Journal Club 2015 | Gruppo Struttura Fotonica Tanabe

Club del giornale

Per anno (aprile-dicembre)

＜Sessione di ascolto del "Journal Club".

ESERCIZIO 2015.

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I riflettori multistrato dielettrici non polarizzanti sono importanti dispositivi ottici e hanno numerose applicazioni nelle fibre ottiche, nelle guide d'onda dielettriche e nei diodi ad emissione luminosa. In questo articolo, riportiamo la nostra analisi dei meccanismi ottici non polarizzanti biologici nei riflettori multistrato a banda larga guanina-citoplasmatici "argentati" di tre specie di pesci. Nello strato subcapsulare argenteo di questi pesci sono presenti due tipi di cristalli di guanina birifrangenti, uno con l'asse ottico parallelo all'asse lungo del cristallo e l'altro con l'asse ottico perpendicolare al piano del cristallo. Queste disposizioni annullano la polarizzazione dei riflessi a causa dei diversi angoli di Brewster in ciascuna interfaccia. Il meccanismo di riflessione di questi pesci si differenzia dai progetti di specchi non polarizzanti esistenti per il fatto che non vi è alcuna differenza di indice di rifrazione tra lo strato a basso indice di rifrazione del riflettore e l'ambiente esterno. Questo meccanismo potrebbe essere facilmente fabbricato e utilizzato in dispositivi ottici artificiali.

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La microfabbricazione laser mediante processo di assorbimento a due fotoni è una delle tecnologie più avanzate di recente, ma non ci sono stati molti esempi di valutazione dei prodotti fabbricati e la tecnologia non ha ancora raggiunto lo stadio della ricerca e dell'uso pratico. In questo studio, piccole strutture elastiche fatte di fili di polimero PMMA con un diametro di alcune centinaia di nm sono state fabbricate con il processo di assorbimento a due fotoni e valutate da vari punti di vista per verificare se si comportano come le molle ordinarie.

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In questo lavoro è stato fabbricato e caratterizzato un modulatore ottico che combina grafene e plasmoni. Utilizzando un metodo di modulazione tramite plasmoni, che hanno un'interazione maggiore con il grafene rispetto alla luce, e utilizzando una struttura a guida d'onda con un'interazione maggiore, si ottiene una profondità di modulazione di oltre 0,03 dB μm^-1 in un'area di soli 10 μm^-2. Questo risultato è paragonabile alle prestazioni dei modulatori ottici convenzionali basati sul silicio, ma più piccolo e più integrato. Si tratta di un risultato paragonabile alle prestazioni dei modulatori ottici convenzionali basati sul silicio, ma più piccolo e più integrato, e si prevede quindi che svolgerà un ruolo importante nelle comunicazioni ottiche future.

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È stato preso in considerazione l'uso di onde elettromagnetiche nella gamma da 0,1 a 1,0 THz come onda portante per segnali wireless nello spazio libero, ma la multiplazione dei segnali terahertz ha rappresentato un problema. Questo studio riporta la dimostrazione del multiplexing di frequenza in una larghezza di banda di oltre un'ottava utilizzando un'antenna basata su una guida d'onda metallica a piatti paralleli.

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Sebbene siano state condotte molte ricerche sulle pinzette ottiche per applicazioni quali la manipolazione cellulare, la fluidodinamica e la microrobotica, si è ritenuto difficile intrappolare particelle di grandi dimensioni con i fasci di forma gaussiana principalmente utilizzati. Al contrario, proponiamo un metodo (ENTRAPS) per aumentare la forza di intrappolamento delle particelle semplicemente manipolando il modello di fase del fascio incidente, e riportiamo che un miglioramento di oltre un ordine di grandezza è stato effettivamente osservato negli esperimenti.

