Journal Club 2013 | Grupo de estructuras fotónicas de Tanabe

Club de la revista

Por año (abril-diciembre)

EJERCICIO 2013.

Presentación :

La investigación cuántica basada en el acoplamiento de átomos y fotones se ha estudiado sobre todo mediante la QED de cavidad utilizando resonadores ópticos. En este estudio, hemos demostrado que disponiendo adecuadamente una red atómica alrededor de una guía de ondas de tamaño nanométrico, se puede fabricar un resonador en el que la red atómica se considera un espejo de Bragg en la guía de ondas y aplicarlo a la QED de cavidad y al procesamiento de información cuántica. Se espera que la aplicación posterior de esta tecnología proporcione la base para la construcción de redes de información cuántica. El principio se explicará en detalle en la presentación.

Presentación :

Con la tecnología de detección ultrasensible, se pueden observar y estudiar muchos fenómenos que antes no se podían observar. La sensibilidad está relacionada en gran medida con el valor Q de la vibración mecánica, y en este estudio se ha conseguido un valor Q extremadamente alto utilizando partículas de sílice atrapadas por la luz. Utilizando el dispositivo, hemos observado una no linealidad en las vibraciones térmicas, que no se podía observar anteriormente. Se espera que la tecnología de refrigeración logre una sensibilidad aún mayor.

Presentación :

La espectroscopia mediante rejillas de difracción convencionales tiene el problema de aumentar el tamaño del espectrómetro debido a la necesidad de resolver espacialmente las longitudes de onda. Sin embargo, si en lugar de las rejillas de difracción se utiliza el sistema Disordered, que ha sido objeto de muchas investigaciones en los últimos años, se puede realizar un espectrómetro más pequeño porque la longitud del recorrido de la luz se puede aumentar por la dispersión aleatoria. En este artículo, informamos sobre la realización de un espectrómetro de área pequeña en un chip utilizando cristales fotónicos desordenados.

Presentación :

Se espera que los cristales fotónicos se apliquen a los circuitos ópticos por su tamaño compacto y su elevado confinamiento óptico. El reciente aumento del volumen de información y comunicación exige la integración, es decir, la interconexión óptica tridimensional flexible, pero aún no se ha conseguido debido a la dificultad de fabricación y a la falta de directrices claras de diseño. En este trabajo se realiza por primera vez la interconexión óptica en 3D utilizando guías de onda oblicuas.

Presentación :

Uno de los retos de la tecnología óptica es el límite de difracción, que limita la miniaturización de los elementos ópticos a la escala de la longitud de onda. Los polaritones de plasmón de superficie que utilizan el acoplamiento entre las ondas electromagnéticas y los electrones son una solución a este problema. Recientemente, se han publicado investigaciones sobre láseres de plasmón que utilizan esta tecnología, pero uno de estos problemas es la necesidad de enfriamiento hasta unos 10 K. En el presente estudio, se utilizan láseres de CdS y Ag como componentes principales de un láser de plasmón. En este estudio, se fabricó un láser de plasmón que puede funcionar a temperatura ambiente utilizando un resonador con una estructura en la que CdS y Ag están separados por MgF2. En esta presentación, pretendemos ofrecer una explicación lo más sencilla posible para quienes no están especializados en biología.

Presentación :

En la investigación sobre emisores cuánticos, es importante reforzar el acoplamiento entre el emisor y el modo de radiación, y el objetivo ha sido potenciar la interacción entre la luz y la materia utilizando resonadores con altos valores Q y plasmones con pequeños volúmenes de modo. En este estudio se han fabricado resonadores de plasmón que pueden utilizar ambos efectos, y se ha demostrado experimentalmente que se puede potenciar la luz de emisión espontánea de los puntos cuánticos y que se pueden producir fuentes monofotónicas selectivas en longitud de onda a partir de emisores cuánticos de banda ancha. La presentación incluirá un debate sobre los fundamentos de los plasmones y otras investigaciones aplicadas.

