Journal Club 2018 | Tanabe Photonic Structure Group

Journal Club

Par année (avril-décembre)

EXERCICE 2018.

Présentation :

Les technologies électroniques et photoniques sont des technologies clés pour l'industrie, mais l'intégration de ces deux technologies sur la puce a toujours été un défi majeur. Cependant, le coût de l'application de ces technologies à un grand nombre d'applications est prohibitif.
C'est pourquoi cette étude intègre la technologie photonique dans le processus CMOS en introduisant une couche de silicium polycristallin. Il a été vérifié que divers éléments optiques tels que des structures de guides d'ondes, des modulateurs à grande vitesse et des photodétecteurs peuvent être intégrés sur une seule puce dans le processus CMOS, en même temps que des transistors.

Présentation :

Dans cet article, nous avons proposé un capteur de pression métal-isolant-métal (MIM) qui se compose de deux guides d'ondes plasmoniques et d'un double résonateur à anneau carré. Les deux anneaux carrés sont reliés par un patch rectangulaire situé entre les deux. La méthode du domaine temporel à différences finies (FDTD) a été utilisée pour simuler le dispositif. En appliquant une pression sur la structure, celle-ci se déforme et un décalage vers le rouge de 103 nm de la longueur d'onde de résonance a été calculé. Le capteur de pression plasmonique optique proposé a une sensibilité de 16,5 nm/MPa, ce qui correspond à un décalage rouge de 103 nm dans la longueur d'onde de résonance. Le capteur de pression plasmonique optique proposé a une sensibilité de 16,5nm/MPa, ce qui le rend très approprié pour une utilisation en ingénierie biologique et biomédicale.

Présentation :

La capacité de capturer optiquement des particules de taille nanométrique de manière fiable et non invasive est apparue comme une capacité importante pour les nanosciences. C'est pourquoi diverses techniques, dont les nanostructures plasmoniques, ont été introduites pour la capture de particules nanométriques. Cependant, les pinces nano-optiques basées sur la plasmonique sont confrontées à des problèmes de chauffage par effet Joule en raison des pertes élevées dans les métaux. Cette étude démontre expérimentalement une approche non plasmonique, c'est-à-dire le piégeage et le transport optiques de nanoparticules à l'aide de nano-antennes en silicium. Des nanoparticules de polystyrène de 20 et 100 nm de diamètre ont été capturées et la microscopie à fluorescence a été utilisée pour suivre leur position en fonction du temps. Cela a montré que plusieurs nanoparticules peuvent être piégées simultanément par une seule nano-antenne. Des simulations des nano-antennes qui prévoient des forces optiques accrues avec une légère génération de chaleur sont également présentées. Cette étude démontre que les nano-antennes en silicium permettent le confinement optique des nanoparticules sans effets thermiques néfastes.

Présentation :

"Les jonctions p-n latérales en graphène sont importantes car elles constituent les composants centraux d'une variété de systèmes électroniques/électroniques. Cependant, la formation de jonctions p-n latérales en graphène avec des niveaux de dopage contrôlables reste un grand défi en raison de la caractéristique monocouche du graphène. Ici, en réalisant une implantation ionique sélective et une croissance in situ par dépôt chimique dynamique en phase vapeur, la formation directe de jonctions p-n latérales en graphène sans soudure a été réalisée. La formation directe de jonctions p-n latérales en graphène sans soudure avec un contrôle spatial et un dopage accordable a été démontrée. La substitution par des atomes d'hydrogène est réalisée à la fois dans les régions dopées au bore et à l'azote, et l'évaluation photo-électrique révèle que les jonctions p-n latérales de graphène ne sont pas soudées et qu'elles sont contrôlées dans l'espace. L'implantation ionique étant une technique Comme l'implantation d'ions est une technique standard en microélectronique, notre étude suggère une stratégie simple et efficace pour la production en masse de jonctions p-n en graphène avec des atomes d'azote. L'implantation ionique étant une technique standard en microélectronique, notre étude propose une stratégie simple et efficace pour la production en masse de jonctions p-n en graphène avec une capacité de traitement par lots et une contrôlabilité spatiale, qui peut être facilement intégrée dans la production d'électronique et de photonique à base de graphène. .", cité dans [Gang Wang, et al "Seamless lateral graphene p-n junctions formed by selective in situ doping for high-performance photodetectors", Nature Communicationsvolume 9, Article number : 5168 (2018)].

