Journal Club 2018 | Gruppo di struttura fotonica Tanabe

Club del giornale

Per anno (aprile-dicembre)

＜Sessione di ascolto del "Journal Club".

ESERCIZIO 2018.

Presentato da.

Le tecnologie elettroniche e fotoniche sono tecnologie chiave a supporto dell'industria, ma l'integrazione di queste due tecnologie su chip ha tradizionalmente rappresentato una sfida importante. Tuttavia, il costo dell'applicazione di queste tecnologie a un gran numero di applicazioni è proibitivo.
Pertanto, questo studio integra la tecnologia fotonica nel processo CMOS introducendo uno strato di silicio policristallino. È stato verificato che vari elementi ottici, come strutture a guida d'onda, modulatori ad alta velocità e fotorivelatori, possono essere integrati su un singolo chip nel processo CMOS insieme ai transistor.

Presentato da.

In questo lavoro abbiamo proposto un sensore di pressione metallo-isolante-metallo (MIM) costituito da due guide d'onda plasmoniche e da un doppio risonatore ad anello quadrato. I due anelli quadrati sono collegati da un patch rettangolare situato tra i due. Per simulare il dispositivo è stato utilizzato il metodo del dominio del tempo a differenza finita (FDTD). Applicando una pressione sulla struttura, questa si deforma ed è stato calcolato uno spostamento verso il rosso di 103 nm nella lunghezza d'onda di risonanza. Il sensore di pressione ottico plasmonico proposto ha una sensibilità di 16,5 nm/MPa, che è stata calcolata in base ai risultati ottenuti. Il sensore di pressione ottico plasmonico proposto ha una sensibilità di 16,5 nm/MPa che lo rende molto adatto all'uso in ingegneria biologica e biomedica.

Presentato da.

La capacità di catturare otticamente particelle su scala nanometrica in modo affidabile e non invasivo è emersa come una capacità importante per le nanoscienze. Per questo motivo, sono state introdotte varie tecniche, tra cui le nanostrutture plasmoniche, per la cattura di particelle su scala nanometrica. Tuttavia, le pinzette nano-ottiche basate sulla plasmonica devono affrontare problemi di riscaldamento Joule a causa delle elevate perdite nei metalli. Questo studio dimostra sperimentalmente un approccio non plasmonico, ossia l'intrappolamento e il trasporto ottico di nanoparticelle utilizzando nano-antenne di silicio. Sono state catturate nanoparticelle di polistirene con diametri di 20 e 100 nm e la microscopia a fluorescenza è stata utilizzata per tracciare la loro posizione in funzione del tempo. Ciò ha dimostrato che più nanoparticelle possono essere catturate simultaneamente da una singola nanoantenna. Sono state inoltre presentate simulazioni delle nano-antenne che prevedono forze ottiche potenziate con una leggera generazione di calore. Questo studio dimostra che le nanoantenne di silicio consentono il confinamento ottico delle nanoparticelle senza effetti dannosi di riscaldamento termico.

Presentato da.

"Le giunzioni p-n laterali di grafene sono importanti in quanto costituiscono i componenti principali di una serie di dispositivi elettronici. Tuttavia, la formazione di giunzioni p-n laterali di grafene con livelli di drogaggio controllabili è ancora una grande sfida a causa della caratteristica monostrato del grafene. In questa sede, eseguendo l'impiantazione ionica selettiva e la crescita in situ mediante deposizione chimica dinamica da vapore, si è ottenuta la formazione diretta di giunzioni p-n laterali di grafene senza soluzione di continuità. formazione di giunzioni p-n laterali di grafene senza soluzione di continuità con controllo spaziale e drogaggio regolabile. La sostituzione con eroatomi di het è ottenuta sia nella regione drogata con boro che in quella drogata con azoto e la valutazione fotoelettrica rivela che la giunzione p-n di grafene senza soluzione di continuità è stata ottenuta con il controllo spaziale e la regolazione del drogaggio. Poiché l'impianto ionico è una tecnica standard Il nostro studio suggerisce una strategia semplice ed efficace per la produzione di massa di giunzioni p-n di grafene con Poiché l'impianto ionico è una tecnica standard nella microelettronica, il nostro studio suggerisce una strategia semplice ed efficace per la produzione di massa di giunzioni p-n di grafene con capacità di batch e controllabilità spaziale, che può essere facilmente integrata nella produzione di elettronica e fotonica a base di grafene. .", citato da [Gang Wang, et al "Seamless lateral graphene p-n junctions formed by selective in situ doping for fotorivelatori ad alte prestazioni", Nature Communicationsvolume 9, Article number: 5168 (2018)].

