פרויקטי גמר - הנדסת חשמל - המעבדה לאלקטרו-אופטיקה תשפ"ג

301 Cryptography schemes using quantum states of light

שיטות הצפנה באמצעות מצבים קוונטיים של אור

שם המנחה: אליהו כהן
אחראי/ת אקדמי/ת: ד"ר אליהו כהן

הרקע לפרויקט:

הפצת מפתחות סודיים ידועה בתור משימה קריפטוגרפית חשובה שיכולה להנות משימוש במשאבים קוונטיים. במהלך הפרויקט ינותחו פרוטוקולים קוונטיים להפצת מפתחות סודיים שנעזרים במצבים פחוסים של אור. הפרוטוקולים יודגמו במעבדת האופטיקה הקוונטית של פרופ' אבי פאר מהמחלקה לפיזיקה.

מטרת הפרויקט:

הסטודנטים ינתחו את קצב ייצור המפתחות ואת החסינות של הפרוטוקולים כנגד רעשים, איבודים והאזנות. יידרש להכריע האם הפרוטוקול בטוח לשימוש, כלומר, האם אכן ניתן לגלות בוודאות ניסיונות האזנה.

תכולת הפרויקט:

הסטודנטים ישתמשו בקוד קיים על מנת לנתח את הביצועים של הפרוטוקול תוך שימוש בכלים ידועים מתחום האופטיקה הקוונטית. החישוב הוא אנליטי בהתבסס על נוסחאות ידועות שמוזנות לקוד. לאחר מכן, יוסיפו הסטודנטים לקוד רובד נוסף של גורם עוין המנסה לגשת למידע המועבר מבלי שיבחינו בו. הסטודנטים ינתחו מגוון שיטות תקיפה ומגננה בכלים אנליטיים ו/או נומריים ויסיקו עד כמה הפרוטוקול בתוך לשימוש.

קורסי קדם:

  • מכניקה קוונטית שימושית/קוונטים 1.
  • מומלץ לקחת במקביל קורסים בחישוב קוונטי ואופטיקה קוונטית.

מקורות:

  1. Michael, Y., Jonas, I., Bello, L., Meller, M., Cohen, E., Rosenbluh, M., & Pe’er, A. (2021). Augmenting the Sensing Performance of Entangled Photon Pairs through AsymmetryPhysical review letters, 127 17, 173603 . 
  2. Bello, L., Michael, Y., Rosenbluh, M., Cohen, E., & Pe’er, A. (2020). Broadband complex two-mode quadratures for quantum optics. https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-29-25-41282&id=465502

302 Extracting physiological parameters from PPG wrist measurements

חילוץ פרמטרים פיזיולוגים ממדידות PPG בזרוע

שם המנחה: חמוטל דואדי
אחראי/ת אקדמי/ת:  פרופ' דרור פיקסלר

הרקע לפרויקט:

חילוץ פרמטרים פיזיולוגים אפשרי באמצעים אופטיים החשים בשינויי נפח וספקטרום בכלי דם המתבטאים בשינוי במקדם הבליעה. מדידת רוויון חמצן בדם אפשרית כיום רק בריבוי אורכי גל שכן היא מתבססת על יחס בין המדידות, אולם צריך להתחשב בהבדלים בפיזור הקשים להפרדה. במעבדה שלנו גילינו כי יש נקודה המכיילת פיזור ועל כן אופטימלית למדידות מבוססות בליעה. תופעה זו אומתה במדמי רקמה גליליים בקטרים המדמים אצבע, וזרוע כמו גם במדידת אצבעות וזרועות אנושיות ופורסמה בעשרות מאמרים מדעיים בבמות עולמיות.

מטרת הפרויקט:

כיום בצמיד ממומש אלגוריתם לחילוץ דופק וסטורציה (ריוויון חמצן בדם). במסגרת הפרויקט נרצה להרחיב את השימוש בצמיד למדדים פיזיולוגיים נוספים: קצב נשימה, Heart rate variability ועוד.

תכולת הפרויקט:

בפרויקט הסטודנטים יבנו קוד לחילוץ פרמטרים פיזיולוגים שונים מתוך סיגנל ה PPG שנמדד בזרוע מגלאי אופטי. הם ימדדו זרועות אנושיות ויפעילו את הקוד שכתבו לחילוץ שפרמטרים שישוו לערכים הנמדדים במכשירים דומים כגון אוקסימטר קליפס.

