Journal Club 2017 | Tanabe Photonic Structure Group

Journal Club

Nach Jahr (Apr-Dez)

Haushaltsjahr 2017.

Präsentation :

Silizium ist ein hervorragendes Material für die Mikroelektronik und die integrierte Photonik, aber die Technologie, mit der 3D-Strukturen direkt auf Siliziumchips lithographiert werden können, ist noch nicht verfügbar.
Wir haben den Einsatz von Lasern zur Herstellung komplexer dreidimensionaler Strukturen mit 1 µm großen Punkten und Stabstrukturen beliebiger Länge als Grundeinheiten demonstriert. Mit dem Laser verändertes Silizium kann nicht nur verschiedene optische Elemente innerhalb des Chips bilden, sondern es kann auch chemisch geätzt werden, um beliebige dreidimensionale Strukturen zu bilden.

Präsentation :

Zum Zweck der nanoskaligen Farbwiedergabe für eine breite Palette lebendiger Farben werden die Eigenschaften von Silizium-Nanodiscs mit denen von Aluminium- und Silber-Plasmonen-Elementen verglichen. Die verschiedenen Eigenschaften dieser metallischen und dielektrischen Resonatoren werden unter verschiedenen geometrischen und Beleuchtungsbedingungen hervorgehoben, was zur Optimierung von Silizium-Nanodisc-Arrays für die Herstellung von hochauflösenden Farbmerkmalen und millimetergenauen Gemäldereplikaten führt.

Präsentation :

In dieser Studie wird eine breitbandige optische Impulsumwandlung mit asymmetrischen mikrooptischen Resonatoren demonstriert. Die chaotische Trajektorie des Lichteingangs in den Resonator erzeugt eine effiziente Kopplung zwischen verschiedenen Flüstergalerie-Moden innerhalb weniger Pikosekunden. Wir berichten auch über die erfolgreiche Erzeugung der dritten Harmonischen mit einem Wirkungsgrad, der um drei Größenordnungen höher ist als bei herkömmlichen Systemen, die eine solche Impulsumwandlung nutzen.

Präsentation :

Die perfekte Absorptionsstruktur von Licht im Subwellenlängenbereich auf der Basis von einlagigem Graphen wurde experimentell analysiert und nachgewiesen. Der Mechanismus der perfekten Absorption ist auf die kritische Kopplung mit der zweidimensionalen Wellenleitermode zurückzuführen. Es zeigt sich ein Absorptionspeak mit einer FWHM von 18 nm bei einer Wellenlänge von 1526,5 nm und einer Absorptionsrate von mehr als 991 TP2T, in guter Übereinstimmung mit den Ergebnissen der hergestellten Struktur (Periodenabstand 1230 nm) und der Simulation. Darüber hinaus wurden die geometrischen Parameter der Struktur und die Auswirkung des Lichteinfallswinkels durch Simulationen analysiert. Die hier vorgestellten Absorptionsstrukturen haben ein großes Potenzial für die aktuelle Forschung im Hinblick auf das Design von Photodetektoren und optischen Modulatoren.

Präsentation :

Strukturfarben haben das Potenzial, giftige Metalloxide und synthetische organische Pigmente zu ersetzen und ermöglichen die Herstellung lichtechter Spektren ohne Verwendung von Farbstoffen. Es bleibt jedoch eine große Herausforderung, den Kontrast zu erreichen, der für die gesamte Palette von Farben und Prozessen erforderlich ist, die mit industriellen Anwendungen kompatibel sind. In dieser Studie stellen wir eine einfache Lösung vor, um Strukturfarben nach dem Vorbild von Vogelfedern zu erzeugen. Wir haben Kern-Schale-Nanopartikel mit einem hochbrechenden Melaninkern und einer niedrigbrechenden Siliziumdioxidhülle entwickelt. Das Design dieser Nanopartikel wurde mit Hilfe einer Finite-Differenzen-Zeitbereichsmethode entwickelt. Diese Nanopartikel wurden in einem Eintopf-Umkehremulsionsverfahren selbst zusammengesetzt, was zu einem Aggregat aus hellen, nicht verschwommenen Partikeln führte. Durch die Kombination von nur zwei Materialien - synthetisches Melanin und Siliziumdioxid - kann ein komplettes Farbspektrum erzeugt werden. Diese Aggregate können Farben, Kunststoffen und Beschichtungen direkt zugesetzt werden und könnten auch in UV-beständigen Druckfarben und Kosmetika verwendet werden.