Presentato da.

La rilevazione dei deboli spostamenti di velocità radiale delle stelle ospiti indotti dai pianeti orbitanti è una tecnica importante per scoprire e caratterizzare i pianeti. I pettini ottici di frequenza consentono di calibrare gli spostamenti di velocità radiali stellari ai livelli necessari per il rilevamento di analoghi terrestri. Un nuovo dispositivo basato su chip, il microcombinatore di solitoni di Kerr, ha proprietà ideali per un'applicazione ubiquitaria al di fuori del laboratorio e persino nei futuri strumenti spaziali. Inoltre, gli spettri a microcombinazione sono ideali per la calibrazione degli spettrografi astronomici ed eliminano le fasi di filtraggio necessarie per la calibrazione degli spettri astronomici. Qui, per la calibrazione degli spettrografi astronomici, dimostriamo un solitone atomico/molecolare riferito alla linea del vicino infrarosso. Gli sforzi per la ricerca dell'esopianeta noto HD 187123b sono stati condotti al telescopio Keck-II come prima dimostrazione sul campo delle microcombe. Il telescopio Keck-II è stato condotto al telescopio Keck-II come prima dimostrazione sul campo delle microcombe.

Presentato da.

L'IoT utilizza molti sensori wireless per ottenere dati sull'ambiente fisico (temperatura, umidità, pressione dell'aria) e ha molte applicazioni possibili, tra cui la misurazione ambientale, i sensori sanitari, le città intelligenti e l'agricoltura di precisione. I sensori wireless raccolgono, analizzano e trasmettono dati sull'ambiente. In generale, i sensori wireless utilizzati nell'IoT sono costituiti principalmente da dispositivi elettronici che possono essere soggetti a interferenze elettromagnetiche in molte situazioni. I sensori ottici non risentono delle interferenze elettromagnetiche e offrono quindi notevoli vantaggi in ambienti difficili. Inoltre, introducendo la risonanza ottica per migliorare l'interazione della luce, i sensori ottici basati su risonatori possono aumentare significativamente la capacità e la flessibilità dei sensori wireless, fornendo funzioni compatte, sensibili e versatili. In questo studio viene presentata la prima dimostrazione di un nodo sensore fotonico wireless basato su un risonatore ottico in modalità whispering gallery (WGM).

Presentato da.

Negli ultimi anni, la ricerca sui fasci con momento angolare orbitale (OAM), come i vortici ottici, è stata attiva, ma i dispositivi che non solo rilevano ma misurano valori specifici sono stati limitati alle dimensioni del bulk. In questo studio, un nuovo isolante topologico plasmonico compatibile con CMOS, Sb2Te3, viene utilizzato per creare un micro dispositivo di misurazione OAM.
L'isolante topologico proposto ha proprietà superiori nell'intervallo di luce UV e visibile rispetto ai materiali convenzionalmente utilizzati, come l'Au, e consente misure OAM altamente accurate con diafonia inferiore a -20 dB.
Anche gli isolanti topologici, gli OAM e i polaritoni plasmonici di superficie saranno brevemente introdotti durante la giornata.

Presentato da.

