Journal Club 2013 | Tanabe Photonic Structure Group

Journal Club

Par année (avril-décembre)

ANNÉE FISCALE 2013.

Présentation :

La recherche quantique basée sur le couplage des atomes et des photons a été principalement étudiée au moyen de la DEQ par cavité utilisant des résonateurs optiques. Dans cette étude, nous avons montré qu'en disposant de manière appropriée un réseau atomique autour d'un guide d'ondes de taille nanométrique, un résonateur dans lequel le réseau atomique est considéré comme un miroir de Bragg peut être fabriqué sur le guide d'ondes et appliqué à la DEQ par cavité et au traitement de l'information quantique. Une application plus poussée de cette technologie devrait permettre de jeter les bases de la construction de réseaux d'information quantiques. Le principe sera expliqué en détail dans la présentation.

Présentation :

Grâce à la technologie de détection ultra-sensible, de nombreux phénomènes qui ne pouvaient être observés auparavant peuvent être observés et étudiés. La sensibilité est largement liée à la valeur Q de la vibration mécanique, et dans cette étude, une valeur Q extrêmement élevée a été obtenue en utilisant des particules de silice piégées par la lumière. En utilisant ce dispositif, nous avons observé une non-linéarité dans les vibrations thermiques, ce qui n'avait pas pu être observé auparavant. La technologie Cooling devrait permettre d'atteindre une sensibilité encore plus élevée.

Présentation :

La spectroscopie utilisant des réseaux de diffraction classiques présente le problème de l'augmentation de la taille du spectromètre en raison de la nécessité de résoudre spatialement les longueurs d'onde. Toutefois, si l'on peut utiliser le système Disordered, qui a fait l'objet de nombreuses recherches ces dernières années, à la place des réseaux de diffraction, on peut réaliser un spectromètre plus petit, car la longueur du trajet de la lumière peut être augmentée par la diffusion aléatoire. Dans cet article, nous présentons la réalisation d'un spectromètre de petite surface sur une puce en utilisant des cristaux photoniques désordonnés.

Présentation :

Les cristaux photoniques devraient être appliqués aux circuits optiques en raison de leur taille compacte et de leur confinement optique élevé. L'augmentation récente du volume d'informations et de communications nécessite une intégration, c'est-à-dire une interconnexion optique tridimensionnelle flexible, mais cet objectif n'a pas encore été atteint en raison de la difficulté de fabrication et de l'absence de directives de conception claires. Dans cet article, une interconnexion optique 3D est réalisée pour la première fois en utilisant des guides d'ondes obliques.

Présentation :

L'un des défis de la technologie optique est la limite de diffraction, qui restreint la miniaturisation des éléments optiques à l'échelle de la longueur d'onde. Les polaritons plasmoniques de surface, qui utilisent le couplage entre les ondes électromagnétiques et les électrons, constituent une solution à ce problème. Récemment, des recherches sur les lasers plasmoniques utilisant cette technologie ont été publiées, mais l'un de ces problèmes est la nécessité d'un refroidissement jusqu'à environ 10K. Dans cette étude, un laser plasmonique qui peut fonctionner à température ambiante a été fabriqué en utilisant un résonateur avec une structure dans laquelle CdS et Ag sont séparés par MgF2. Dans cette présentation, nous nous efforçons de fournir une explication aussi facile à comprendre que possible pour ceux qui ne sont pas spécialisés en biologie.

Présentation :

Dans la recherche sur les émetteurs quantiques, il est important de renforcer le couplage entre l'émetteur et le mode de rayonnement, et l'objectif a été d'améliorer l'interaction entre la lumière et la matière en utilisant des résonateurs avec des valeurs Q élevées et des plasmons avec de petits volumes de mode. Dans cette étude, des résonateurs plasmoniques capables d'utiliser ces deux effets ont été fabriqués et il a été démontré expérimentalement que l'émission spontanée de lumière à partir de points quantiques peut être améliorée et que des sources de photons uniques sélectives en longueur d'onde peuvent être produites à partir d'émetteurs quantiques à large bande. La présentation comprendra une discussion sur les principes fondamentaux des plasmons et d'autres recherches appliquées.