Präsentation :

In dieser Studie wird die Erzeugung von optischen Carcombs und Solitonen durch Anregung mit einem Pulszug anstelle von CW-Licht erreicht. Das Soliton wird durch Anregung mit einer Wiederholungsfrequenz nahe dem FSR des Pumpzentrums des Resonators erzeugt. Das Soliton ist an den Anregungspuls gebunden, so dass die Soliton-Wiederholrate und die Offset-Frequenz der Trägerhülle durch Abstimmung des Anregungspulses optisch gesteuert werden können. Die Vorteile liegen darin, dass die Erzeugung von Solitonen bei einer geringeren Leistung (Durchschnittsleistung) als bei der optischen CW-Anregung möglich ist und dass die Erzeugung einzelner oder mehrerer Solitonen durch Abstimmung der Anregungspulse deterministisch gesteuert werden kann.

Präsentation :

III-V-Verbindungshalbleiter-Nanodrähte wie GaAs haben potenzielle Anwendungen in Fotodetektoren, Lasern und Sensoren usw. Da die Bandlücke durch Änderung der Kristallstruktur, z. B. WZ- oder ZB-Typ, gesteuert werden kann, sind Beobachtungsverfahren erforderlich, um die Kristallstruktur der hergestellten Bauelemente zu bestimmen. In dieser Studie wurde die Kristallstruktur durch Kartierung der Intensitätsverteilung anhand der Polarisationsabhängigkeit der Erzeugung der zweiten Harmonischen bestimmt. Diese Methode unterscheidet sich von herkömmlichen Methoden dadurch, dass sie zerstörungsfrei ist und bei Raumtemperatur und in einer Luftumgebung durchgeführt werden kann.

Präsentation :

Optische Solitonen, die mit mikrooptischen Resonatoren erzeugt werden, sind von großem Nutzen für die optische kohärente Kommunikation in großem Maßstab. Kommunikationskapazitäten von über 50 Terabit pro Sekunde wurden durch Modulation des Signals auf jedem Träger eines rauscharmen, glatten und breitbandigen spektralen Solitonenkamms erreicht, der von einer kontinuierlichen Lichtquelle erzeugt wird. Es wurde auch gezeigt, dass die Verwendung von Solitonenkämmen für den kohärenten Empfang möglich ist. Diese Arbeit zeigt die Möglichkeit auf, die in WDM verwendeten CW-Laser-Arrays durch mikrooptische On-Chip-Resonatoren zu ersetzen.

Präsentation :

Vibrierende Materialien, die ihre Form als Reaktion auf äußere Reize anpassen, sind für neue Anwendungen in der Medizin und Robotik von Interesse. Flüssigkristallnetze können beispielsweise so programmiert werden, dass sie sich durch Stimuli, z. B. durch Licht, in verschiedene Formen verformen. Der Einbau von Azobenzolmolekülen in flüssigkristalline Polymerfilme macht die Filme oft lichtempfindlich, aber in den meisten Fällen wurde nur die Biegereaktion der Filme untersucht, und die Relaxation nach der Photoisomerisierung ist viel langsamer. In dieser Studie berichten wir über die Herstellung photoaktiver Polymermembranen, die unter konstanter Lichteinstrahlung kontinuierliche, makroskopische, gerichtete mechanische Wellen zeigen und eine Rückkopplungsschleife durch Selbstabschirmung antreiben, indem Azobenzolderivate in ein Flüssigkristallnetzwerk mit schneller thermischer Relaxation von der cis- zur trans-Form eingebaut werden. .

