Journal Club 2017 | Tanabe Photonic Structure Group

Journal Club

Par année (avril-décembre)

Année fiscale 2017.

Présentation :

Le silicium est un excellent matériau pour la microélectronique et la photonique intégrée, mais la technologie permettant de lithographier des structures 3D directement sur des puces en silicium n'est pas encore disponible.
Nous avons démontré l'utilisation de lasers pour fabriquer des structures tridimensionnelles complexes avec des points de la taille de 1 µm et des structures en bâtonnets de longueur arbitraire comme unités de base. Le silicium modifié au laser peut non seulement former divers éléments optiques à l'intérieur de la puce, mais il peut également être gravé chimiquement pour former des structures tridimensionnelles arbitraires.

Présentation :

Dans le but de reproduire des couleurs à l'échelle nanométrique pour une large gamme de palettes de couleurs vives, les propriétés des nanodisques de silicium sont comparées à celles des éléments plasmoniques en aluminium et en argent. Les diverses propriétés de ces résonateurs métalliques et diélectriques sont mises en évidence dans différentes conditions géométriques et d'éclairage, ce qui conduit à l'optimisation des réseaux de nanodisques en silicium pour la production de caractéristiques colorées à haute résolution et de répliques de peintures millimétriques.

Présentation :

Dans cette étude, la conversion de momentum optique à large bande est démontrée en utilisant certains résonateurs micro-optiques asymétriques. La trajectoire chaotique de la lumière entrant dans le résonateur génère un couplage efficace entre les différents modes de la galerie de chuchotement en quelques picosecondes. Nous présentons également un rapport sur la génération réussie de troisième harmonique avec une efficacité supérieure de trois ordres de grandeur à celle des systèmes conventionnels utilisant une telle conversion de momentum.

Présentation :

La structure d'absorption parfaite de la lumière sub-longueur d'onde basée sur le graphène monocouche a été analysée et démontrée expérimentalement. Le mécanisme d'absorption parfaite est dû au couplage critique avec le mode du guide d'ondes bidimensionnel. Un pic d'absorption avec une FWHM de 18 nm à une longueur d'onde de 1526,5 nm et un taux d'absorption dépassant 991 TP2T est montré, en bon accord avec les résultats de la structure fabriquée (espacement de période de 1230 nm) et de la simulation. En outre, les paramètres géométriques de la structure et l'effet de l'angle d'incidence de la lumière ont été analysés par simulation. Les structures d'absorption présentées ici ont un grand potentiel dans la recherche actuelle en ce qui concerne la conception de photodétecteurs et de modulateurs optiques.

Présentation :

Les couleurs structurelles ont le potentiel de remplacer les oxydes métalliques toxiques et les pigments organiques synthétiques et permettent de produire des spectres qui ne s'estompent pas sans utiliser de colorants. Toutefois, d'importants défis restent à relever pour obtenir le contraste nécessaire à la gamme complète de couleurs et de procédés compatibles avec les applications industrielles. Dans cette étude, nous présentons une solution facile pour créer des couleurs structurelles inspirées des plumes d'oiseaux. Nous avons conçu des nanoparticules cœur-coquille avec un cœur de mélanine hautement réfringent et une coquille de silice faiblement réfringente. La conception de ces nanoparticules a été réalisée à l'aide d'une méthode de domaine temporel à différences finies. Ces nanoparticules ont été auto-assemblées à l'aide d'un processus d'émulsion inverse en un seul pot, ce qui a donné lieu à un agrégat de particules brillantes et non floues. La combinaison de deux matériaux seulement - mélanine synthétique et silice - peut générer un spectre complet de couleurs. Ces agrégats peuvent être ajoutés directement aux peintures, aux plastiques et aux revêtements et pourraient également être utilisés dans les encres et les cosmétiques résistants aux UV.

Présentation :

Dans cette étude, la génération de carcombes et de solitons optiques est obtenue par excitation avec un train d'impulsions au lieu d'une lumière continue. Le soliton est généré par une excitation à une fréquence de répétition proche de la FSR du centre de la pompe du résonateur. Le soliton est verrouillé à l'impulsion d'excitation, de sorte que le taux de répétition du soliton et la fréquence de décalage de l'enveloppe de la porteuse peuvent être contrôlés optiquement en accordant l'impulsion d'excitation. Les avantages sont que la génération de solitons est possible à une puissance plus faible (puissance moyenne) que dans le cas d'une excitation optique CW et que la génération de solitons uniques ou multiples peut être contrôlée de manière déterministe en accordant les impulsions d'excitation.