Présentation :

La détection de faibles décalages de la vitesse radiale des étoiles hôtes induits par des planètes en orbite est une technique importante pour la découverte et la caractérisation des planètes Les peignes de fréquence optiques permettent d'étalonner les décalages de vitesse radiale des étoiles aux niveaux requis pour la détection des analogues terrestres. Un nouveau dispositif sur puce, le micropeigne à soliton Kerr, présente des propriétés idéales pour une application omniprésente en dehors du laboratoire et même dans les futurs instruments spatiaux. En outre, les spectres des micropeignes conviennent parfaitement à l'étalonnage des spectrographes astronomiques et éliminent les étapes de filtrage requises par les instruments spatiaux. Nous présentons ici, pour l'étalonnage des spectrographes astronomiques, un soliton dans le proche infrarouge, référencé par ligne atomique/moléculaire. Les efforts de recherche de l'exoplanète connue HD 187123b ont été menés au télescope Keck-II comme première démonstration sur le terrain des microcombs. Le télescope Keck-II est la première démonstration sur le terrain des microcombes.

Présentation :

L'IdO utilise de nombreux capteurs sans fil pour obtenir des données sur l'environnement physique (température, humidité, pression atmosphérique) et a de nombreuses applications possibles, notamment la mesure de l'environnement, les capteurs de soins de santé, les villes intelligentes et l'agriculture de précision. Les capteurs sans fil collectent, analysent et transmettent des données sur l'environnement. En général, les capteurs sans fil utilisés dans l'IdO se composent principalement d'appareils électroniques qui peuvent être soumis à des interférences électromagnétiques dans de nombreuses situations. Les capteurs optiques ne sont pas affectés par les interférences électromagnétiques et offrent donc des avantages significatifs dans les environnements difficiles. En outre, en introduisant la résonance optique pour améliorer l'interaction de la lumière, les capteurs optiques basés sur des résonateurs peuvent augmenter de manière significative la capacité et la flexibilité des capteurs sans fil en fournissant des fonctions compactes, sensibles et polyvalentes. Cette étude présente la première démonstration d'un nœud de capteurs photoniques sans fil basé sur un résonateur optique à mode de galerie de chuchotement (WGM).

Présentation :

Ces dernières années, la recherche sur les faisceaux à moment angulaire orbital (OAM), tels que les vortex optiques, a été active, mais les dispositifs qui non seulement détectent mais aussi mesurent des valeurs spécifiques ont été limités à la taille de la masse. Dans cette étude, un nouvel isolant topologique plasmonique compatible CMOS, le Sb2Te3, est utilisé pour créer un micro-dispositif de mesure de l'OAM.
L'isolant topologique proposé présente des propriétés supérieures dans la gamme des UV à la lumière visible par rapport aux matériaux conventionnels tels que l'or, et permet des mesures OAM très précises avec une diaphonie inférieure à -20 dB.
Les isolants topologiques, les OAM et les polaritons plasmoniques de surface seront également brièvement présentés au cours de la journée.

Présentation :

Les gyroscopes optiques peuvent détecter la vitesse de rotation en utilisant l'effet Sagnac. Les gyroscopes basés sur ce principe se prêtent très bien à la miniaturisation sur des structures nanophotoniques. Toutefois, le rapport signal/bruit des gyroscopes est généralement limité par les fluctuations thermiques et les défauts de fabrication. En raison de la force relativement faible du signal à l'échelle microscopique, les gyroscopes nanophotoniques intégrés n'ont pas été réalisés jusqu'à présent.
Dans cette étude, une nouvelle méthode appelée "amélioration réciproque de la sensibilité" est utilisée pour supprimer les fluctuations thermiques et les disparités de fabrication, ce qui permet d'obtenir un gyroscope ultracompact. Le gyroscope est 500 fois plus petit que les gyroscopes à fibre optique conventionnels, mais 30 fois plus sensible.

Présentation :

Le prix Nobel de physique 2018 a été attribué pour moitié à Arthur Ashkin pour les pinces optiques et leur application aux systèmes biologiques, et pour moitié au Dr Strickland. Mme Strickland est la troisième femme parmi les 210 lauréats qui ont reçu le prix Nobel. Au cours de la présentation, un bref aperçu des travaux scientifiques récompensés cette année sera présenté, puis les travaux les plus récents du Dr Strickland seront présentés. Strickland, qui a présenté un système compact, à haute puissance moyenne, sub- picoseconde, à deux couleurs. picoseconde, à puissance moyenne élevée, à deux couleurs (1025 et 1085 nm), couplé à une fibre et à amplification d'impulsion chirpée Yb:fibre.