I giroscopi ottici possono rilevare la velocità di rotazione sfruttando l'effetto Sagnac. I giroscopi basati su questo principio sono molto adatti alla miniaturizzazione su strutture nanofotoniche. Tuttavia, il rapporto segnale/rumore dei giroscopi è generalmente limitato dalle fluttuazioni termiche e dagli errori di fabbricazione. A causa della potenza del segnale relativamente bassa su microscala, finora non sono stati realizzati giroscopi nanofotonici integrati.
In questo studio, un nuovo metodo chiamato "miglioramento reciproco della sensibilità" viene utilizzato per sopprimere le fluttuazioni termiche e gli errori di fabbricazione, ottenendo un giroscopio ultracompatto. Il giroscopio è 500 volte più piccolo dei giroscopi a fibre ottiche convenzionali, ma 30 volte più sensibile.

Presentato da.

Il Premio Nobel per la Fisica 2018 è stato assegnato per metà ad Arthur Ashkin per le pinzette ottiche e la loro applicazione ai sistemi biologici, e per l'altra metà alla dottoressa Strickland. La dott.ssa Strickland è la terza donna tra i 210 premiati che hanno ricevuto il Nobel. Nel corso della presentazione verrà presentato un breve sguardo ai lavori scientifici premiati quest'anno. Strickland, che ha presentato un sistema compatto, ad alta potenza media, sub- picosecondo e a due colori. picosecondo, a due colori (1025 e 1085 nm), accoppiato in fibra e con amplificazione dell'impulso chirped Yb:fiber.

Presentato da.

I risonatori di cristallo hanno attirato l'attenzione come piattaforma fondamentale per un'ampia gamma di applicazioni, tra cui la generazione di solitoni, la generazione di microonde a basso rumore e la stabilizzazione di frequenza.
Per questo motivo, in questo studio è stato ottenuto un accoppiamento on-chip e altamente efficiente inserendo la luce da una guida d'onda in nitruro di silicio in una guida d'onda in silice con una struttura a ponte d'aria.
Questo metodo è più robusto e adatto al confezionamento rispetto all'accoppiamento con fibre affusolate.

Presentato da.

I circuiti oscillatori elettronici sono utilizzati in molti settori, dalle telecomunicazioni alla generazione di orologi. Queste non-idealità dei circuiti oscillatori elettronici sono una motivazione per la progettazione di oscillatori ottici e elettronici. Queste non-idealità dei circuiti oscillatori elettronici sono una motivazione per la progettazione di oscillatori ottici ed elettronici.

Presentato da.

L'amplificatore in fibra drogata di erbio è un dispositivo chiave nella tecnologia WDM/DWDM. Il compito di modellare l'EDFA è computazionalmente costoso. In questo lavoro studiamo l'applicazione della rete neurale feed-forward multistrato per modellare un EDFA.

Presentato da.

Negli ultimi anni, i materiali cellulosici hanno suscitato un rinnovato interesse come sostituti delle plastiche convenzionali per quanto riguarda le questioni ambientali. In questo studio abbiamo fabbricato strutture fotoniche e plasmoniche in idrossipropilcellulosa (HPC) utilizzando la litografia morbida. I cristalli fotonici di cellulosa sono bioapplicabili e degradabili in vari solventi, come l'acqua, e possono essere colorati da strutture fotoniche e potenziati dalla fotoluminescenza. Inoltre, è stato dimostrato che i cristalli plasmonici possono essere utilizzati per la spettroscopia Raman potenziata in superficie formando cristalli plasmonici con un rivestimento metallico.

Presentato da.