Présentation :

L'analyse du cycle cellulaire revêt une grande importance pour de nombreux processus physiologiques cellulaires et a suscité un intérêt croissant au cours des dernières décennies. Dans ce contexte, les technologies d'analyse du cycle cellulaire en temps réel et spatio-temporel, telles que la technologie Fucci, ont suscité beaucoup d'intérêt, mais l'analyse du cycle cellulaire sans étiquette n'a pas encore été réalisée. Cet article est la première étude à analyser le cycle cellulaire de manière non étiquetée, sans utiliser de protéines fluorescentes, et son impact académique est important. Dans cette présentation, nous visons à expliquer les résultats d'une manière aussi facile à comprendre que possible pour les non spécialistes en biologie.

Présentation :

Cependant, l'utilisation de cristaux photoniques a permis de réduire la taille du dispositif ainsi que d'obtenir une réduction de la valeur seuil. Cependant, en utilisant des cristaux photoniques, il a été possible de réduire la taille de l'élément et d'abaisser la valeur seuil.

Présentation :

La distribution de clés quantiques est une technologie qui est déjà utilisée dans la pratique. Cependant, la distance de transmission et le taux de génération de clés secrètes sont limités en raison de la vulnérabilité du protocole BB84 existant contre l'écoute clandestine et des faibles performances des détecteurs de photons uniques basés sur l'APD. Dans cet article, nous présentons un protocole de distribution de clés quantiques à décalage de phase différentiel et un détecteur à photons uniques supraconducteur qui permet d'atteindre une distance de transmission plus de deux fois supérieure à celle des protocoles classiques. La journée se concentrera sur le protocole de déphasage différentiel et le détecteur de photons uniques supraconducteur, en mettant l'accent sur les raisons pour lesquelles des distances plus longues ont été possibles.

Présentation :

Dans les résonateurs optiques, la stabilité et la sensibilité du résonateur dépendent de la précision des miroirs aux deux extrémités. L'influence du bruit thermique augmente dans les horloges atomiques optiques et les observations des ondes gravitationnelles, et des revêtements de miroirs plus stables que les miroirs conventionnels sont nécessaires. Le groupe a donc fabriqué un nouveau film multicouche monocristallin présentant de faibles pertes mécaniques et une qualité optique élevée. Une finesse de 150 000 a été observée lorsqu'un résonateur Fabry-Perot a été formé. De plus, il a été observé que le bruit thermique était réduit à 1/10 de celui d'un miroir conventionnel à température ambiante. Cela devrait permettre de développer des résonateurs plus sensibles et des lasers plus stables. La présentation se concentrera sur les résultats des expériences de vérification des miroirs fabriqués.

Présentation :

La détection sensible des changements de température à l'échelle nanométrique est un défi majeur de la science moderne. Un thermomètre avec une résolution de température inférieure à 1 °C sur une large gamme de températures et pouvant être intégré in vivo apporterait une contribution significative, notamment dans les applications biologiques (par exemple, la régulation de l'expression des gènes et du métabolisme des tumeurs par la température). Dans cette étude, nous proposons une nouvelle méthode de mesure de la température à l'échelle nanométrique basée sur la manipulation cohérente des spins d'électrons dans le centre de couleur de la vacance d'azote (centre NV) du diamant, y compris la démonstration de la mesure de la température à l'aide du centre NV et les résultats d'expériences in vivo. La présentation comprendra des résultats expérimentaux. La présentation se concentrera sur la méthode expérimentale et les résultats.

Présentation :

Muneaki Hase, Masayuki Katsuragawa, Anca Monia Constantinescu & Hrvoje Petek Résumé : Les non-linéarités optiques dans les matériaux à l'état solide présentent un grand intérêt car elles permettent de combiner les fonctions optiques et électroniques dans le traitement de l'information à large bande passante. Les processus optiques non linéaires du troisième ordre dans le silicium ont été utilisés pour le traitement des signaux optiques dans la bande des gigahertz, mais il n'y a pas eu d'études sur la modulation optique dans la bande des térahertz. Dans cette étude, des phonons optiques longitudinaux cohérents de grande amplitude ont été excités en irradiant du silicium avec des impulsions femtosecondes intenses, et une modulation ultrarapide de l'indice de réfraction optique du silicium a été réalisée pour générer un peigne de fréquence avec une largeur de bande dépassant 100 THz à des intervalles de la fréquence fondamentale (15,6 THz) des phonons optiques longitudinaux.