Présentation :

Les résonateurs cristallins ont attiré l'attention en tant que plate-forme fondamentale pour une très large gamme d'applications, notamment la génération de solitons, la génération de micro-ondes à faible bruit et la stabilisation de la fréquence.
C'est pourquoi, dans cette étude, un couplage hautement efficace sur la puce a été réalisé en insérant la lumière d'un guide d'ondes en nitrure de silicium dans un guide d'ondes en silice avec une structure à pont d'air.
Cette méthode est plus robuste et convient mieux à l'emballage que le couplage avec des fibres coniques.

Présentation :

Les circuits d'oscillateurs électroniques sont utilisés dans de nombreux domaines allant des télécommunications à la génération d'horloges. Ces non-idéalités des circuits d'oscillateurs électroniques sont une motivation pour la conception d'oscillateurs opt- et électroniques. Ces non-idéalités des circuits d'oscillateurs électroniques sont une motivation pour la conception d'oscillateurs opt- et électroniques.

Présentation :

L'amplificateur à fibre dopée à l'erbium est un dispositif clé dans la technologie WDM/DWDM. La modélisation d'un amplificateur à fibre dopée à l'erbium est une tâche coûteuse en termes de calcul. Dans cet article, nous étudions l'application d'un réseau neuronal feed-forward multicouche pour modéliser un EDFA.

Présentation :

Ces dernières années, les matériaux cellulosiques ont suscité un regain d'intérêt en tant que substitut aux plastiques conventionnels en ce qui concerne les questions environnementales. Dans cette étude, nous avons fabriqué des structures photoniques et plasmoniques en hydroxypropylcellulose (HPC) en utilisant la lithographie douce. Les cristaux photoniques de cellulose sont bio-applicables et dégradables dans divers solvants tels que l'eau, et peuvent être colorés par des structures photoniques et améliorés par photoluminescence. En outre, il est démontré que les cristaux plasmoniques peuvent être utilisés pour la spectroscopie Raman améliorée par la surface en formant des cristaux plasmoniques avec un revêtement métallique.

Présentation :

Les lasers à colorants opto-fluidiques avec résonateurs optiques intégrés dans des dispositifs microfluidiques permettent la détection sensible de petites quantités et de faibles concentrations d'objets. Dans cette étude, un laser multicolore basé sur le transfert d'énergie par résonance de Förster (FRET) est réalisé à l'aide d'un résonateur optique de microgouttelettes. Des gouttelettes microfluidiques monodisperses contenant de la coumarine 102 ont été générées. Ces gouttelettes sphériques ont agi comme un résonateur optique à mode de galerie de chuchotement et ont été soumises à une longueur d'onde d'environ 470 nm. La composition du milieu de gain dans le résonateur à gouttelettes a pu être modifiée et la longueur d'onde est passée du bleu à l'orange (~590 nm) en introduisant de la rhodamine 6G dans la gouttelette en mouvement. Aucune émission de coumarine 102 n'a été observée pendant le passage de la Rhodamine 6G. La possibilité de contrôler la couleur de l'écoulement dans le même résonateur de gouttelettes, comme dans la présente étude, permet la détection continue de plusieurs types de molécules cibles à l'intérieur ou autour du résonateur.

Présentation :

Les interfaces entre les fibres et les puces, entre les puces et entre les puces, etc. ont toujours constitué un défi pour l'intégration des dispositifs photoniques. Les approches conventionnelles nécessitent un alignement de haute précision et une prise en compte précise de l'ajustement des caractéristiques des modes. Dans cette étude, des éléments de formation de faisceau imprimés en 3D sont formés sur les faces d'extrémité des fibres et des puces afin d'améliorer l'efficacité du couplage. En outre, la forme du faisceau et la direction de propagation sont ajustées à l'aide de miroirs de forme libre imprimés en 3D, et le faisceau est élargi à l'aide de plusieurs lentilles. Cela a permis d'améliorer considérablement les performances lors de l'intégration de plusieurs puces.