I laser a coloranti optofluidici con risonatori ottici integrati in dispositivi microfluidici consentono il rilevamento sensibile di piccole quantità e basse concentrazioni di oggetti. In questo studio è stato realizzato un laser multicolore basato sul trasferimento di energia di risonanza di Förster (FRET) utilizzando un risonatore ottico per microgocce. Qui sono state generate gocce microfluidiche monodisperse con l'introduzione della cumarina 102. Queste gocce sferiche hanno agito come un'unità di misura per il trasferimento di energia a risonanza di Förster. Queste gocce sferiche hanno agito come risonatore ottico a galleria sussurrante e sono state irradiate a una lunghezza d'onda di circa 470 nm. È stato possibile modificare la composizione del mezzo di guadagno nel risonatore di gocce e cambiare la lunghezza d'onda da blu ad arancione (~590 nm) introducendo la rodamina 6G nella goccia in movimento. Non è stata osservata alcuna emissione di cumarina 102 durante l'infusione di rodamina 6G. La possibilità di controllare il colore del raging nello stesso risonatore di gocce, come nel presente studio, consente di rilevare in modo continuo diversi tipi di molecole target all'interno o intorno al risonatore.

Presentato da.

Le interfacce tra fibre e chip, tra chip e chip, ecc. hanno tradizionalmente rappresentato una sfida nell'integrazione dei dispositivi fotonici. Gli approcci convenzionali richiedono un allineamento di alta precisione e una considerazione precisa della regolazione delle caratteristiche di modo. In questo studio, gli elementi di formazione del fascio stampati in 3D sono formati sulle facce finali delle fibre e dei chip per migliorare l'efficienza di accoppiamento. Inoltre, la forma e la direzione di propagazione del fascio sono regolate con specchi a forma libera stampati in 3D e il fascio viene espanso con lenti multiple. Questo ha portato a un significativo miglioramento delle prestazioni nell'integrazione di più chip.

Presentato da.

Internet invia centinaia di Tbit/s di informazioni e consuma 91 TP3T del consumo mondiale di elettricità. Sono necessarie sorgenti luminose di comunicazione più efficienti per ridurre il consumo energetico, che aumenta a un ritmo di 20-301 TP3T all'anno. In questa tendenza attuale, si prevede che il risparmio di energia e di spazio possa essere ottenuto utilizzando un'unica sorgente luminosa a pettine invece di molte sorgenti luminose laser simultaneamente. In questa ricerca è stato generato con successo un pettine con un'efficienza estremamente elevata di 661 TP3T utilizzando una guida d'onda in AlGaAs. Utilizzando questa sorgente luminosa a pettine per la comunicazione di informazioni, è stato possibile raggiungere 661 Tbit/s.

Presentato da.

Gli elementi ottici, gli isolatori ottici, che permettono alla luce di propagarsi in una sola direzione, sono importanti in un'ampia gamma di applicazioni. La propagazione non opposta delle onde sonore può essere ottenuta utilizzando elementi meccanici rotanti. Nel presente studio, un'idea simile è stata applicata alle onde luminose e si è cercato di realizzare un isolatore ottico. Tuttavia, le onde luminose sono molto più veloci di quelle sonore, quindi è necessaria una velocità di rotazione considerevole per ottenere lo stesso effetto. L'elevata velocità di rotazione provoca una sfocatura assiale che rende difficile mantenere la distanza tra il risonatore e la guida d'onda e l'accoppiamento critico non può essere mantenuto. Di conseguenza, sono stati adottati altri metodi per l'isolamento.
Pertanto, utilizzando il principio della testa magnetica che emerge dal disco con una precisione nanometrica in termini di idrodinamica negli HDD, l'accoppiamento è stato ottenuto a una distanza di pochi nanometri dal risonatore. Nel presente esperimento, i modi orario e antiorario sono stati divisi ruotando il risonatore ad alta velocità per ottenere un isolamento di 99,61 TP3T.

Presentato da.

I sistemi di trasporto intelligenti (ITS) sono tecnologie infrastrutturali utilizzate, ad esempio, per controllare i semafori. In questo studio viene proposto un sensore radar in grado di svolgere contemporaneamente i tre compiti tecnici richiesti dagli ITS: misurazione del volume di traffico, misurazione della velocità e distinzione del tipo di veicolo.