קורסי קדם:

מבוא לאופטיקה, עיבוד אותות

מקורות:

  1. Garde, A., Karlen, W., Ansermino, J. M., & Dumont, G. A. (2014). Estimating respiratory and heart rates from the correntropy spectral density of the photoplethysmogram. PloS one, 9(1), e86427.

303 Building mobile application for extracting physiological parameters from PPG wrist measurements

בניית אפליקציה לנייד לחילוץ פרמטרים פיזיולוגים ממדידות PPG בזרוע

שם המנחה: חמוטל דואדי
אחראי/ת אקדמי/ת:  פרופ' דרור פיקסלר

הרקע לפרויקט:

חילוץ פרמטרים פיזיולוגים אפשרי באמצעים אופטיים החשים בשינויי נפח וספקטרום בכלי דם המתבטאים בשינוי במקדם הבליעה. מדידת רוויון חמצן בדם אפשרית כיום רק בריבוי אורכי גל שכן היא מתבססת על יחס בין המדידות, אולם צריך להתחשב בהבדלים בפיזור הקשים להפרדה. במעבדה שלנו גילינו כי יש נקודה המכיילת פיזור ועל כן אופטימלית למדידות מבוססות בליעה. תופעה זו אומתה במדידת אצבעות וזרועות אנושיות והינה היום חלק מפרויקט לאומי גדול.

מטרת הפרויקט:

במסגרת הפרויקט הסטודנטים יפתחו אפליקציה למכשיר הטלפון הנייד שקוראת את הנתונים מהצמיד בטכנולוגית בלוטוט ומציגה מדדים פיזיולוגים כגון: דופק, סטורציה, קצב נשימה, Heart rate variability ועוד.

תכולת הפרויקט:

בפרויקט הסטודנטים יבנו אפליקציה לטלפון הסלולרי המציגה את אות ה PPG שמשודר מצמיד בטכנולוגית בלוטוט. האפליקציה תציג את השתנות האות בזמן ופרמטרים פיזיולוגים שונים הנמדדים בזמן אמת בזרוע מהגלאי האופטי.

קורסי קדם:

עיבוד אותות

מקורות:

  1. Garde, A., Karlen, W., Ansermino, J. M., & Dumont, G. A. (2014). Estimating respiratory and heart rates from the correntropy spectral density of the photoplethysmogram. PloS one, 9(1), e86427.‏

304 Automation of phase retrieval analysis system for measuring turbid media

אוטומציה למערכת עיבוד תמונת פאזה משוחזרת עבור תווכים מפזרים

שם המנחה: חנה שפירא
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' דרור פיקסלר

הרקע לפרויקט:

בתווך מפזר (למשל, רקמות) דימות הינו מוגבל לעומק קטן. במעבדתנו מתפתחת השיטה IMOPE (iterative multi-plane optical properties extraction technique) המאפשרת זיהוי של אלמנטים בתוך תווך מפזר בגישה של חישת שינויים בתכונות האופטיות של החומר הבאים לידי ביטוי בשינויים בפאזה. הפאזה משוחזרת באמצעות אלגוריתם ועל ידי ניתוח תמונת הפאזה המשוחזרת ניתן לזהות שינויים כאשר ישנה נוכחות של אלמנטים זרים. עיבוד התמונה של הפאזה וזיהוי השינויים בתמונה הינו שלב מפתח בתהליך החישה ובפיתוח השיטה. השיטה מתאימה עבור מדידות בתוך גוף האדם (in vivo). לאחרונה השיטה הורחבה לאנליזה רב שכבתית ואפשרה זיהוי של ננו חלקיקים בתוך שכבות רקמה שונות.

מטרת הפרויקט:

יצירת אוטומציה עבור מערכת עיבוד תמונת הפאזה.

תכולת הפרויקט:

בפרויקט הסטודנטים ילמדו על שיטת הIMOPE ליצירת תמונות פאזה משוחזרות. לאחר מכן הסטודנטים יקבלו תמונות פאזה של המערכת ויבנו מערך אוטומטי לעיבוד התמונות ולגילוי תכונות הדוגמא.

