Journal Club 2017 | Grupo de estructuras fotónicas de Tanabe

Club de la revista

Por año (abril-diciembre)

Ejercicio fiscal 2017.

Presentación :

El silicio es un material excelente para la microelectrónica y la fotónica integrada, pero la tecnología para litografiar estructuras 3D directamente en chips de silicio aún no está disponible.
Hemos demostrado el uso de láseres para fabricar complejas estructuras tridimensionales con puntos de tamaño 1 µm y estructuras de varillas de longitud arbitraria como unidades básicas. El silicio alterado por láser no sólo puede formar varios elementos ópticos dentro del chip, sino que también puede grabarse químicamente para formar estructuras tridimensionales arbitrarias.

Presentación :

Para la reproducción del color a nanoescala de una amplia gama de paletas de colores vivos, se comparan las propiedades de los nanodiscos de silicio con las de los elementos de plasmón de aluminio y plata. Las distintas propiedades de estos resonadores metálicos y dieléctricos se ponen de manifiesto en diversas condiciones geométricas y de iluminación, lo que conduce a la optimización de las matrices de nanodiscos de silicio para la producción de rasgos de color de alta resolución y réplicas milimétricas de pinturas.

Presentación :

En este estudio se demuestra la conversión de momento óptico de banda ancha utilizando ciertos resonadores microópticos asimétricos. La trayectoria caótica de la entrada de luz al resonador genera un acoplamiento eficaz entre los distintos modos de la galería de susurros en unos pocos picosegundos. También informamos del éxito de la generación del tercer armónico con una eficiencia tres órdenes de magnitud superior a la de los sistemas convencionales que utilizan dicha conversión de momento.

Presentación :

Se ha analizado y demostrado experimentalmente la perfecta estructura de absorción de la luz de sub-longitud de onda basada en el grafeno monocapa. El mecanismo de la absorción perfecta se debe al acoplamiento crítico con el modo bidimensional de la guía de ondas. Se muestra un pico de absorción con un FWHM de 18 nm a una longitud de onda de 1526,5 nm y una tasa de absorción que supera los 991 TP2T, lo que concuerda con los resultados de la estructura fabricada (espaciado de periodos de 1230 nm) y la simulación. Además, se analizaron mediante simulación los parámetros geométricos de la estructura y el efecto del ángulo de incidencia de la luz. Las estructuras de absorción aquí presentadas tienen un gran potencial en la investigación actual en lo que respecta al diseño de fotodetectores y moduladores ópticos.

Presentación :

Los colores estructurales pueden sustituir a los óxidos metálicos tóxicos y a los pigmentos orgánicos sintéticos y permitir la producción de espectros que no se desvanecen sin el uso de tintes. Sin embargo, siguen existiendo importantes retos para conseguir el contraste necesario para toda la gama de colores y procesos compatibles con las aplicaciones industriales. En este estudio, presentamos una solución sencilla para crear colores estructurales inspirados en las plumas de las aves. Hemos diseñado nanopartículas con un núcleo de melanina altamente refractivo y una cubierta de sílice poco refractiva. El diseño de estas nanopartículas se llevó a cabo mediante un método de diferencias finitas en el dominio del tiempo. Estas nanopartículas se autoensamblaron mediante un proceso de emulsión inversa de una sola vez, dando lugar a un agregado de partículas brillantes y no borrosas. La combinación de sólo dos materiales -melanina sintética y sílice- puede generar un espectro completo de colores. Estos agregados pueden añadirse directamente a pinturas, plásticos y revestimientos, y también podrían utilizarse en tintas y cosméticos resistentes a los rayos UV.

Presentación :

En este estudio, la generación de carcombos y solitones ópticos se consigue mediante la excitación con un tren de pulsos en lugar de luz continua. El solitón se genera por excitación a una frecuencia de repetición cercana a la FSR del centro de la bomba del resonador. El solitón está bloqueado al pulso de excitación, por lo que la frecuencia de repetición del solitón y la frecuencia de desplazamiento de la envolvente de la portadora pueden controlarse ópticamente sintonizando el pulso de excitación. Las ventajas son que la generación de solitones es posible a una potencia menor (potencia media) que en el caso de la excitación óptica CW, y que la generación de solitones simples o múltiples puede ser controlada de forma determinista mediante la sintonización de los pulsos de excitación.