Présentation :

Les nanofils de semi-conducteurs composés III-V tels que le GaAs ont des applications potentielles dans les photodétecteurs, les lasers et les capteurs, etc. Comme la bande interdite peut être contrôlée en changeant la structure cristalline, comme le type WZ ou ZB, des techniques d'observation sont nécessaires pour déterminer la structure cristalline des dispositifs fabriqués. Dans cette étude, la structure cristalline a été déterminée en cartographiant la distribution d'intensité à partir de la dépendance de la polarisation de la génération de seconde harmonique. Contrairement aux méthodes conventionnelles, cette méthode d'observation est non-destructive et peut être utilisée à température ambiante et dans un environnement aérien.

Présentation :

Les solitons optiques générés à l'aide de résonateurs micro-optiques sont très utiles pour les communications optiques cohérentes à grande échelle. Des capacités de communication supérieures à 50 térabits par seconde ont été obtenues en modulant le signal sur chaque porteuse d'un peigne de soliton spectral à faible bruit, lisse et à large bande, généré par une source de lumière continue. La faisabilité de l'utilisation de peignes à solitons pour la réception cohérente a également été démontrée. Ce travail démontre la possibilité de remplacer les réseaux de lasers CW utilisés dans le WDM par des résonateurs micro-optiques sur puce.

Présentation :

Les matériaux vibrants qui adaptent leur forme en réponse à des stimuli externes présentent un intérêt pour de nouvelles applications en médecine et en robotique. Par exemple, les réseaux de cristaux liquides peuvent être programmés pour se déformer en différentes formes induites par des stimuli, par exemple en réponse à la lumière. L'incorporation de molécules d'azobenzène dans des films polymères à cristaux liquides rend souvent les films photoréactifs, mais dans la plupart des cas, seule la réponse en flexion des films a été étudiée et la relaxation après photoisomérisation est beaucoup plus lente. Dans cette étude, nous rapportons la fabrication de membranes polymères photoactives qui présentent des ondes mécaniques continues, macroscopiques et directionnelles sous irradiation lumineuse constante et qui pilotent une boucle de rétroaction par auto-blindage, en incorporant des dérivés d'azobenzène dans un réseau de cristaux liquides avec une relaxation thermique rapide de la forme cis à la forme trans. .

Présentation :

Le contrôle ultrarapide de l'état de polarisation de la lumière pourrait déboucher sur diverses applications en optique, en chimie et en biologie. Toutefois, les éléments polarisants classiques, tels que les polarisateurs et les plaques de retardement, sont soit statiques, soit dotés de vitesses de commutation lentes, de l'ordre du gigahertz. Dans ce travail, nous avons utilisé l'oxyde de cadmium (CdO) dopé à l'indium à haute mobilité comme matériau plasmonique de passerelle pour réaliser un absorbeur parfait de type Beleman à Q élevé à une longueur d'onde de 2,08 µm. Le pompage optique de la bande interdite provoque un fort décalage vers le rouge de la résonance d'absorption parfaite en raison d'une augmentation temporaire de la masse électronique moyenne effective de l'ensemble du CdO. Cela entraîne un changement de réflectance absolue dans la polarisation p de 1,0% à 86,3%. Nous combinons cette modulation extrêmement élevée avec la sélectivité de polarisation de l'absorbeur parfait pour démontrer expérimentalement un polariseur réfléchissant avec un rapport d'extinction de polarisation de 91 qui peut être activé et désactivé en 800 fs.

Présentation :

La technologie de reconnaissance de la parole et de l'image utilisant l'apprentissage automatique avec des réseaux neuronaux artificiels est récemment devenue un sujet brûlant en raison de sa haute performance, mais le matériel informatique existant n'est pas optimisé pour les réseaux neuronaux, de sorte qu'il n'a pas été en mesure d'effectuer les calculs efficacement. Dans cette étude, un réseau neuronal entièrement optique basé sur une nouvelle architecture est proposé, et il est démontré que la reconnaissance des voyelles peut effectivement être réalisée à l'aide d'un processeur optique contrôlable par programme.

