) basierender Mehrfarbenlaser mit einem optischen Mikrotröpfchenresonator realisiert. Hier wurden monodisperse mikrofluidische Tröpfchen mit eingeführtem Cumarin 102 erzeugt. Diese kugelförmigen Tröpfchen wirkten wie ein optischer Resonator im Flüstergalerie-Modus und wurden bei einer Wellenlänge von etwa 470 nm betrieben. Die Zusammensetzung des Verstärkungsmediums im Tröpfchenresonator konnte verändert werden, und die Wellenlänge konnte von blau auf orange (~590 nm) geändert werden, indem Rhodamin 6G in das fließende Tröpfchen eingebracht wurde. Während der Rhodamin 6G-Bestrahlung wurde keine Cumarin 102-Emission beobachtet. Die Möglichkeit, die Farbe der Strahlung im selben Tröpfchenresonator zu steuern, wie in der vorliegenden Studie, ermöglicht den kontinuierlichen Nachweis mehrerer Arten von Zielmolekülen im oder um den Resonator.

Präsentation :

Die Schnittstellen zwischen Fasern und Chips, Chip-zu-Chip und Chip-zu-Chip usw. sind seit jeher eine Herausforderung bei der Integration photonischer Geräte. Konventionelle Ansätze erfordern eine hochpräzise Ausrichtung und eine genaue Berücksichtigung der Anpassung der Modeeigenschaften. In dieser Studie werden 3D-gedruckte Strahlformungselemente an den Endflächen von Fasern und Chips angebracht, um die Kopplungseffizienz zu verbessern. Darüber hinaus werden die Strahlform und die Ausbreitungsrichtung mit Hilfe von 3D-gedruckten Freiformspiegeln angepasst, und der Strahl wird durch mehrere Linsen erweitert. Dies hat zu einer erheblichen Leistungssteigerung bei der Integration mehrerer Chips geführt.

Präsentation :

Das Internet sendet Hunderte von Tbit/s an Informationen und verbraucht 91 TP2T des weltweiten Stromverbrauchs. Es werden effizientere Kommunikationslichtquellen benötigt, um den Energieverbrauch zu senken, der jährlich um 20-301 TP2T steigt. Bei diesem aktuellen Trend wird erwartet, dass durch die Verwendung einer einzigen Kammlichtquelle anstelle von mehreren Laserlichtquellen gleichzeitig Energie und Platz gespart werden können. In dieser Forschung wurde ein Kamm mit einem extrem hohen Wirkungsgrad von 661 TP2T durch die Verwendung eines Wellenleiters aus AlGaAs erfolgreich erzeugt. Durch die Verwendung dieser Kammlichtquelle für die Informationsübertragung wurden 661 Tbit/s erreicht.

Präsentation :

Optische Elemente, die die Ausbreitung von Licht nur in eine Richtung zulassen, so genannte optische Isolatoren, sind für eine Vielzahl von Anwendungen wichtig. Eine nicht gegenläufige Ausbreitung von Schallwellen kann durch die Verwendung von rotierenden mechanischen Elementen erreicht werden. In der vorliegenden Studie wurde ein ähnlicher Gedanke auf Lichtwellen angewandt und der Versuch unternommen, einen optischen Isolator zu realisieren. Lichtwellen sind jedoch wesentlich schneller als Schallwellen, so dass eine erhebliche Rotationsgeschwindigkeit erforderlich ist, um den gleichen Effekt zu erzielen. Die hohe Rotationsgeschwindigkeit führt zu einer axialen Unschärfe, die es schwierig macht, den Abstand zwischen Resonator und Hohlleiter einzuhalten, und eine kritische Kopplung kann nicht aufrechterhalten werden. Infolgedessen wurden andere Methoden zur Isolierung gewählt.
Durch die Anwendung des Prinzips, dass der Magnetkopf mit Nanometer-Genauigkeit aus der Platte austritt, wurde die Kopplung in einem Abstand von wenigen Nanometern zum Resonator erreicht. In diesem Experiment wurden die Rechts- und Linksmoden durch Rotation des Resonators mit hoher Geschwindigkeit getrennt, um eine Isolation von 99,61 TP2T zu erreichen.