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Un importante processo non lineare nelle fibre ottiche è la miscelazione a quattro onde dovuta alla dipendenza dall'intensità dell'indice di rifrazione. In questo lavoro, riportiamo un nuovo effetto di auto-azione non lineare, ossia l'amplificazione auto-parametrica, in cui un restringimento dello spettro ottico in una fibra a dispersione normale porta a una propagazione molto stabile con una distribuzione spettrale unica, dovuta al missaggio inverso a quattro onde, simile a un'amplificazione parametrica efficace della parte centrale dello spettro per trasferimento di energia dalla coda spettrale. simile a un'amplificazione parametrica efficace nella parte centrale dello spettro dovuta al trasferimento di energia dalla coda. L'amplificazione autoparametrica e la propagazione spettrale non lineare stabile con forme d'onda temporali casuali osservate trovano applicazione nelle comunicazioni ottiche e nei laser in fibra ad alta potenza che presentano dinamiche intracavità non lineari.

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L'odierna crescente quantità di comunicazione di dati nei data center e nei computer richiede linee di trasmissione con elevata larghezza di banda e velocità di trasmissione. In questo lavoro è stata realizzata una guida d'onda ottica polimerica che può essere fabbricata su circuiti elettrici CMOS convenzionali. Ciò consente di incorporare linee di trasmissione ottica tra i chip, mentre le fibre ottiche vengono utilizzate solo per l'ingresso e l'uscita dalla scheda.

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Per la discriminazione dei colori è necessaria una risposta spettrale a larghezza di linea stretta, ma i sistemi attuali utilizzano una combinazione di fotodiodi a banda larga e filtri ottici, il che complica la struttura e limita la qualità del rilevamento dei colori.
Il presente lavoro illustra un metodo per realizzare fotodiodi senza filtro a banda stretta modulando la risposta spettrale.
Poiché utilizza cristalli singoli di perovskite e rientra nello stesso campo di ricerca del documento introdotto da Tamaki il 16 ottobre, la presentazione includerà le differenze di prestazioni.

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Attualmente vi è un'esigenza sempre crescente di memoria ottica non volatile, essenziale per la realizzazione di un'elaborazione dei segnali completamente ottica. In questo studio abbiamo analizzato un materiale con proprietà ottiche diverse tra lo stato cristallino e quello amorfo, il Ge2Sb.2Te5(GST) è stata progettata una memoria non volatile completamente ottica. Le transizioni tra gli stati cristallino e amorfo possono essere indotte guidando un impulso di scrittura attraverso una guida d'onda aggiunta al GST e la trasmittanza può essere significativamente modificata quando un impulso di lettura viene guidato attraverso la stessa guida d'onda. Il dispositivo può funzionare a temperatura ambiente, può essere utilizzato ripetutamente e può memorizzare dati per più di tre mesi.

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Le perovskiti organoliche trialogenate stanno attirando l'attenzione come nuovo materiale per dispositivi elettronici grazie al loro basso costo e alla capacità di preparare e fabbricare band gap in un processo di soluzione. In questo lavoro viene presentato un fotorivelatore in perovskite a singolo cristallo che presenta una risposta spettrale molto stretta con un'ampiezza a metà del massimo di 20 nm. Questa sensibilità spettrale molto stretta può essere spiegata dalla ricombinazione delle cariche superficiali e si prevede che possa trovare applicazione in tutti i campi del rilevamento e dell'imaging, dove l'influenza del rumore deve essere soppressa.

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Un pettine ottico Kerr è stato generato con successo e mode-lockato nel regime di dispersione normale utilizzando interazioni intermodali. Sono stati misurati gli spettri e le forme d'onda temporali ed è stato confermato che sono stati generati impulsi scuri. Se è possibile ottenere il blocco di modo nella regione di dispersione normale, ad esempio nella banda del visibile, dove la dispersione del materiale è grande, ciò consentirà una maggiore libertà nella progettazione del risonatore e porterà a un ulteriore ampliamento della larghezza di banda del pettine.

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In questo articolo mostriamo che i circuiti fotonici chirali composti da punti quantici e strutture fotoniche asimmetriche consentono di realizzare dispositivi fotonici asimmetrici on-chip.
Tali dispositivi sono asimmetrici in termini di direzione del traffico di fotoni e possono quindi essere applicati ai diodi a singolo fotone, oltre a essere componenti importanti dei transistor a singolo fotone e delle porte quantistiche deterministiche.