Presentación :

Los nanocables semiconductores III-V, como el GaAs, tienen aplicaciones potenciales en fotodetectores, láseres y sensores, etc. Dado que la brecha de banda puede controlarse cambiando la estructura del cristal, como el tipo WZ o ZB, se necesitan técnicas de observación para determinar la estructura del cristal de los dispositivos fabricados. En este estudio, la estructura cristalina se determinó mediante la cartografía de la distribución de la intensidad a partir de la dependencia de la polarización de la generación del segundo armónico. Este método se diferencia de los métodos convencionales en que no es destructivo y puede funcionar a temperatura ambiente y en un entorno aéreo.

Presentación :

Los solitones ópticos generados mediante resonadores microópticos son muy beneficiosos para las comunicaciones ópticas coherentes a gran escala. Se han conseguido capacidades de comunicación superiores a los 50 terabits por segundo modulando la señal en cada portadora de un peine de solitones espectrales de bajo ruido, suave y de banda ancha, generado por una fuente de luz continua. También se demostró la viabilidad de utilizar peines de solitones para la recepción coherente. Este trabajo demuestra la posibilidad de sustituir los conjuntos de láseres de onda continua utilizados en WDM por resonadores microópticos en el chip.

Presentación :

Los materiales vibratorios que adaptan su forma en respuesta a estímulos externos son interesantes para nuevas aplicaciones en medicina y robótica. Por ejemplo, las redes de cristal líquido pueden programarse para que se deformen en diferentes formas inducidas por estímulos, por ejemplo, en respuesta a la luz. La incorporación de moléculas de azobenceno en películas de polímeros cristalinos líquidos suele hacer que las películas sean fotosensibles, pero en la mayoría de los casos sólo se ha estudiado la respuesta de flexión de las películas y la relajación tras la fotoisomerización es mucho más lenta. En este estudio, informamos de la fabricación de membranas poliméricas fotoactivas que exhiben ondas mecánicas continuas, macroscópicas y direccionales bajo una irradiación de luz constante y conducen un bucle de retroalimentación por autoapantallamiento, mediante la incorporación de derivados de azobenceno en una red de cristal líquido con una rápida relajación térmica de la forma cis a la trans. .

Presentación :

El control ultrarrápido del estado de polarización de la luz podría dar lugar a diversas aplicaciones en óptica, química y biología. Sin embargo, los elementos polarizadores convencionales, como los polarizadores y las placas de retardo, son estáticos o tienen velocidades de conmutación lentas, de sólo gigahercios. En este trabajo, hemos utilizado óxido de cadmio (CdO) dopado con indio de alta movilidad como material plasmónico de entrada para realizar un absorbente perfecto de tipo Beleman de alta calidad a una longitud de onda de 2,08 µm. El bombeo óptico de la brecha de subbanda provoca un fuerte desplazamiento hacia el rojo de la resonancia de absorción perfecta debido a un aumento temporal de la masa efectiva de electrones promedio del CdO. Esto provoca un cambio de reflectancia absoluta en la polarización p del 1,0% al 86,3%. Combinamos esta modulación extremadamente alta con la selectividad de polarización del absorbente perfecto para demostrar experimentalmente un polarizador reflectante con una relación de extinción de polarización de 91 que puede encenderse y apagarse en 800 fs.

Presentación :

La tecnología de reconocimiento de voz e imágenes mediante el aprendizaje automático con redes neuronales artificiales se ha convertido recientemente en un tema candente debido a su alto rendimiento, pero el hardware informático existente no está optimizado para las redes neuronales, por lo que no ha sido capaz de realizar los cálculos de forma eficiente. En este estudio se propone una red neuronal totalmente óptica basada en una nueva arquitectura, y se demuestra que el reconocimiento de vocales puede realizarse realmente utilizando un procesador óptico controlable por programa.