Präsentation :

Die ultraschnelle Kontrolle des Polarisationszustands von Licht könnte zu einer Vielzahl von Anwendungen in der Optik, Chemie und Biologie führen. Herkömmliche polarisierende Elemente wie Polarisatoren und Verzögerungsplatten sind jedoch entweder statisch oder haben langsame Schaltgeschwindigkeiten von nur Gigahertz. In dieser Arbeit haben wir hochbewegliches Indium-dotiertes Cadmiumoxid (CdO) als plasmonisches Gateway-Material verwendet, um einen perfekten Absorber vom Typ Beleman mit hohem Gütegrad bei einer Wellenlänge von 2,08 µm zu realisieren. Optisches Pumpen im Bereich der Subbandlücke führt zu einer starken Rotverschiebung der perfekten Absorptionsresonanz aufgrund einer vorübergehenden Erhöhung der effektiven Elektronenmasse des CdO im Ensemble-Mittel. Dies führt zu einer Veränderung des absoluten Reflexionsgrads in der p-Polarisation von 1,0 % auf 86,3 %. Wir kombinieren diese extrem hohe Modulation mit der Polarisationsselektivität des perfekten Absorbers, um experimentell einen reflektierenden Polarisator mit einem Polarisationsextinktionsverhältnis von 91 zu demonstrieren, der innerhalb von 800 fs ein- und ausgeschaltet werden kann.

Präsentation :

Die Sprach- und Bilderkennungstechnologie, die maschinelles Lernen mit künstlichen neuronalen Netzen nutzt, ist in letzter Zeit aufgrund ihrer hohen Leistungsfähigkeit ein heißes Thema geworden, aber die vorhandene Computerhardware ist nicht für neuronale Netze optimiert, so dass sie die Berechnungen nicht effizient durchführen kann. In dieser Studie wird ein rein optisches neuronales Netz auf der Grundlage einer neuen Architektur vorgeschlagen, und es wird gezeigt, dass die Vokalerkennung tatsächlich mit einem programmgesteuerten optischen Prozessor durchgeführt werden kann.

Präsentation :

Solarenergie ist eine repräsentative Form der erneuerbaren Energie, die fossile Energie ersetzen soll, und ihre Speicherung wird voraussichtlich in tragbaren Geräten und anderen Anwendungen zum Einsatz kommen. Kürzlich wurde die Energiespeicherung mit Hilfe von Graphenelektroden, die durch Laserbearbeitung hergestellt wurden, untersucht, aber ihre Leistung ist im Vergleich zu herkömmlichen Batterien nicht ausreichend. In dieser Studie wurde die Blattstruktur von Farnen, die Energie effizient speichert, auf Graphenelektroden angewandt, was zu einer Energiedichte führt, die etwa 30 Mal höher ist als die früherer Studien.

Präsentation :

Kohlenstoff-Nanoröhren haben eine Vielzahl von Strukturen in Bezug auf Durchmesser und Kohlenstoffanordnung, und die Eigenschaften wie Halbleitereigenschaften und Photoempfindlichkeit sind je nach Struktur sehr unterschiedlich. Obwohl es eine starke Nachfrage nach einer Methode zur Synthese von Kohlenstoff-Nanoröhren mit einer bestimmten Einzelstruktur gab, können mit den derzeitigen Methoden nur Kohlenstoff-Nanoröhren mit verschiedenen Strukturen gleichzeitig synthetisiert werden, so dass sie nur als Gemisch gewonnen werden können. Eine Methode zur Abtrennung von Kohlenstoffnanoröhren mit einer einzigen Struktur aus einem Gemisch wurde bisher nicht entwickelt. Um dieses Problem zu lösen, wird eine Methode zur Verlängerung von Kohlenstoffnanoröhren von einem Vorlagenmolekül zu einer Kohlenstoffnanoröhre mit einer einzigen Struktur erwartet, und in dieser Studie ist es uns zum ersten Mal gelungen, einen Kohlenstoffnanogürtel zu synthetisieren, der als Vorlagenmolekül verwendet werden kann.