Présentation :

L'énergie solaire est une forme représentative d'énergie renouvelable qui devrait remplacer l'énergie fossile, et son stockage devrait être utilisé dans les dispositifs portables et d'autres applications. Récemment, le stockage d'énergie à l'aide d'électrodes en graphène fabriquées par traitement laser a été étudié, mais ses performances ne sont pas suffisantes par rapport aux batteries classiques. Dans cette étude, la structure des feuilles de fougères, qui stocke efficacement l'énergie, a été appliquée aux électrodes en graphène, ce qui a permis de stocker une densité d'énergie environ 30 fois supérieure à celle des études précédentes.

Présentation :

Les nanotubes de carbone présentent une myriade de structures en termes de diamètre et d'arrangement du carbone, et les propriétés telles que les propriétés semi-conductrices et la photoréceptivité diffèrent grandement en fonction de la structure. Bien qu'il y ait eu une forte demande pour une méthode permettant de synthétiser des nanotubes de carbone avec une structure unique spécifique, les méthodes actuelles ne permettent que de synthétiser simultanément des nanotubes de carbone avec différentes structures, de sorte qu'ils ne peuvent être obtenus que sous forme de mélange, et aucune méthode n'a été établie pour séparer les nanotubes de carbone avec une structure unique du mélange. Une méthode permettant de séparer les nanotubes de carbone à structure unique d'un mélange n'a pas été établie. Pour résoudre ce problème, on attend une méthode permettant d'allonger les nanotubes de carbone à partir d'une molécule modèle pour obtenir un nanotube de carbone à structure unique. Dans cette étude, nous avons réussi pour la première fois à synthétiser un nanotube de carbone servant de molécule modèle.

Présentation :

La polarisation est l'une des propriétés clés de la lumière, et un état non polarisé "statique" (tous les états de polarisation se produisent avec la même probabilité) et "dynamique" (aucune corrélation entre les polarisations de photons voisins dans le temps). Les sources à photons uniques "dynamiques" (pas de corrélation entre les polarisations de photons voisins dans le temps) et "non polarisées" (pas de corrélation entre les polarisations de photons voisins dans le temps) devraient être utiles pour la vérification des générateurs de nombres aléatoires réels basés sur la lumière, la cryptographie quantique et les problèmes fondamentaux de la mécanique quantique. Si les états non polarisés statiques ont été évalués jusqu'à présent, les états non polarisés dynamiques ne l'ont pas été. Dans cette étude, nous proposons une méthode pour évaluer l'état non polarisé dynamique et démontrons que les photons uniques générés par les centres de vide d'azote (centres NV) dans le diamant sont à la fois statiquement et dynamiquement non polarisés.

Présentation :

Les capteurs à fibres optiques dispersives utilisant l'effet Brillouin peuvent détecter les changements de déformation et de température avec une résolution spatiale de plusieurs centimètres sur de longues distances de plusieurs dizaines de kilomètres, et devraient être utilisés pour déterminer l'état de vieillissement des structures à grande échelle telles que les barrages et les ponts. Dans cette étude, la méthode de balayage de l'analyse optique Brillouin dans le domaine temporel (BOTDA) était différente de la méthode habituelle pour supprimer la dégradation de la lumière de pompage et a réussi à détecter un million de parcelles avec une résolution spatiale de 1 cm sur 10 km en moins de 20 minutes de mesure.

Présentation :

Le verre est l'un des matériaux haute performance les plus importants utilisés dans la recherche scientifique, l'industrie et la société, mais il est bien connu pour être difficile à mouler, nécessitant des processus de fusion et de moulage à haute température et l'utilisation de produits chimiques toxiques. Par conséquent, les techniques de fabrication modernes, telles que l'impression tridimensionnelle (3D), n'ont pas été appliquées au verre. Dans cette étude, des pièces transparentes en verre de silice fondu avec une résolution de quelques dizaines de micromètres ont été produites par une imprimante 3D stéréolithographique en utilisant des nanocomposites pour le moulage. Le procédé utilise des nanocomposites de silice photopolymérisables, qui sont imprimés en 3D et transformés en verre de silice fondue de haute qualité par traitement thermique. Le verre de silice fondue imprimé est non poreux, présente une transmission de la lumière similaire à celle du verre de silice fondue disponible dans le commerce et possède une surface lisse avec une rugosité de quelques nanomètres. Des verres colorés peuvent également être produits en ajoutant des sels métalliques.

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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.

A propos de l'audit
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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Le club de lecture est organisé sur notre site web et sur notre liste de diffusion. Si vous vous inscrivez à la liste de diffusion, vous recevrez périodiquement des invitations par courrier électronique aux réunions.

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