קורסי קדם:

מבוא לאופטיקה, מבוא ללמידת מכונה

מקורות:

  1. Yariv, I.; Shapira, C.; Duadi, H.; Fixler, D., Media characterization under scattering conditions by nanophotonics iterative multiplane spectroscopy measurements. ACS omega 2019, 4 (10), 14301-14306.
  2. Yariv, I.; Kannan, S.; Harel, Y.; Levy, E.; Duadi, H.; Lellouche, J.-P.; Michaeli, S.; Fixler, D., Iterative optical technique for detecting anti-leishmania nanoparticles in mouse lesions. Biomedical Optics Express 2021, 12 (7), 4496-4509.
  3. Yariv, I.; Duadi, H.; Chakraborty, R.; Fixler, D., Algorithm for in vivo detection of tissue type from multiple scattering light phase images. Biomedical optics express 2019, 10 (6), 2909-2917.
  4. Yariv, I.; Duadi, H.; Fixler, D., Optical method to extract the reduced scattering coefficient from tissue: theory and experiments. Opt. Lett. 2018, 43 (21), 5299-5302.
  5. Yariv, I.; Kapp-Barnea, Y.; Genzel, E.; Duadi, H.; Fixler, D., Detecting concentrations of milk components by an iterative optical technique. J. Biophotonics 2015, 8 (11-12), 979-984.
  6. Yariv, I.; Haddad, M.; Duadi, H.; Motiei, M.; Fixler, D., New optical sensing technique of tissue viability and blood flow based on nanophotonic iterative multi-plane reflectance measurements. Int. J. Nanomed. 2016, 11, 5237-5244.
  7. Shapira, C.; Yariv, I.; Ankri, R.; Duadi, H.; Fixler, D., Effect of optical magnification on the detection of the reduced scattering coefficient in the blue regime: theory and experiments. Optics Express 2021, 29 (14), 22228-22239.

305 Full scattering profile of contaminated water

מדידת פרופיל פיזור מלא של דגימות מים מזוהמות

שם המנחה: אלון צרויה
אחראי/ת אקדמי/ת: אלון צרויה

הרקע לפרויקט:

בתעשיית איכות המים קיים צורך גדול בזיהוי מזהמים במים. בפרט, לדעת את סוג המזהם ואת ריכוזו באופן כמותי. לצורך כך יש לנטר את השינויים בתכונות האופטיות של הדוגמה, פיזור ובליעה, אבל קשה להפריד ביניהן. בעבר גילינו כי יש נקודה המכיילת פיזור ועל כן מיטיבית למדידות בהן דרושה הפרדה בין הבליעה לפיזור. תופעה זו אומתה במדמי רקמה גליליים בקטרים המדמים אצבע, כמו גם במדידת מזהמים במים עבור אורך גל בודד.

מטרת הפרויקט:

זיהוי נקודת הכיול ושימוש בה במערכת ניסויית על מנת לנטר דוגמאות מים מזוהמות.

תכולת הפרויקט:

בפרויקט הסטודנטים יבנו מערכת אוטומטית למדידת פרופיל הפיזור ומציאת נקודת הכיול בקטרים שונים. הם ימדדו דוגמאות של מים מזוהמים בכלי זכוכית גליליים בקטרים שונים ובאורכי גל שונים כדי לגלות את נקודם הכיול העצמית. בשלב הבא ימדדו מים המכילים סוגי מזהמים שונים בריכוזים שונים. הסטודנטים ינתחו את התוצאות באמצעות מטלב על מנת לאפיין את נקודת הכיול וזיהוי ריכוז וסוג המזהם.

קורסי קדם:

מבוא לאופטיקה, לייזרים

מקורות:

  1. Feder, I.; Duadi, H.; Fixler, D., Single wavelength measurements of absorption coefficients based on iso-pathlength point. Biomedical optics express 2020, 11 (10), 5760-5771.
  2. Duadi, H.; Feder, I.; Fixler, D., Influence of detector size and positioning on near-infrared measurements and ISO-pathlength point of turbid materials. Frontiers in Physics 2021, 9, 43.
  3. Feder, I.; Duadi, H.; Chakraborty, R.; Fixler, D., Self-calibration phenomenon for near-infrared clinical measurements: theory, simulation, and experiments. ACS omega 2018, 3 (3), 2837-2844.
  4. Duadi, H.; Feder, I.; Fixler, D., Near‐infrared human finger measurements based on self‐calibration point: Simulation and in vivo experiments. Journal of biophotonics 2018, 11 (4), e201700208.
  5. Feder, I.; Duadi, H.; Fridman, M.; Dreifuss, T.; Fixler, D., Experimentally testing the role of blood vessels in the full scattering profile: solid phantom measurements. Journal of Biomedical Photonics & Engineering 2016, 2 (4).
  6. Feder, I.; Wróbel, M.; Duadi, H.; Jędrzejewska-Szczerska, M.; Fixler, D., Experimental results of full scattering profile from finger tissue-like phantom. Biomedical optics express 2016, 7 (11), 4695-4701.