Presentación :

El análisis del ciclo celular es de gran importancia para muchos procesos fisiológicos celulares y ha despertado un interés creciente en las últimas décadas. En este contexto, las tecnologías para el análisis del ciclo celular en tiempo real y espacio-temporal, como la tecnología Fucci, han atraído mucha atención, pero aún no se ha logrado el análisis del ciclo celular sin etiquetas. Este trabajo es el primer estudio que analiza el ciclo celular de forma libre de etiquetas sin el uso de proteínas fluorescentes, y su impacto académico es significativo. En esta presentación, pretendemos explicar los resultados de la forma más sencilla posible para los no especialistas en biología.

Presentación :

Sin embargo, el uso de cristales fotónicos ha permitido reducir el tamaño del dispositivo, así como lograr una reducción del valor umbral. Sin embargo, el uso de cristales fotónicos permitió reducir el tamaño del elemento y disminuir el valor del umbral.

Presentación :

La distribución de claves cuánticas es una tecnología que ya se utiliza en la práctica. Sin embargo, la distancia de transmisión y la tasa de generación de claves secretas son limitadas debido a la vulnerabilidad del protocolo BB84 existente frente a las escuchas y al bajo rendimiento de los detectores de fotones individuales basados en APD. En este trabajo, informamos sobre un protocolo de distribución de claves cuánticas con desplazamiento de fase diferencial y un detector monofotónico superconductor que consigue una distancia de transmisión más del doble que la de los protocolos convencionales. La jornada se centrará en el protocolo de desplazamiento de fase diferencial y en el detector monofotónico superconductor, haciendo hincapié en las razones por las que fueron posibles las distancias más largas.

Presentación :

En los resonadores ópticos, la estabilidad y la sensibilidad del resonador dependen de la precisión de los espejos en ambos extremos. La influencia del ruido térmico es cada vez mayor en los relojes atómicos ópticos y en las observaciones de ondas gravitacionales, por lo que se necesitan revestimientos de espejos con mayor estabilidad que los convencionales. Por ello, el grupo ha fabricado una nueva película multicapa monocristalina con bajas pérdidas mecánicas y alta calidad óptica. Se observó una finura de 150 000 cuando se formó un resonador Fabry-Perot. Además, se observó que el ruido térmico se redujo a 1/10 del de un espejo convencional a temperatura ambiente. Se espera que esto permita desarrollar resonadores más sensibles y láseres más estables. La presentación se centrará en los resultados de los experimentos de verificación con los espejos fabricados.

Presentación :

La detección sensible de los cambios de temperatura a escala nanométrica es un reto importante en la ciencia moderna. Un termómetro con una resolución de temperatura inferior a 1 °C en un amplio rango de temperaturas y que pueda integrarse in vivo supondría una importante contribución, especialmente en aplicaciones biológicas (por ejemplo, la regulación de la expresión génica y del metabolismo tumoral por la temperatura). En este estudio, proponemos un nuevo método de medición de la temperatura a escala nanométrica basado en la manipulación coherente de los espines de los electrones en el centro de color de las vacantes de nitrógeno (centro NV) del diamante, incluyendo la demostración de la medición de la temperatura utilizando el centro NV y los resultados de los experimentos in vivo. La presentación incluirá resultados experimentales. La presentación se centrará en el método experimental y los resultados.

Presentación :

Muneaki Hase, Masayuki Katsuragawa, Anca Monia Constantinescu & Hrvoje Petek Resumen: Las no linealidades ópticas en materiales sólidos son de gran interés porque permiten combinar funciones ópticas y electrónicas en el procesamiento de información de gran ancho de banda. Los procesos ópticos no lineales de tercer orden en el silicio se han utilizado para el procesamiento de señales ópticas en la banda de los gigahercios, pero no ha habido estudios sobre la modulación óptica en la banda de los terahercios. En este estudio, se excitaron fonones ópticos longitudinales coherentes de gran amplitud irradiando silicio con pulsos intensos de femtosegundos, y se consiguió una modulación ultrarrápida del índice de refracción óptico del silicio para generar un peine de frecuencias con un ancho de banda superior a 100 THz a intervalos de la frecuencia fundamental (15,6 THz) de los fonones ópticos longitudinales.