Presentato da.

I materiali morbidi che cambiano forma in risposta a stimoli come il calore, la luce o i campi magnetici hanno il potenziale per numerose applicazioni, che vanno dall'elettronica flessibile e dalla robotica morbida alle sfide biomediche come la somministrazione di farmaci e l'ingegneria dei biotessuti. In particolare, l'uso dei campi magnetici è promettente per le applicazioni mediche in cui i materiali devono essere manipolati a distanza e spostati in spazi chiusi, ma gli attuali metodi di fabbricazione possono indurre solo semplici cambiamenti di forma.
Questo studio presenta una tecnica per stampare materiali morbidi che si attivano magneticamente e si deformano in meno di un secondo: magnetizzando l'ugello di una stampante 3D e controllando la disposizione di microparticelle ferromagnetiche in una matrice di gomma siliconica, è possibile fabbricare strutture che sono reversibili e dinamicamente deformabili. I materiali fabbricati possono essere programmati per eseguire una serie di azioni utili, come girare, saltare e afferrare oggetti, e si prevede che avranno un'ampia gamma di applicazioni.

Presentato da.

I pettini ottici di frequenza con componenti di frequenza equidistanti sono alla base della moderna metrologia di frequenza, della spettroscopia di precisione, della spettroscopia astronomica, dell'ottica ultraveloce e dell'ingegneria dell'informazione quantistica. I pettini di frequenza su scala chip che sfruttano le nonlinearità come gli effetti Kerr e Raman in microcavità monolitiche con valori Q elevatissimi hanno fatto progressi negli ultimi anni con l'osservazione dei solitoni temporali dei risonatori. Tuttavia, è generalmente difficile sintonizzare la dispersione della lunghezza d'onda in un risonatore laser, che determina la formazione del pettine ottico, mediante un campo elettrico, sia nelle microcavità che nei risonatori in fibra. Questo controllo elettrico dinamico collega i pettini ottici di frequenza con l'optoelettronica e consente l'emissione di diversi pettini ottici in un singolo risonatore con una sintonizzazione rapida e conveniente. A causa della straordinaria sintonia Fermi-Dirac e della mobilità ultraveloce dei portatori, il grafene presenta una dispersione ottica complessa determinata dalla sua conduttività ottica, che può essere sintonizzata dalla tensione di gate. Qui introduciamo la conduttività ottica regolabile tramite gate in un risonatore micro-ottico in nitruro di silicio e mostriamo la sintonizzazione all'interno del risonatore di un pettine di frequenza ottico gated basato sul grafene, variando la dispersione di secondo ordine e di ordine superiore della lunghezza d'onda.

Presentato da.

Nella relazione si dimostra come, utilizzando la luce laser, sia possibile intrappolare efficacemente le bolle di gas e trasportarle attraverso una fase liquida fino alla destinazione desiderata spostando la posizione del raggio laser. La fisica alla base dell'effetto è complessa ma abbastanza generale, poiché deriva dal ben noto effetto Marangoni, limitato a due dimensioni. Il sistema sperimentale al microscopio consiste in un sottile strato di liquido posto tra due lastre di vetro contenenti un colorante. Questa fonte di calore puntiforme modifica localmente la tensione superficiale della vicina interfaccia liquido-aria. A causa dei gradienti di temperatura, viene indotto un flusso Marangoni foto-triggerato che porta all'auto-amplificazione dell'effetto e alla formazione di vortici su larga scala. L'interfaccia si piega verso la posizione del fascio, consentendo la formazione di una bolla di gas dopo un'adeguata guida del fascio. Utilizzando varie tecniche (con particelle luminescenti o cristalli liquidi), abbiamo visualizzato i flussi liquidi spinti dalle forze tangenziali all'interfaccia. Questo ci ha aiutato a comprendere la fisica del fenomeno e ad analizzare gli effetti di accompagnamento che portano all'intrappolamento delle bolle di gas. È stata inoltre dimostrata la manipolazione di gocce sessili che si muovono sulla superficie del vetro, indotta dalla flessione dell'interfaccia controllata dalla luce laser (cioè la "catapulta per gocce"). dimostrata anche la manipolazione di gocce sessili in movimento sulla superficie del vetro

Presentato da.