Présentation :

Les techniques d'absorption multiphotonique ont des applications potentielles en bio-imagerie et en enregistrement optique tridimensionnel. Dans cette étude, nous rapportons la première observation expérimentale de l'émission induite d'un nouveau luminophore par absorption à cinq photons. Par rapport à l'absorption non linéaire d'ordre inférieur, le processus d'absorption à cinq photons offre un fort confinement spatial et un contraste d'imagerie très élevé. En outre, l'émission induite de l'absorption à deux ou quatre photons a également été réalisée sous l'excitation d'un laser proche de l'infrarouge, ce qui en ferait une sonde d'imagerie multiphotonique prometteuse avec des caractéristiques telles que l'absence d'autofluorescence de l'échantillon biologique, une grande profondeur de pénétration, une sensibilité et une résolution élevées.

Présentation :

La recherche sur la focalisation de la lumière au-delà de la limite de diffraction de la lumière a été active, et l'on sait que ce problème peut être résolu en utilisant la lumière en champ proche. Ces dernières années, diverses techniques ont été mises au point pour contrôler la focalisation de la lumière en champ proche, comme l'utilisation de petites ouvertures, de cristaux plasmoniques et de métamatériaux, mais elles nécessitent toutes la fabrication de structures fines et précises et présentent l'inconvénient que le degré de focalisation de la lumière dépend de la structure. En revanche, cet article rapporte la découverte d'une méthode qui permet de contrôler arbitrairement le degré de focalisation de la lumière sans nécessiter une structure fine.

Présentation :

L'effet Hall de spin optique dû au spin d'un photon a été observé depuis un certain temps, mais le déplacement par rapport à la direction du spin est faible, de sorte que l'observation n'a pas été facile. Cet article a réussi à augmenter le déplacement en utilisant un métamatériau avec des antennes en or disposées sur une surface diélectrique, facilitant ainsi l'observation.

Présentation :

Les métamatériaux à indice négatif (NIM) devraient être appliqués aux lentilles parfaites. Un MNI tridimensionnel est nécessaire pour réaliser une lentille parfaite, mais les MNI classiques présentent des pertes élevées et n'offrent pas de propriétés optiques suffisantes. Dans cet article, nous présentons la réalisation expérimentale d'un MNI tridimensionnel à faible perte en utilisant une structure de type résille. La présentation portera sur l'histoire de la recherche sur les MNI et ses principes.

Présentation :

La conversion des signaux électriques en signaux optiques par la nanophotonique permettra d'intégrer l'électronique et la photonique. Dans cette étude, la longueur d'onde de résonance du résonateur a été modifiée avec succès jusqu'à 2 nm et la réflectance du résonateur jusqu'à 400 % en utilisant une combinaison de résonateurs L3 et de graphène. Des études théoriques ont montré que le dispositif a le potentiel de fonctionner à des dizaines de fJ et à 250 GHz. Le dispositif de résonateur en graphène devrait permettre une conversion électrique et optique à grande vitesse et à faible puissance, malgré sa petite taille.

Présentation :

Les lasers à verrouillage de mode sont l'une des méthodes permettant de générer des peignes optiques, mais il est difficile de réaliser des opérations de verrouillage de mode dans les lasers à cascade quantique car le temps de récupération du gain est beaucoup plus court que le temps de propagation de l'impulsion optique prévu pour un cycle du résonateur. En effet, le temps de récupération du gain est beaucoup plus court que le temps de propagation supposé de l'impulsion optique d'un cycle du résonateur, ce qui entraîne une autre oscillation. Dans cette étude, un peigne optique a été généré en utilisant un laser à cascade quantique dont la structure est conçue pour avoir une dispersion de vitesse de groupe plate, en utilisant la FWM au lieu du verrouillage de mode. Il devrait s'agir d'une source optique en peigne à large bande, compacte et pilotée par injection de courant dans la région de l'infrarouge moyen.

Présentation :

Il existe deux approches principales pour imprimer dans la limite de diffraction (250 nm) : les méthodes à jet d'encre et à laser et les plasmons de surface utilisés dans cette étude. La méthode du jet d'encre offre une excellente résolution, mais ne peut produire que des images monochromes. D'autre part, les filtres à nano trous utilisant des plasmons de surface nécessitent une structure périodique, ce qui entraîne une résolution à l'échelle microscopique. Dans le présent rapport, en insérant un film réfléchissant sous la nanostructure, nous avons réussi à colorer la structure sans dépendance périodique et à obtenir une résolution limitée par diffraction en utilisant des plasmons de surface. La coloration a été obtenue en contrôlant l'interaction entre le plasmon de surface et la résonance de Fano en modifiant la géométrie de la nanostructure. La présentation sera décrite dans ses grandes lignes, y compris les rapports sur la plasmonique à CLEO-PR et OECC/PS.