Presentación :

Las técnicas de absorción multifotónica tienen aplicaciones potenciales en la bioimagen y el registro óptico tridimensional. En este estudio, informamos de la primera observación experimental de la emisión inducida de un nuevo fósforo por absorción de cinco fotones. En comparación con la absorción no lineal de orden inferior, el proceso de absorción de cinco fotones proporciona un fuerte confinamiento espacial y un contraste de imagen muy elevado. Además, también se ha conseguido una emisión inducida de absorción de dos a cuatro fotones bajo excitación láser en el infrarrojo cercano, lo que la convertiría en una prometedora sonda de imagen multifotónica con características como la ausencia de autofluorescencia de la muestra biológica, una gran profundidad de penetración y una alta sensibilidad y resolución.

Presentación :

La investigación sobre la focalización de la luz más allá del límite de difracción de la luz ha sido activa, y se sabe que esto puede resolverse mediante el uso de la luz evanescente. En los últimos años ha habido varias técnicas para controlar el enfoque de la luz de campo cercano, como el uso de pequeñas aberturas, cristales plasmónicos y metamateriales, pero todas ellas requieren la fabricación de estructuras finas y precisas y tienen el inconveniente de que el grado de enfoque de la luz depende de la estructura. Por el contrario, en este trabajo se informa del descubrimiento de un método que puede controlar arbitrariamente el grado de focalización de la luz sin necesidad de una estructura fina.

Presentación :

El efecto Hall de espín óptico debido al espín de un fotón se ha observado durante algún tiempo, pero el desplazamiento con respecto a la dirección del espín es pequeño, por lo que la observación no ha sido fácil. En el presente trabajo se ha conseguido aumentar el desplazamiento utilizando un metamaterial con antenas de oro dispuestas sobre una superficie dieléctrica, facilitando así la observación.

Presentación :

Se espera que los metamateriales de índice negativo (NIM) se apliquen a las lentes perfectas. Es necesario un NIM tridimensional para realizar una lente perfecta, pero los NIM convencionales tienen grandes pérdidas y no ofrecen suficientes propiedades ópticas. En este trabajo, informamos sobre la realización experimental de un NIM tridimensional con pérdidas reducidas mediante el uso de una estructura de tipo red de pesca. La presentación se centrará en la historia de la investigación NIM y sus principios.

Presentación :

La conversión de señales eléctricas en ópticas mediante la nanofotónica permitirá la integración de la electrónica y la fotónica. En este estudio, la longitud de onda de resonancia del resonador se modificó con éxito hasta 2 nm y la reflectancia del resonador hasta 400 % utilizando una combinación de resonadores L3 y grafeno. Las investigaciones teóricas han demostrado que el dispositivo tiene el potencial de operar a decenas de fJ y 250 GHz. Se espera que el dispositivo de resonancia de grafeno permita una conversión eléctrica y óptica de alta velocidad con menor potencia a pesar de su pequeño tamaño.

Presentación :

Los láseres con bloqueo de modo son uno de los métodos para generar peines ópticos, pero es difícil realizar operaciones de bloqueo de modo en los láseres de cascada cuántica porque el tiempo de recuperación de la ganancia es mucho más corto que el tiempo de propagación del pulso óptico previsto para un ciclo del resonador. Esto se debe a que el tiempo de recuperación de la ganancia es mucho más corto que el tiempo de propagación del pulso óptico supuesto de un ciclo del resonador, lo que da lugar a otra oscilación. En este estudio, se generó un peine óptico utilizando un láser de cascada cuántica con una estructura diseñada para tener una dispersión de velocidad de grupo plana, utilizando FWM en lugar de bloqueo de modo. Se espera que sea una fuente de peine óptico de banda ancha, compacta e impulsada por inyección de corriente en la región del infrarrojo medio.

Presentación :

Existen dos enfoques principales para imprimir en el límite de difracción (250 nm): los métodos de inyección de tinta y láser y los plasmones de superficie utilizados en este estudio. El método de inyección de tinta tiene una excelente resolución, pero sólo puede producir imágenes monocromáticas. Por otro lado, los filtros de nanoagujeros que utilizan plasmones de superficie requieren una estructura periódica, lo que da lugar a una resolución a microescala. En el presente informe, al insertar una película reflectante bajo la nanoestructura, conseguimos colorear la estructura sin dependencia periódica y logramos una resolución limitada por difracción utilizando plasmones de superficie. La coloración se consiguió controlando la interacción entre el plasmón superficial y la resonancia de Fano cambiando la geometría de la nanoestructura. La presentación se describirá ampliamente, incluyendo informes sobre Plasmónica en CLEO-PR y OECC/PS.