Présentation :

L'internet envoie des centaines de Tbit/s d'informations et consomme 91 TP3T de la consommation mondiale d'électricité. Des sources lumineuses de communication plus efficaces sont nécessaires pour réduire la consommation d'énergie, qui augmente à un rythme de 20-301 TP3T par an. Dans ce contexte, l'utilisation d'une seule source de lumière en peigne au lieu de plusieurs sources de lumière laser simultanément devrait permettre de réaliser des économies d'énergie et d'espace. Dans cette recherche, un peigne a été généré avec une efficacité extrêmement élevée de 661 TP3T en utilisant un guide d'onde en AlGaAs. L'utilisation de cette source de lumière en peigne pour la communication d'informations a permis d'atteindre 661 Tbit/s.

Présentation :

Les éléments optiques, les isolateurs optiques, qui permettent à la lumière de se propager dans une seule direction, sont importants dans un grand nombre d'applications. La propagation non opposée des ondes sonores peut être obtenue en utilisant des éléments mécaniques rotatifs. Dans la présente étude, une idée similaire a été appliquée aux ondes lumineuses et une tentative a été faite pour réaliser un isolateur optique. Cependant, les ondes lumineuses étant beaucoup plus rapides que les ondes sonores, une vitesse de rotation importante est nécessaire pour obtenir le même effet. La vitesse de rotation élevée provoque un flou axial, ce qui rend difficile le maintien de la distance entre le résonateur et le guide d'ondes, et le couplage critique ne peut pas être maintenu. Par conséquent, d'autres méthodes ont été adoptées pour l'isolation.
Par conséquent, en utilisant le principe de la tête magnétique émergeant du disque avec une précision de l'ordre du nanomètre en termes d'hydrodynamique dans le disque dur, le couplage a été réalisé à une distance de quelques nanomètres du résonateur. Dans la présente expérience, les modes horaire et antihoraire ont été séparés en faisant tourner le résonateur à grande vitesse pour obtenir une isolation de 99,61 TP3T.

Présentation :

Les systèmes de transport intelligents (STI) sont des technologies d'infrastructure utilisées, par exemple, pour contrôler les feux de circulation. Cette étude propose un capteur radar capable d'effectuer simultanément les trois tâches techniques requises pour les STI : mesure du volume de trafic, mesure de la vitesse et distinction du type de véhicule.

Présentation :

Les matériaux souples qui changent de forme en réponse à des stimuli tels que la chaleur, la lumière ou les champs magnétiques ont un potentiel pour de nombreuses applications, allant de l'électronique flexible et de la robotique souple aux défis biomédicaux tels que l'administration de médicaments et l'ingénierie des tissus biologiques. En particulier, l'utilisation de champs magnétiques est prometteuse pour les applications médicales où les matériaux doivent être manipulés à distance et déplacés dans des espaces fermés, mais les méthodes de fabrication actuelles ne peuvent induire que des changements de forme simples.
Cette étude présente une technique d'impression de matériaux souples activés magnétiquement et se déformant en moins d'une seconde : en magnétisant la buse d'une imprimante 3D et en contrôlant la disposition de microparticules ferromagnétiques dans une matrice de caoutchouc de silicone, il est possible de fabriquer des structures déformables de manière réversible et dynamique. Les matériaux fabriqués peuvent être programmés pour effectuer une variété d'actions utiles, telles que tourner, sauter et saisir des objets, et devraient avoir un large éventail d'applications.

Présentation :

Les peignes de fréquence optique avec des composantes de fréquence également espacées sont à la base de la métrologie de fréquence moderne, de la spectroscopie de précision, de la spectroscopie astronomique, de l'optique ultrarapide et de l'ingénierie de l'information quantique. Les peignes de fréquence à l'échelle d'une puce exploitant des non-linéarités telles que les effets Kerr et Raman dans des microcavités monolithiques avec des valeurs Q ultra-élevées ont progressé ces dernières années avec l'observation de solitons de résonateurs temporels. Cependant, il est généralement difficile d'accorder la dispersion de la longueur d'onde dans un résonateur laser, qui détermine la formation du peigne optique, par un champ électrique, tant dans les microcavités que dans les résonateurs à fibre. Ce contrôle électrique dynamique relie les peignes de fréquences optiques à l'optoélectronique et permet la sortie de différents peignes optiques dans un seul résonateur, avec un réglage rapide et pratique. En raison de l'extraordinaire accordabilité Fermi-Dirac et de la mobilité ultrarapide des porteurs, le graphène présente une dispersion optique complexe déterminée par sa conductivité optique, qui peut être réglée par la tension de la grille. Nous introduisons ici une conductivité optique réglable par la grille dans un micro-résonateur optique en nitrure de silicium et montrons l'accordabilité intra-résonateur d'un peigne de fréquence optique à grille basé sur le graphène en faisant varier la dispersion de la longueur d'onde du deuxième ordre et de l'ordre supérieur.