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Le microcavità ottiche, che confinano la luce all'interno di un minuscolo risonatore, sono ampiamente utilizzate in una varietà di applicazioni che vanno dalla realizzazione di laser e dispositivi non lineari al rilevamento biochimico e optomeccanico. In questo lavoro, dimostriamo in vitro varie funzioni ottiche, come l'oscillazione laser, utilizzando microcavità e materiali ottici di guadagno adatti all'interno di cellule viventi. Stiamo studiando due tipi di microcavità, morbide e dure, che utilizzano una modalità a galleria sussurrante. Il funzionamento del laser intracellulare è stato ottenuto con gocce morbide formate iniettando gocce di olio e gocce di lipidi naturali. Lo spettro laser del microlaser a goccia d'olio ha illustrato le sollecitazioni interne del citoplasma (circa 500 pN/μm^2 ) e le loro fluttuazioni dinamiche, con una sensibilità di 20 pN/μm^2 (20 Pa). Un altro tipo duro, che utilizza la modalità "whispering gallery" all'interno di microsfere di polistirene fagocitate di varie dimensioni, può facilmente marcare migliaia di cellule singolarmente e, in linea di principio, potrebbe essere multiplexato con vari coloranti per marcare un numero ancora maggiore di cellule.

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Al fine di ridurre l'angolo di diffusione della luce, è stata studiata e realizzata una struttura in cui micro lenti e guide d'onda sono integrate su un chip mediante fotolitografia e reflow e sono state valutate le sue caratteristiche ottiche. Il risultato è che l'angolo di diffusione della nuova struttura è di 1,85°, un miglioramento significativo rispetto all'angolo di diffusione di 12,4° delle guide d'onda convenzionali. Il vantaggio principale di questo metodo è che può essere utilizzato per fabbricare guide d'onda diverse dalle guide d'onda SiON, anche se alcuni studi precedenti hanno utilizzato lenti e guide d'onda per ridurre l'angolo di diffusione.

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Utilizzando la tecnologia fotonica del silicio, è stato realizzato un generatore di segnali RF in grado di emettere segnali a 50 GHz, che possono essere sintonizzati arbitrariamente con otto micro anelli per consentire lo spostamento di fase e la modulazione di ampiezza. La ricerca è straordinaria anche perché è stata realizzata on-chip, mentre in precedenza era necessario utilizzare una fibra a compensazione di dispersione di diversi chilometri per modellare gli impulsi.

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Viene mostrata la commutazione 1×2 della trasmissione in modalità multipla e in lunghezza d'onda multipla utilizzando guide d'onda monomodali e multimodali integrate in un chip fotonico. Lo switch mostra una penalizzazione di potenza inferiore a 1,4 dB con un BER inferiore a 10^-9 quando si trasmettono dati a 10 Gb/s separatamente. In caso di trasmissione simultanea, la penalizzazione di potenza aggiuntiva è stata inferiore a 2,4 dB.

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I laser a nanofili hanno lo stesso principio di oscillazione dei semiconduttori convenzionali, ma si prevede che saranno la tecnologia dei semiconduttori di prossima generazione, come l'oscillazione laser a 1/10.000 del volume. I laser a nanofili convenzionali hanno utilizzato il guadagno ottico dei materiali sfusi, ma in questo studio sono stati fabbricati laser a nanofili con punti quantici come strato attivo e si è ottenuta l'oscillazione laser a temperatura ambiente.

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Sfruttando l'interferenza tra due risonatori con FSR diversi per effetto Vernier, è possibile spostare il picco delle frange di interferenza di un canale anche con una piccola variazione di FSR e limitare i modi da eccitare. Tuttavia, nel metodo convenzionale, la frequenza di risonanza si divide a causa dell'accoppiamento dei due risonatori.
In questo studio, due risonatori ad anello sono accoppiati indirettamente da una guida d'onda e viene proposto un sistema in cui lo stato di fase all'interno del risonatore (parte immaginaria della frequenza di risonanza) si divide senza dividere la frequenza di risonanza. Eseguendo l'oscillazione laser nello stato diviso, chiamato stato oscuro, si ottiene lo stesso effetto dell'effetto Vernier convenzionale e la frequenza di risonanza non si divide, come descritto in questo articolo.