להלן קישור עבור הפרסומים של המנחה האקדמי דרור פיקסלר, שם נמצאים המקורות הרלוונטים:

https://www.eng.biu.ac.il/fixlerd/publications/

306 Quantum deap learning in multimode fibers

למידה עמוקה קוונטית בסיבים בעלי מודים רבים

שם המנחה: יובל תמיר
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' מוטי פרידמן

הרקע לפרויקט:

מערכת למידה עמוקה שמנצלת יכולות של תקשורת קוונטית, תאפשר חישובים מורכבים בהרבה ממה שניתן לביצוע כיום. הסטודנטית ילמדו על למידה עמוקה ויפתחו מערכת שמנצלת אי לינאריות בסיבים מרובי מודים כדי לממש מערכת למידה עמוקה באמצעות אופטיקה.

מטרת הפרויקט:

הוכחת היתכנות של מערכת למידה עמוקה בסיבים

תכולת הפרויקט:

לימוד ומחקר על למידה עמוקה,
לימוד מערכות אופטיות לא לינאריות
לימוד ניצול תורת הקוונטים במערכות למידה עמוקה
מימוש מערכת למידה עמוקה בסיבים

קורסי קדם:

קוונטים, ליזרים

מקורות:

  1. Wiebe, N., Kapoor, A., & Svore, K.M. (2016). Quantum deep learning. Quantum Inf. Comput., 16, 541-587. https://arxiv.org/abs/1412.3489

307 Temporal quantum optics measurements

מדידת דינמיקה של אפקטים קוונטים מהירים

שם המנחה: שרה מאיר
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' מוטי פרידמן

הרקע לפרויקט:

במהלך השנים האחרונות פיתחנו מערכת המאפשרת למדוד לראשונה אפקטים אולטרה מהירים. פיתחנו מיקרוסקופ זמני ועדשות זמניות מורכבות. בפרויקט ננצל את ההתקנים הזמניים הללו כדי לחקור את הדינמיקה של אפקטים קוונטים.

מטרת הפרויקט:

מדידת הדינמיקה המהירה של פוטונים בודדים

תכולת הפרויקט:

פיתוח מיקרוסקופ זמני שמסוגל למדוד פוטונים בודדים
מדידת הדינמיקה של יצירת פוטונים באמצעות המיקרוסקופ הזמני

קורסי קדם:

קוונטים, לייזרים

מקורות:

  1. https://scholar.google.com/scholar?hl=en&as_sdt=0%2C5&q=time+lens&btnG=#d=gs_qabs&t=1653665204039&u=%23p%3DP1CJ18M1z1EJ

308 Sensing of chemicals and coating layers using optical fibers

חישה של כימיקלים ושכבות ציפוי באמצעות סיבים אופטיים

שם המנחה: פרופ' אבי צדוק
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' אבינועם צדוק

הרקע לפרויקט:

Optical fibers are an exceptional sensing platform. Optical fiber sensors represents an industry with annual market of over 1B USD, which is raplidly growing. However, light that is guided in standard fibers is tightly confined to an inner core. Such confinement prevents ligth in the fiber from reaching test media of interest, which typically lies outside much larger cladding and coating layers. Without Spatial overlap between light and the substence under test, there is no sensing.

Over the last few years, the Zadok group has developed several new sensing protocols that overcome this fundamental challenge. The protocols make use of the interaction between optical and ultrasonic waves. The propagation of light can stimulate the oscillations of such acoustic waves. The acoustic waves, in turn, can reach the edges of the fiber and probe the elsatic properties of test media, where light does not reach. Alternatively, the same acoustic wave may scatter light outside the fiber and enable optical sensing

The project would include the design and construction of experimental setups for opto-mechanical fiber sensing, over multiple types of fibers. Measurements would identify and quantify various chemicals, monitor the state of protective coating layers, and also detect the effects of ionizing radiation

מטרת הפרויקט:

The expected achievements are physical understanding of the propagation of light and sound waves in fibers, numerical modeling of such interactions, the construction and operation of experimental setups, the collection and analysis of data, and a quantitative and critical assessment of performace and limitations.