Présentation :

Il a été prouvé mathématiquement que les multicouches avec une distribution de l'indice de réfraction en escalier présentent des propriétés anti-reflets sur une large bande passante. Cependant, les films antireflets à large bande n'ont pas été réalisés jusqu'à présent en raison du manque de matériaux à faible indice de réfraction, qui est très proche de l'indice de réfraction de l'air. Dans cette étude, des films minces de TiO2 et SiO2 ont été préparés par évaporation oblique et leurs indices de réfraction ont été ajustés pour éliminer les réflexions de Fresnel dans une large bande passante. Un indice de réfraction minimal de n = 1,05 a été atteint dans le film de SiO2.

Présentation :

Mitsuru Saito, Kouji Taniguchi et Taka-hisa Arima Résumé : Malgré la découverte récente de matériaux multiferroïques, le dichroïsme directionnel maximal de ces matériaux est de 0,1%. Dans cette étude, nous avons réussi à obtenir une très grande valeur de dichroïsme directionnel de 100% en utilisant un matériau avec un degré relativement faible d'objectivité temporelle et de rupture de symétrie spatiale, qui est une condition pour être un matériau multiferroïque. Cela est dû à un couplage plus important entre les transitions dipolaires électriques et magnétiques. Dans la présentation, une explication détaillée sera donnée, en partant du contenu de base de l'effet électro-magnétique.

Présentation :

L'imagerie d'absorption a été utilisée dans une grande variété d'applications, depuis la découverte des globules rouges jusqu'à l'observation des nuages de poussière dans les étoiles et la condensation de Bose-Einstein à l'ère moderne. Dans cet article, un atome unique isolé dans le vide est piégé par le piégeage RF Paul et imagé avec une résolution de longueur d'onde en utilisant une lentille de Fresnel de phase. Il s'agit de la première imagerie par absorption au monde. Les propriétés optiques des atomes étant bien connues, ces derniers constituent des échantillons idéaux pour comprendre les limites de l'imagerie par absorption. Les résultats fourniront de nouvelles méthodes d'imagerie d'échantillons sensibles à la lumière dans le domaine du visible et des rayons X.

Présentation :

Pour le traitement des informations quantiques, il est important de former un réseau quantique reliant chaque système quantique. Cependant, la formation de nœuds quantiques dans le réseau a été un défi majeur. Dans cette étude, un nœud a été formé par un système d'atomes de rubidium complétés dans un résonateur optique. Les états quantiques des atomes ont été communiqués avec succès et une intrication a été formée avec succès entre deux systèmes quantiques distants. La présentation de ce club de lecture portera sur la démonstration de l'intrication dans deux systèmes quantiques isolés.

Présentation :

En disposant des antennes en or sur une surface diélectrique, une onde plane incidente peut être transmise ou réfléchie dans n'importe quelle direction en changeant sa phase sur la surface. Une "antenne en V" est proposée car un simple dipôle ne peut pas produire une largeur de changement de phase de 360°. En optimisant la longueur des bords et les angles entre eux, une large gamme de changements de phase peut être obtenue tout en maintenant l'intensité de diffusion. En outre, la génération de faisceaux laguerre-gaussiens a été confirmée en appliquant un changement de phase symétrique par rapport au centre.

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Qu'est-ce que le Journal Club ?
Il s'agit d'une série de conférences ouvertes organisées dans le laboratoire de structures photoniques Tanabe. Les étudiants de troisième cycle et plus étudient des articles liés à l'optique et aux technologies connexes, telles que la photonique, les matériaux, les biosciences, etc., et les expliquent de manière simple.

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Les conférences sont gratuites, que vous soyez sur ou hors du campus. La conférence se tiendra régulièrement, donc si vous êtes intéressé par l'un des sujets, n'hésitez pas à venir y assister. Aucun préavis n'est nécessaire pour y assister, mais si vous nous contactez à l'avance, nous préparerons des documents pour vous.

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