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I metamateriali stanno attirando l'attenzione come nuovi dispositivi ottici perché presentano proprietà che non sono possibili con i materiali presenti in natura, come un indice di rifrazione negativo. Tuttavia, poiché la perdita di propagazione è grande in una struttura tridimensionale, sono stati studiati metamateriali con una struttura bidimensionale, chiamata metasuperficie iperbolica. In questo articolo verranno presentate le proprietà uniche e il comportamento della propagazione dei plasmon nella banda della luce visibile utilizzando una metasuperficie iperbolica.

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Mentre molte ricerche tecniche sono state condotte sulle fibre monomodali, ci sono state poche ricerche, soprattutto sperimentali, sui complessi fenomeni non lineari che si verificano nelle fibre multimodali. In questo studio si dimostra sperimentalmente che vari fenomeni non lineari possono essere controllati variando spazialmente le condizioni di ingresso degli impulsi nelle fibre multimodali.

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La sfida attuale per la comunicazione crittografica quantistica pratica è la creazione di reti quantistiche sicure e scalabili. Una soluzione a questo problema è l'introduzione di un protocollo indipendente dal dispositivo di misura, che consente la consegna di chiavi a lunga distanza, ma soffre di un basso tasso di chiave. In questo articolo si dimostra, sia teoricamente che sperimentalmente, che questo problema può essere risolto utilizzando un sistema a variabili continue, ottenendo con successo un tasso di chiavi di tre ordini di grandezza superiore a quello attualmente raggiunto.

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L'articolo prevede l'esistenza di solitoni dissipativi a picco piatto, o platoni, dovuti alla dispersione normale nelle microcavità; descrive come i platoni possano essere generati dalla luce di eccitazione cw e suggerisce che la loro persistenza possa dipendere in larga misura dal detuning; dall'equazione di Lugiato-Lefever. Sosteniamo che lo spettro energetico discreto dei solitoni oscuri si trasforma in uno spettro quasi continuo di platoni. Strutture simili possono essere prodotte anche da luce di eccitazione modulata in fase e ampiezza o fissando l'incidenza del laser.

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In questo articolo viene proposta una nuova struttura multiplexer ultracompatta basata su guide d'onda a plasmoni polaritonici di superficie caricate con dielettrico (DLSPPWs), che combina la gradazione di Bragg e l'accoppiamento direzionale. Il multiplexer fabbricato ha una lunghezza di 20 µm e la sua capacità di separare la luce nelle bande di lunghezza d'onda delle telecomunicazioni con lunghezze d'onda di 70 nm è dimostrata mediante simulazione ed esperimento.

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È stato realizzato un isolatore ottico con un'area di elemento ridotta, essenziale per la realizzazione di circuiti ottici integrati. Per realizzare il dispositivo è stato utilizzato lo spettro di Fano generato da un cristallo fotonico con struttura asimmetrica. L'isolatore ottico funziona a 10 Gbps e consuma 4,5 fJ/bit.

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I pettini ottici di frequenza sono utilizzati per la misurazione della frequenza ottica e la spettroscopia grazie alla loro precisione e coerenza. Quando si esegue la spettroscopia, i pettini ottici di frequenza sono stati combinati con l'amplificazione della frequenza di ripetizione totale e con risonatori di eccitazione per produrre impulsi con energia a livello di microJoule. In questo articolo, riportiamo un metodo di spettroscopia che produce selettivamente due impulsi con energia a livello di millijoule. Questa spettroscopia è accurata quanto i metodi convenzionali e in alcuni casi è stata ottenuta una precisione fino a 30 volte superiore.

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.

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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.

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