תכולת הפרויקט:

Mathematical analysis, numerical code in matlab for simulations, a mid-term report describing the theory and models, laboratory measurements, a final report describing experimental results

קורסי קדם:

  • שדות אלקטרומגנטיים (חובה)
  • מבוא לתקשורת אופטית (חובה)
  • נושאים מתקדמים בתקשורת אופטית (רצוי)

מקורות:

  1. A book by Prof. Zadok: Forward Brillouin Scattering in Standard Optical Fibers הספר עתיד לצאת לקראת סוף שנת 2022. ניתן לקבל עותק מפרופ' צדוק

309 Efficient coupling between optical fibers and photonic integrated circuits

ממשק יעיל בין סיבים אופטיים לבין מעגלים פוטוניים משולבים

שם המנחה: פרופ' אבי צדוק
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' אבינועם צדוק

הרקע לפרויקט:

Photonic integrated circuits, primarily in silicon, are one of the grand technological challenge of our time. They are essential for the continued growth of communication within data centers, which enables internet and wireless connectivity. Light is guided in photonic integrated circuits within waveguides, with typical cross-sections below 1 micron. Outside the circuits, light propagates over long distances within optical fibers. In fiber, the optical mode occupies much larger sizes, on the order of 10 microns. The mismatch in size makes the coupling of light from fibers to devices and back highly inefficient. Simple and efficient coupling is the objective of much work in academia and industry

The Zadok group is working on photonic circuits in silicon for over a decade. The group is looking to develop simple interface structures that would allow the coupling of light from fiber to chip with at least 50% efficiency. The devices will be fabricated at Bar-Ilan University

מטרת הפרויקט:

The projet outcome is a photonic integrated circuit that includes standard waveguides and specialty interface structures that will be designed and tested by the students. The efficiency of the interface should be at least 50%

תכולת הפרויקט:

Analysis and modeling of the propagation of light in fibers and waveguides. Survey of literature describing the coupling of light between fibers and devices. Choice of leading solution path, which takes into account the feasibility of fabrication. Detailed design of the coupling interface. Characterization and testing. Data analysis, and critical comparison between design and experiment.

קורסי קדם:

  • שדות אלקטרומגנטיים (חובה)
  • תקשורת אופטית (חובה)
  • נושאים מתקדמים בתקשורת אופטית (רצוי).

מקורות:

סיכומי הרצאות של פרופ' צדוק בקורס Silicon Photonics (יתקבלו מאת המרצה)

310 Metasurfaces based optical filters

פילטרים ספקטרלים מבוססי מטא-משטחים

שם המנחה: תומר לוי
אחראי/ת אקדמי/ת: ד"ר תומר לוי

הרקע לפרויקט:

מטה משטחים הינם מבנים מהונדסים דו מיימדיים בעלי גודל אופיני הקטן מאורך גל של האור הפוגע ומאופינים בתכונות אופטיות ייחודיות אשר לא ניתן לקבל בעזרת חומרים טבעיים. כאשר אור פוגע במטא-משטח נוצרת אינטראקציה חזקה שיכולה לשנות את התכונות האופטיות של החומר בצורה דרמטית. לדוגמא ניתן לתכנן מטה-משטח אשר עבורו תהיה למשל 100% העברה/החזרה או בליעה, פיזור בזווית אנומליות, מטה משטח אשר עובד כעדשה שטוחה ועוד.

אחת המטרות העיקריות של פיתוח טכנולוגיה זאת היא להחליף את רכיבי האופטיקה הסטנדרטית שהינם גדולים יחסית ומגושמים, ברכיבים שטוחים דו מימידיים העשויים ממטה משטחים ובכך לגרום למזעור אדיר של רכיבים אופטיים, להוזלתם ולבצועים טובים יותר.

לתכנון ומימוש פילטרים ספקטרלים מבוססי מטה משטחים יש חשיבות גדולה בהרבה מאד שימושים של אופטיקה שטוחה בדימוי, גילוי, ספקטרוסקופיה וחישה. מימוש תכונות אקטיביות של רכיבים על ידי שינוי תגובתם הספקטרלית בזמן או במרחב תאפשר קפיצת מדרגה בפיתוח של רכיבים אקטיבים שטוחים.

מטרת הפרויקט:

מטרת הפרויקט היא לתכנן פילטרים ספקטרלים מתכווננים צרי סרט, המבוססים על מטה משטחים. הסטודנטים יחקרו את תכונות הפיזור והבליעה של ננו-אנטנות בודדות העשויות מחומרים שונים (מוליכים למחצה, חומרים דיאלקטריים), וגאומטריות שונות. משם יעברו הסטודנטים לתכנון מערכים דו מימדיים (מטה משטחים) ויחקרו את ביצועי הרכיב גם כתלול באור הגל של האור וגם כתגובה לפרמטרים חיצוניים כגון מתח/טמפ/לחץ ועוד.