Präsentation :

Die Polarisation ist eine der Schlüsseleigenschaften des Lichts und ein "statischer" (alle Polarisationszustände treten mit gleicher Wahrscheinlichkeit auf) und "dynamischer" (keinerlei Korrelation zwischen den Polarisationen benachbarter Photonen in der Zeit) unpolarisierter Zustand. Ein-Photonen-Quellen, die "dynamisch" (keine Korrelation zwischen den Polarisationen benachbarter Photonen in der Zeit) und "unpolarisiert" (keine Korrelation zwischen den Polarisationen benachbarter Photonen in der Zeit) sind, sollen für lichtbasierte echte Zufallszahlengeneratoren, Quantenkryptographie und die Überprüfung grundlegender Probleme der Quantenmechanik nützlich sein. Bisher wurden zwar statische unpolarisierte Zustände bewertet, dynamische unpolarisierte Zustände jedoch nicht. In dieser Studie schlagen wir eine Methode zur Bewertung dynamischer unpolarisierter Zustände vor und zeigen, dass einzelne Photonen, die von Stickstoff-Vakanzzentren (NV-Zentren) in Diamant erzeugt werden, sowohl statisch als auch dynamisch unpolarisiert sind.

Präsentation :

Dispersive optische Fasersensoren, die den Brillouin-Effekt nutzen, können Dehnungs- und Temperaturänderungen mit einer räumlichen Auflösung von mehreren Zentimetern über große Entfernungen von mehreren Dutzend Kilometern feststellen und sollen zur Bestimmung des Alterungszustands von Großstrukturen wie Dämmen und Brücken eingesetzt werden. In dieser Studie wurde die Sweep-Methode in der optischen Brillouin-Zeitbereichsanalyse (BOTDA) von der üblichen Methode abgewandelt, um die Verschlechterung des Pumplichts zu unterdrücken, und es gelang, eine Million Messpunkte mit einer räumlichen Auflösung von 1 cm über 10 km in einer Messzeit von weniger als 20 Minuten zu erfassen.

Präsentation :

Glas ist eines der wichtigsten Hochleistungsmaterialien für die wissenschaftliche Forschung, die Industrie und die Gesellschaft, aber es ist bekannt dafür, dass es schwer zu formen ist, Hochtemperatur-Schmelz- und Gießverfahren erfordert und giftige Chemikalien verwendet werden. Daher wurden moderne Fertigungstechniken wie der dreidimensionale Druck (3D) bisher nicht auf Glas angewandt. In dieser Studie wurden transparente Teile aus Quarzglas mit einer Auflösung von einigen zehn Mikrometern mit einem stereolithografischen 3D-Drucker unter Verwendung von Nanokompositen für den Guss hergestellt. Das Verfahren verwendet lichthärtende Silika-Nanokomposite, die 3D-gedruckt und durch Wärmebehandlung in hochwertiges Quarzglas umgewandelt werden. Das bedruckte Quarzglas ist nicht porös, weist eine ähnliche Lichtdurchlässigkeit auf wie handelsübliches Quarzglas und hat eine glatte Oberfläche mit einer Rauheit von wenigen Nanometern. Gefärbte Gläser können auch durch Zugabe von Metallsalzen hergestellt 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.
Der Journal Club wird über unsere Website und die Mailingliste organisiert. Wenn Sie sich in die Mailingliste eintragen, erhalten Sie regelmäßig per E-Mail Einladungen zu den Treffen.

Um sich anzumelden, senden Sie eine leere E-Mail an die unten stehende E-Mail-Adresse.