Présentation :

Dans ce rapport, nous démontrons comment, à l'aide de la lumière laser, piéger efficacement des bulles de gaz et les transporter à travers une phase liquide vers une destination souhaitée en déplaçant la position du faisceau laser. La physique qui sous-tend l'effet est complexe mais assez générale puisqu'elle provient de l'effet Marangoni, bien connu et limité à deux dimensions. Le système expérimental basé sur le microscope consiste en une fine couche de liquide placée entre deux plaques de verre contenant un colorant Cette source de chaleur ponctuelle modifie localement la tension superficielle de l'interface liquide-air voisine. En raison des gradients de température, un flux de Marangoni photodéclenché est induit, ce qui entraîne une auto-amplification de l'effet et la formation de tourbillons à grande échelle. L'interface est courbée vers la position du faisceau, ce qui permet la formation d'une bulle de gaz lorsque le faisceau est orienté de manière appropriée. En utilisant diverses techniques (particules luminescentes ou cristaux liquides), nous avons visualisé les écoulements liquides propulsés par les forces tangentielles à l'interface. Cela nous a permis de comprendre la physique du phénomène et d'analyser les effets d'accompagnement conduisant au piégeage des bulles de gaz. La manipulation de gouttelettes sessiles se déplaçant sur la surface du verre induite par la flexion contrôlée de l'interface par la lumière laser (c'est-à-dire la "catapulte à gouttelettes") est également démontrée. est également démontrée.

Présentation :

Dans le traitement moderne du cancer, les méthodes de biopsie nécessitent une analyse histologique, moléculaire et génomique. Il est important de localiser avec précision et d'échantillonner de manière adéquate en une seule étape les cancers présentant une hétérogénéité intratumorale afin de réduire les risques pour les patients. Dans cette étude, nous avons proposé une technique qui permet l'identification in situ des cellules cancéreuses pendant le prélèvement par spectroscopie Raman et a démontré la détection du cancer.

Présentation :

Des dispositifs optoélectroniques légers et mécaniquement flexibles peuvent être fabriqués à l'aide de semi-conducteurs organiques. Cependant, la plupart des lasers à semi-conducteurs organiques restent "rigides", en partie parce qu'ils ont besoin d'un substrat pour les supporter. Dans cette étude, un laser DFB de type film ultrafin (<500 nm) a été fabriqué sans substrat à l'aide d'un processus de fabrication simple, ce qui permet d'obtenir un poids ultra-léger et une grande flexibilité. Ce poids léger et cette grande flexibilité peuvent être utilisés pour de futures applications dans des domaines tels que la sécurité et la médecine, en les incorporant dans des lentilles de contact, des billets de banque, etc.

Présentation :

Dans cette étude, nous avons réussi à produire une chiralité spontanée dans des résonateurs silicatroïdes sans briser la symétrie PT. Ce dichroïsme circulaire est dû à une modification du couplage entre le CW et le CCW en raison d'effets non linéaires. Il a été démontré expérimentalement que lorsque l'intensité lumineuse d'entrée dépasse un seuil de plusieurs centaines d'uW, l'effet non linéaire est affecté et un dichroïsme circulaire d'environ 20:1 est produit.

Présentation :

Les robots mous sont des robots sûrs qui peuvent s'adapter à l'homme et à l'environnement naturel, et ils ont été développés de diverses manières ces dernières années. Toutefois, il est difficile de fabriquer toutes les pièces d'un robot souple à l'aide de matériaux souples, et il a été nécessaire d'utiliser du métal pour certaines pièces. Dans cette étude, un robot mou en forme de pieuvre a été développé, dans lequel toutes les pièces sont fabriquées à partir de matériaux souples sans utiliser de métaux. Le robot n'a pas besoin d'être connecté à une source d'énergie externe et peut être rendu autonome à l'aide d'une réaction catalytique.

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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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