תכולת הפרויקט:

לימוד תכונות פיזור ובליעה של חלקיקים קטנים מאורך גל. כתיבת קוד מטלאב/מתמטיקה או כלי אחר נומרי שיש במעבדה,לחישוב תכונות הפיזור של חלקיקים. סימולציה של רכיבים דו מימדיים בעזרת תוכנה ייעודית וניתוח ביצועים. הסטודנטים יבצעו מדידות במעבדה של תכונות אופטיות של הרכיבים או של חומרים חדשים מהם מורכבים הרכיבים

קורסי קדם:

  • מכניקה קוונטית שימושית
  • שדות אלקטרומגנטיים
  • מבוא לאופטיקה מודרנית
  • קוי תמסורת

דרישות נוספות:

matlab או mathematica

מקורות:

Bohren, Craig F., and Donald R. Huffman. Absorption and Scattering of Light by Small Particles / Craig F. Bohren, Donald R. Huffman. Wiley, 2004.

311 Active metasurface based on phase change materials

מטא-משטח אקטיבי מבוסס על חומר משנה פאזה

שם המנחה: תומר לוי
אחראי/ת אקדמי/ת: ד"ר תומר לוי

הרקע לפרויקט:

מטה משטחים הינם מבנים מהונדסים דו מיימדיים בעלי גודל אופיני הקטן מאורך גל של האור הפוגע ומאופינים בתכונות אופטיות ייחודיות אשר לא ניתן לקבל בעזרת חומרים טבעיים. כאשר אור פוגע במטה משטח נוצרת אינטראקציה חזקה שיכולה לשנות את התכונות האופטיות של החומר בצורה דרמטית. לדוגמא ניתן לתכנן מטה-משטח אשר עבורו תהיה למשל 100% העברה/החזרה או בליעה, פיזור בזווית אנומליות, מטה משטח אשר עובד כעדשה שטוחה ועוד.

אחת המטרות העיקריות של פיתוח טכנולוגיה זאת היא להחליף את רכיבי האופטיקה הסטנדרטית שהינם גדולים יחסית ומגושמים, ברכיבים שטוחים דו מימידיים העשויים ממטה משטחים ובכך לגרום למזעור אדיר של רכיבים אופטיים, להוזלתם ולבצועים טובים יותר.

לתכנון ומימוש פילטרים ספקטרלים מבוססי מטה משטחים יש חשיבות גדולה בהרבה מאד שימושים של אופטיקה שטוחה בדימוי, גילוי, ספקטרוסקופיה וחישה. מימוש תכונות אקטיביות של רכיבים על ידי שינוי תגובתם הספקטרלית בזמן או במרחב תאפשר קפיצת מדרגה בפיתוח של רכיבים אקטיבים שטוחים.

מטרת הפרויקט:

מטרת הפרויקט היא ללמוד את התכונות האופטיות של חומרים משני פאזה ולהשתמש בהם על מנת לתכנן רכיב ננופוטוני מבוסס מטא-משטח. רכיב כזה יכול למשל להיות שריג דיפרקציה מתכוונן שמסגול לפזר את האור בזוויות שונות כתלות בטמפ או בזרם שעובר בהתקן, פילטר ספקטרלי מתכוונן צר סרט, או עדשה עם מוקד מתכוונן.

תכולת הפרויקט:

הסטודנטים יחקרו את תכונות הפיזור והבליעה של ננו-אנטנות בודדות העשויות מחומר משנה פאזה בעל וגאומטריות שונות וימפו את תגובת האמפלטודה והפאזה שלהם. משימה זאת נעשת ע"י כתבית קוד מטלב אוממתמטיקה או ע"י שימוש בכלי נומרי שקיים במעבדה. משם יעברו הסטודנטים לתכנון מערכים דו מימדיים (מטה משטחים) ויחקרו את ביצועי הרכיב גם כתלול באור הגל של האור וגם כתגובה לפרמטרים חיצוניים

קורסי קדם:

  • מכניקה קוונטית שימושית
  • שדות אלקטרומגנטיים
  • מבוא לאופטיקה מודרנית
  • קוי תמסורת

דרישות נוספות:

matlab or mathematica

מקורות:

Bohren, Craig F., and Donald R. Huffman. Absorption and Scattering of Light by Small Particles / Craig F. Bohren, Donald R. Huffman. Wiley, 2004.