Presentación :

Se ha demostrado matemáticamente que las multicapas con una distribución del índice de refracción en forma de escalera presentan propiedades antirreflectantes en un amplio ancho de banda. Sin embargo, las películas antirreflectantes de banda ancha no se han realizado hasta ahora debido a la falta de materiales con un índice de refracción bajo y muy cercano al índice de refracción del aire. En este estudio, se prepararon películas delgadas de TiO2 y SiO2 por evaporación oblicua y se ajustaron sus índices de refracción para eliminar las reflexiones de Fresnel en un amplio ancho de banda. Se alcanzó un índice de refracción mínimo de n = 1,05 en la película de SiO2.

Presentación :

Mitsuru Saito, Kouji Taniguchi y Taka-hisa Arima Resumen: A pesar del reciente descubrimiento de materiales multiferrosos, el máximo dicroísmo direccional de estos materiales es de 0,1%. En este estudio, logramos obtener un valor de dicroísmo direccional muy grande de 100% utilizando un material con un grado relativamente pequeño de objetividad temporal y de ruptura de la simetría espacial, que es una condición para ser un material multiferroico. Esto se debe a un mayor acoplamiento entre las transiciones de los dipolos eléctricos y magnéticos. En la presentación se dará una explicación detallada, partiendo del contenido básico del efecto electromagnético.

Presentación :

Las imágenes de absorción se han utilizado en una gran variedad de aplicaciones, desde el descubrimiento de los glóbulos rojos hasta la observación de las nubes de polvo en las estrellas y la condensación de Bose-Einstein en la era moderna. En este trabajo, se atrapa un solo átomo aislado en el vacío mediante RF Paul y se obtienen imágenes con resolución de longitud de onda utilizando una lente de Fresnel de fase. Se trata de la primera imagen por absorción del mundo. Dado que las propiedades ópticas de los átomos se conocen bien, los átomos son muestras ideales para comprender los límites de las imágenes de absorción. Los resultados proporcionarán nuevos métodos para obtener imágenes de muestras sensibles a la luz en el rango visible y de rayos X.

Presentación :

Para el procesamiento de la información cuántica, es importante formar una red cuántica que conecte cada sistema cuántico. Sin embargo, la formación de nodos cuánticos en la red ha sido un gran reto. En este estudio, se formó un nodo con un sistema de átomos de rubidio complementado en un resonador óptico, y se comunicaron con éxito los estados cuánticos de los átomos y se formó con éxito el entrelazamiento entre dos sistemas cuánticos remotos. La presentación en este Journal Club se centrará en la demostración del entrelazamiento en dos sistemas cuánticos aislados.

Presentación :

Disponiendo antenas de oro sobre una superficie dieléctrica, una onda plana incidente puede transmitirse o reflejarse en cualquier dirección cambiando su fase en la superficie. Se propone una "antena en V" porque un simple dipolo no puede producir una anchura de cambio de fase de 360°. Optimizando la longitud de los bordes y los ángulos entre ellos, se puede conseguir una amplia gama de cambios de fase manteniendo la intensidad de dispersión. Además, se confirmó la generación de haces Laguerre-Gaussianos aplicando un cambio de fase puntual y simétrico con respecto al centro.

Le informaremos periódicamente de los acontecimientos.
Cualquiera puede inscribirse.

¿Qué es el Journal Club?
Se trata de una serie de conferencias abiertas que se celebran en el Laboratorio de Estructuras Fotónicas de Tanabe. Los estudiantes del nivel de posgrado y superior estudian los trabajos relacionados con la óptica y las tecnologías relacionadas, como la fotónica, los materiales, la biociencia, etc., y los explican de forma fácil de entender.

Sobre la auditoría
La asistencia a las conferencias es gratuita, tanto si se encuentra dentro como fuera del campus. La conferencia se celebrará periódicamente, así que si está interesado en alguno de los temas, no dude en acudir. No es necesario avisar para asistir, pero si se pone en contacto con nosotros con antelación, le prepararemos el material.

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