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Intelligente Verkehrssysteme (IVS) sind Infrastrukturtechnologien, die z. B. zur Steuerung von Ampeln eingesetzt werden. In dieser Studie wird ein Radarsensor vorgeschlagen, der gleichzeitig die drei für IVS erforderlichen technischen Aufgaben erfüllen kann: Messung des Verkehrsaufkommens, Messung der Geschwindigkeit und Unterscheidung der Fahrzeugtypen.

Präsentation :

Weiche Materialien, die ihre Form als Reaktion auf Stimuli wie Wärme, Licht oder Magnetfelder verändern, haben das Potenzial für zahlreiche Anwendungen, die von flexibler Elektronik und weicher Robotik bis hin zu biomedizinischen Herausforderungen wie Medikamentenverabreichung und Biotissue Engineering reichen. Der Einsatz von Magnetfeldern ist insbesondere für medizinische Anwendungen vielversprechend, bei denen Materialien aus der Ferne manipuliert und in geschlossenen Räumen bewegt werden müssen, die derzeitigen Herstellungsverfahren jedoch nur einfache Formänderungen bewirken können.
In dieser Studie wird eine Technik zum Drucken weicher Materialien vorgestellt, die magnetisch aktiviert werden und sich in weniger als einer Sekunde verformen: Durch Magnetisierung der Düse eines 3D-Druckers und Steuerung der Anordnung ferromagnetischer Mikropartikel in einer Silikonkautschukmatrix können Strukturen hergestellt werden, die reversibel und dynamisch verformbar sind. Die hergestellten Materialien können so programmiert werden, dass sie eine Vielzahl nützlicher Aktionen ausführen, wie z. B. Drehen, Springen und Greifen von Objekten, und es wird erwartet, dass sie eine breite Palette von Anwendungen haben werden.

Präsentation :

Optische Frequenzkämme mit gleichmäßig verteilten Frequenzkomponenten sind die Grundlage der modernen Frequenzmetrologie, der Präzisionsspektroskopie, der astronomischen Spektroskopie, der ultraschnellen Optik und der Quanteninformationstechnik. Frequenzkämme im Chip-Maßstab, die Nichtlinearitäten wie Kerr- und Raman-Effekte in monolithischen Mikrokavitäten mit ultrahohem Q-Wert ausnutzen, haben in den letzten Jahren mit der Beobachtung von temporalen Resonator-Solitons Fortschritte gemacht. Allerdings ist es im Allgemeinen schwierig, die Wellenlängendispersion im Laserresonator, die für die Bildung des optischen Kammes ausschlaggebend ist, durch ein elektrisches Feld einzustellen, und zwar sowohl in Mikrokavitäten als auch in Faserresonatoren. Eine solche elektrische dynamische Steuerung verbindet optische Frequenzkämme mit der Optoelektronik und ermöglicht die Ausgabe verschiedener optischer Kämme in einem einzigen Resonator mit schneller und bequemer Abstimmbarkeit. Aufgrund der außergewöhnlichen Fermi-Dirac-Abstimmbarkeit und der ultraschnellen Ladungsträgerbeweglichkeit weist Graphen eine komplexe optische Dispersion auf, die durch seine optische Leitfähigkeit bestimmt wird, die durch die Gate-Spannung eingestellt werden kann. Hier führen wir eine abstimmbare optische Leitfähigkeit in einen mikrooptischen Siliziumnitrid-Resonator ein und zeigen die Abstimmbarkeit eines optischen Frequenzkamms auf Graphenbasis durch Variation der Wellenlängendispersion zweiter und höherer Ordnung innerhalb des Resonators.

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In dem Bericht zeigen wir, wie man mit Hilfe von Laserlicht effektiv Gasblasen einfängt und sie durch eine flüssige Phase zu einem gewünschten Ziel transportiert, indem man die Position des Laserstrahls verschiebt. Die dem Effekt zugrundeliegende Physik ist komplex, aber recht allgemein, da sie auf den bekannten, auf zwei Dimensionen beschränkten Marangoni-Effekt zurückgeht. Das experimentelle Mikroskopsystem besteht aus einer dünnen Flüssigkeitsschicht zwischen zwei Glasplatten, die einen Farbstoff enthalten Diese punktförmige Wärmequelle verändert lokal die Oberflächenspannung der nahen Flüssigkeits-Luft-Grenzfläche. Aufgrund von Temperaturgradienten wird eine photoausgelöste Marangoni-Strömung induziert, die zu einer Selbstverstärkung des Effekts und zur Bildung von großflächigen Wirbeln führt. Die Grenzfläche biegt sich zur Strahlposition hin, so dass sich bei geeigneter Strahlführung eine Gasblase bilden kann. Mit verschiedenen Techniken (lumineszierende Partikel oder Flüssigkristalle) visualisieren wir Flüssigkeitsströme, die durch die tangentialen Kräfte an der Grenzfläche angetrieben werden. Dies half uns, die Physik des Phänomens zu verstehen und die begleitenden Effekte zu analysieren, die zum Einschluss von Gasblasen führen. Die Manipulation festsitzender Tropfen, die sich auf der Glasoberfläche bewegen, durch kontrollierte Grenzflächenbeugung mit Laserlicht (d.h. "Tropfenkatapult") ist auch demonstriert.