312 Quantum algorithms for computation and sensing

אלגוריתמים קוונטיים לחישוב וחישה

שם המנחה: אליהו כהן
אחראי/ת אקדמי/ת: ד"ר אליהו כהן

הרקע לפרויקט:

טכנולוגיות קוונטיות מציעות מגוון דרכים לשפר טכנולוגיות קיימות. כיום כבר ניתן להריץ מכל משרד או בית אלגוריתם ע"ג מחשב קוונטי מרוחק וליהנות מהיתרונות הייחודיים שמציעה הטכנולוגיה הקוונטית לחישוב, חישה ותקשורת. הכתיבה של הקוד מתבססת על פייתון ומבוצעת בסביבה שפיתחה IBM ונקראת IBM Quantum Experience. באופן זה, ניתן לפתח שיטות חדשות לפתרון בעיות ולבחון אותן בפועל ובזמן אמת.

מטרת הפרויקט:

המטרה היא לממש שיטות מדידה חדשות שנקראות מדידות חלשות באמצעות מחשבים קוונטיים או לחילופין לממש גישה אלגוריתמים שנקראת quantum walks (ההכללה הקוונטית של random walks). בקבוצתי כבר פותחה התיאוריה הרלוונטית ונותר רק המימוש בקוד והרצתו.

תכולת הפרויקט:

הסטודנטים ילמדו לכתוב קוד באמצעות IBM Quantum Experience וישתמשו בידע הזה בכדי להריץ מעגלים קוונטיים בסיסיים ע"ג מחשב מרוחק. העבודה תתבצע ביחד עם דוקטורנט בקבוצתי שידריך את הסטודנטים כיצד להשתמש בסביבה זו וכיצד להתקדם בכתיבת הקוד.

קורסי קדם:

  • מכניקה קוונטית שימושית (או קוונטים 1).
  • כמו כן, מומלץ לקחת במקביל לפרויקט את הקורס חישוב קוונטי

דרישות נוספות:

ניסיון בפייתון - יתרון

מקורות:

https://quantum-computing.ibm.com/

313 Integrated electrooptical devices for polarization control

התקנים אלקטרו אופטיים משולבים לשליטה על קיטוב לתקשורת אופטית

שם המנחה: בוריס דסיאטוב
אחראי/ת אקדמי/ת: ד"ר בוריס דסיאטוב

הרקע לפרויקט:

בעשורים האחרונים חלה התקדמות משמעותית בתחום של העברת אינפורמציה בעזרת אור של לייזר בין שרתים, מחשבים ורכיבים שונים. מערכות תקשורת אופטיות של היום חסומות ביכולת שלהם להעביר כמות גדולה של מידע ולכן דרושות דרגות חופש חדשות (כמו קיטוב של אור) על מנת לקודד נפח יותר גדול של מידה שניתן להעביר בערוצי תקשורת הקיימים. הפרויקט יכלול תיכנון מפורט של רכיבים לשליטה על קיטוב של האור בפלטפורמה של אופטיקה על-שבב והתנסות במדידה של התקנים פוטונים.

מטרת הפרויקט:

פרויקט זה יעסוק בתכנון ופיתוח של התקן אלקטרו אופטי לשליטה בקיטוב האור במוליכי גלים משולבים.

תכולת הפרויקט:

  • סקר ספרות על מוליכי גלים והתקנים לסיבוב קיטוב
  • לימוד הנושא של מוליכי גלים והתקנים המבוססים עליהם באופטיקה משולבת
  • תכנון נומרי של הרכיבים
  • רכישת מיומנות במערך המדידה
  • ביצוע מדידות
  • התאמה בין תוצאות המדידות למודלים נומריים
  • כתיבת דו"ח מסכם

קורסי קדם:

  • מבוא לאופטיקה מודרנית ואלקטרואופטיקה.
  • תקשורת אופטית 83-466 בסמסטר א' שנה ד'

דרישות נוספות:

עשויים לעזור אם יילקחו במקביל: ננו-פוטוניקה 83-678 בסמסטר ב' שנה ד'.

מקורות:

  1. Zhang, Y., He, Y., Zhu, Q. et al. On-chip silicon polarization and mode handling devices. Front. Optoelectron. 11, 77–91 (2018). https://doi.org/10.1007/s12200-018-0772-6

314 Design and developing of photonic spectral splitters

תכנון ואפיון של מפצלים ספקטרליים בפוטוניקה משולבת

שם המנחה: בוריס דסיאטוב
אחראי/ת אקדמי/ת: ד"ר בוריס דסיאטוב

הרקע לפרויקט:

אופטיקה משולבת מאפשרת מזעור של מערכות אופטיות גדולות לממדים קטנים ושילובם על גבי שבבים אופטיים זעירים. על מנת לנצל את רוחב סרט המירבי ולהעביר כמות גדולה של אינפורמציה ניתן להעביר מספר אורכי גל בו זמנית באותו מוליך גל (ערוץ תקשורת באופטיקה משולבת) ולכן יש צורך בהתקנים לפיצול ואיחוד של מקורות אור שונים על גבי שבבים אופטיים. בפרויקט זה נלמד את שיטות שונות ומגבלות שלהם לפיצול ואיחוד של סיגנלים אופטיים באופטיקה משולבת.