Presentación :

La energía solar es una forma representativa de la energía renovable que se espera que sustituya a la energía fósil, y se espera que su almacenamiento se utilice en dispositivos portátiles y otras aplicaciones. Recientemente se ha investigado el almacenamiento de energía mediante electrodos de grafeno fabricados por procesamiento láser, pero su rendimiento no es suficiente en comparación con las baterías convencionales. En este estudio, la estructura de las hojas de los helechos, que almacena la energía de forma eficiente, se aplicó a los electrodos de grafeno, lo que dio como resultado un almacenamiento de densidad energética aproximadamente 30 veces superior al de estudios anteriores.

Presentación :

Los nanotubos de carbono tienen un sinfín de estructuras en cuanto a diámetro y disposición del carbono, y sus propiedades, como las semiconductoras y la fotorreactividad, difieren mucho según la estructura. Aunque ha habido una fuerte demanda de un método para sintetizar nanotubos de carbono con una estructura única específica, los métodos actuales sólo pueden producir mezclas de nanotubos de carbono con varias estructuras porque se sintetizan simultáneamente, y no se ha establecido ningún método para separar los nanotubos de carbono con una estructura única de las mezclas. No se ha establecido un método para separar los nanotubos de carbono con una estructura única de una mezcla. Para resolver este problema, se espera un método de elongación de los nanotubos de carbono a partir de una molécula de plantilla a un nanotubo de carbono de estructura única, y en este estudio hemos logrado por primera vez sintetizar un nanobel de carbono que puede utilizarse como molécula de plantilla.

Presentación :

La polarización es una de las propiedades clave de la luz, y un estado no polarizado "estático" (todos los estados de polarización se producen con la misma probabilidad) y "dinámico" (sin correlación alguna entre las polarizaciones de los fotones vecinos en el tiempo). Se espera que las fuentes monofónicas "dinámicas" (sin correlación entre las polarizaciones de los fotones vecinos en el tiempo) y "no polarizadas" (sin correlación entre las polarizaciones de los fotones vecinos en el tiempo) sean útiles para la verificación de los generadores de números aleatorios verdaderos basados en la luz, la criptografía cuántica y los problemas fundamentales de la mecánica cuántica. Aunque hasta ahora se han evaluado los estados no polarizados estáticos, no se han evaluado los estados no polarizados dinámicos. En este estudio, proponemos un método para la evaluación de los estados dinámicos no polarizados y demostramos que los fotones individuales generados por los centros de vacancia de nitrógeno (centros NV) en el diamante son tanto estáticos como dinámicos no polarizados.

Presentación :

Los sensores de fibra óptica dispersiva que utilizan el efecto Brillouin pueden detectar cambios en la deformación y la temperatura con una resolución espacial de varios centímetros en distancias largas de varias decenas de kilómetros, y se espera que se utilicen para determinar el estado de envejecimiento de estructuras a gran escala, como presas y puentes. En este estudio, el método de barrido en el análisis óptico de Brillouin en el dominio del tiempo (BOTDA) fue diferente del método habitual para suprimir la degradación de la luz de bombeo y consiguió detectar un millón de parcelas con una resolución espacial de 1 cm en 10 km en menos de 20 minutos de tiempo de medición.

Presentación :

El vidrio es uno de los materiales de alto rendimiento más importantes que se utilizan en la investigación científica, la industria y la sociedad, pero es bien conocido por ser difícil de moldear, ya que requiere procesos de fusión y fundición a altas temperaturas y el uso de productos químicos tóxicos. Por ello, las técnicas modernas de fabricación, como la impresión tridimensional (3D), no se han aplicado al vidrio. En este estudio, se produjeron piezas transparentes de vidrio de sílice fundido con una resolución de decenas de micrómetros mediante una impresora 3D estereolitográfica utilizando nanocompuestos para el moldeo. El proceso utiliza nanocompuestos de sílice fotopolimerizables, que se imprimen en 3D y se transforman en vidrio de sílice fundido de alta calidad mediante un tratamiento térmico. El vidrio de sílice fundida impreso no es poroso, presenta una transmisión de la luz similar a la del vidrio de sílice fundida disponible en el mercado y tiene una superficie lisa con una rugosidad de unos pocos nanómetros. También se pueden producir vidrios coloreados añadiendo sales metálicas.

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.

Anuncio del evento.
El Journal Club se organiza a través de nuestra página web y nuestra lista de correo. Si se suscribe a la lista de correo, recibirá periódicamente invitaciones por correo electrónico a las reuniones.

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