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In der modernen Krebsbehandlung erfordern die Biopsieverfahren eine histologische, molekulare und genomische Analyse. Bei Krebserkrankungen mit intratumoraler Heterogenität ist die genaue Lokalisierung und angemessene Entnahme von Proben in einem einzigen Schritt wichtig, um das Patientenrisiko zu verringern. In dieser Studie haben wir eine Technik vorgeschlagen, die die Identifizierung von Krebszellen in situ während der Entnahme durch Raman-Spektroskopie ermöglicht und die Krebserkennung demonstriert.

Präsentation :

Leichte und mechanisch flexible optoelektronische Bauelemente können mit organischen Halbleitern hergestellt werden. Die meisten organischen Halbleiterlaser sind jedoch nach wie vor "starr", unter anderem weil sie ein Substrat benötigen, um sie zu tragen. In dieser Studie wurde ein ultradünner (<500 nm) filmartiger DFB-Laser ohne ein Substrat mit einem einfachen Herstellungsverfahren hergestellt, wodurch ein ultraleichtes Gewicht und eine hohe Flexibilität erreicht wurden. Dieses geringe Gewicht und die hohe Flexibilität können für künftige Anwendungen in Bereichen wie Sicherheit und Medizin genutzt werden, indem sie in Kontaktlinsen, Banknoten usw. eingearbeitet werden.

Präsentation :

In dieser Studie ist es uns gelungen, spontane Chiralität in silikatroiden Resonatoren zu erzeugen, ohne die PT-Symmetrie zu brechen. Dieser Zirkulardichroismus ist auf eine Änderung der Kopplung zwischen CW und CCW aufgrund nichtlinearer Effekte zurückzuführen. Es wurde experimentell nachgewiesen, dass die nichtlinearen Effekte beeinträchtigt werden, wenn die Eingangslichtintensität einen Schwellenwert von mehreren hundert uW überschreitet, und ein Zirkulardichroismus von etwa 20:1 entsteht.

Präsentation :

Softroboter sind sichere Roboter, die sich gut an den Menschen und die natürliche Umgebung anpassen können und die in den letzten Jahren auf verschiedene Weise entwickelt wurden. Es ist jedoch schwierig, alle Teile eines Soft-Roboters aus weichen Materialien herzustellen, und für einige Teile musste Metall verwendet werden. In dieser Studie wurde ein krakenförmiger Softroboter entwickelt, bei dem alle Teile aus weichen Materialien bestehen und keine Metalle verwendet werden. Der Roboter muss nicht an eine externe Stromquelle angeschlossen werden und kann durch eine katalytische Reaktion autonom werden.

Wir werden Sie regelmäßig über die anstehenden Veranstaltungen informieren.
Jeder kann sich anmelden.

Was ist der Journal Club?
Dies ist eine offene Vortragsreihe, die im Tanabe Photonic Structures Laboratory stattfindet. Studenten ab der Postgraduiertenstufe erhalten einen Überblick über Arbeiten aus dem Bereich der Optik und verwandter Technologien wie Photonik, Werkstoffe, Biowissenschaften usw. und können diese auf leicht verständliche Weise erklären.

Über die Rechnungsprüfung
Die Teilnahme an den Vorlesungen ist kostenlos, sowohl auf dem Campus als auch außerhalb. Die Konferenz wird regelmäßig stattfinden. Wenn Sie also an einem der Themen interessiert sind, kommen Sie bitte vorbei. Sie brauchen sich nicht anzumelden, aber wenn Sie sich im Voraus mit uns in Verbindung setzen, werden wir die Unterlagen für Sie vorbereiten.

Ankündigung der Veranstaltung.
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