Nel moderno trattamento del cancro, i metodi di biopsia richiedono un'analisi istologica, molecolare e genomica. Individuare con precisione e campionare adeguatamente in un unico passaggio i tumori con eterogeneità intratumorale è importante per ridurre il rischio per il paziente. In questo studio abbiamo proposto una tecnica che consente di identificare le cellule tumorali in situ durante il prelievo mediante spettroscopia Raman e di dimostrare l'individuazione del cancro.

Presentato da.

I dispositivi optoelettronici leggeri e meccanicamente flessibili possono essere fabbricati utilizzando semiconduttori organici. Tuttavia, la maggior parte dei laser a semiconduttore organico rimane ancora "rigida", in parte perché richiede un substrato per essere supportata. In questo studio, un laser DFB ultrasottile (<500 nm) di tipo a film è stato fabbricato senza substrato utilizzando un semplice processo di fabbricazione, ottenendo un peso ultraleggero e un'elevata flessibilità. La leggerezza e l'elevata flessibilità possono essere utilizzate per applicazioni future in settori quali la sicurezza e la medicina, incorporando il laser in lenti a contatto, banconote, ecc.

Presentato da.

In questo studio siamo riusciti a produrre una chiralità spontanea in risonatori silicatroidi senza rompere la simmetria PT. Questo dicroismo circolare è dovuto a un cambiamento nell'accoppiamento tra CW e CCW dovuto a effetti non lineari. È stato dimostrato sperimentalmente che quando l'intensità della luce in ingresso supera una soglia di alcune centinaia di uW, l'effetto non lineare viene compromesso e si produce un dicroismo circolare di circa 20:1.

Presentato da.

I robot morbidi sono robot sicuri che possono adattarsi bene all'uomo e all'ambiente naturale e sono stati sviluppati in vari modi negli ultimi anni. Tuttavia, è difficile fabbricare tutte le parti di un robot morbido con materiali morbidi ed è stato necessario utilizzare il metallo in alcune parti. In questo studio è stato sviluppato un robot morbido a forma di polipo, in cui tutte le parti sono realizzate con materiali morbidi senza l'utilizzo di metalli. Il robot non ha bisogno di essere collegato a una fonte di energia esterna e può essere reso autonomo grazie a una reazione catalitica.

Vi informeremo regolarmente sugli eventi.
Chiunque può iscriversi.

Che cos'è il Journal Club?
Si tratta di una serie di conferenze aperte che si tengono nel Tanabe Photonic Structures Laboratory. Gli studenti, a partire dal livello post-laurea, esaminano documenti relativi all'ottica e alle tecnologie correlate, come la fotonica, i materiali, le bioscienze, ecc. e li spiegano in modo semplice e comprensibile.

Informazioni sull'auditing
Le conferenze sono gratuite, indipendentemente dal fatto che ci si trovi all'interno o all'esterno del campus. Le conferenze si terranno regolarmente, quindi se siete interessati a qualche argomento, venite e partecipate. Non è necessario un preavviso per partecipare, ma se ci contattate in anticipo, prepareremo il materiale per voi.

Annuncio dell'evento.
Il Journal Club è organizzato sul nostro sito web e sulla mailing list. Se vi iscrivete alla mailing list, riceverete periodicamente via e-mail gli inviti alle riunioni.

Per iscriversi, inviare un'e-mail vuota all'indirizzo e-mail indicato di seguito.