מטרת הפרויקט:

תכנון מדגים לסינון וניתוב סיגנלים אופטיים לפי אורכי גל שלהם.

תכולת הפרויקט:

• סקר ספרות על מוליכי גלים
• לימוד הנושא של מוליכי גלים והתקנים המבוססים עליהם באופטיקה משולבת
• תכנון נומרי של הרכיבים
• רכישת מיומנות במערך המדידה
• ביצוע מדידות
• התאמה בין תוצאות המדידות למודלים נומריים
• כתיבת דו"ח מסכם

קורסי קדם:

מבוא לאופטיקה מודרנית ואלקטרואופטיקה.
תקשורת אופטית 83-466 בסמסטר א' שנה ד'.

דרישות נוספות:

עשויים לעזור אם יילקחו במקביל: ננו-פוטוניקה 83-678 בסמסטר ב' שנה ד'.

מקורות:

Li, A., Fainman, Y. On-chip spectrometers using stratified waveguide filters. Nat Commun 12, 2704 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-23001-6

315 Integration of Machine Learning in optical simulations

שימוש בלמידת מכונה לחישוביות של מבנים פוטונים

שם המנחה: בוריס דסיאטוב
אחראי/ת אקדמי/ת: ד"ר בוריס דסיאטוב

הרקע לפרויקט:

אופטיקה משולבת היא פלטפורמה טכנולוגית מבטיחה לשימושים רבים בתקשורת אופטית ,חישוביות אופטית, חישה ואופטיקה קוונטית. תיכנון של התקנים ומערכות אופטיות דורש משאבים חישוביים רבים ולכן במשך תקופה ארוכה הושקעו מאמצים רבים לפתח יכולות של אופטמזציה עבור חישובים וסימולציות אופטיות. למידה חישובית היא כלי חדש ומתקדם בעל פוטנציאל אדיר שניתן להשתמש בו למטרות רבות ומגוונות של אופטימיזציה. אנו נרצה לפתח כלים שימושיים המבוססים על למידת מכונות לצורך תיכנון ואופטמזציה של מבניים פוטונים.

מטרת הפרויקט:

פיתוח ושימוש בכלים נומריים המבוססים על למידה חישובית לצורך תיכנון ואופטמזציה של התקנים אלקטרו אופטיים

תכולת הפרויקט:

• סקר ספרות על מוליכי גלים ולמידה חישובית
• לימוד הנושא של מוליכי גלים והתקנים המבוססים עליהם באופטיקה משולבת
• ביצוע סימולציות ואופטמזציה של פרמטרים עבור מוליכי גלים ומהודים אופטיים
• כתיבת דו"ח מסכם

קורסי קדם:

מבוא לאופטיקה מודרנית ואלקטרואופטיקה.
תקשורת אופטית 83-466 בסמסטר א' שנה ד'.

דרישות נוספות:

עשויים לעזור אם יילקחו במקביל: ננו-פוטוניקה 83-678 בסמסטר ב' שנה ד'.

מקורות:

Ma, W., Liu, Z., Kudyshev, Z.A. et al. Deep learning for the design of photonic structures. Nat. Photonics 15, 77–90 (2021). https://doi.org/10.1038/s41566-020-0685-y

316 Remote biomedical sensing for vital bio signs based upon laser illumination

חישה ביו רפואית מבוססת תאורת לייזר לחישה משופרת של פרמטרי חיות בסיסיים

שם המנחה: יפים ביידרמן
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' זאב זלבסקי

הרקע לפרויקט:

מדובר על טכנולוגיית חישה חדשנית המבוססת על ניתוח שינויים זמניים-מרחביים של תבנית פיזור אור לייזר מרקמה ביולוגית. על בסיס פיזור זה נבחנת יכולת חישה של פרמטרים ביו רפואיים מרחוק. תבניות הפיזור הנוצרות עקב התאבכות עצמית של אור הלייזר ניקראות ספקלס. אלו תבניות אקראיות המשתנות בזמן כתלות בתהליכים הזמניים הקורים בתוך הרקמה הביולוגית. עי הפעלת ארכיטקטורה פשוטה של עיבוד תמונה המבוססת על קורלציה ניתן לשייך את השינויים המרחביים-זמניים של תבניות אלו עם ננו-רעידות המתרחשות ברקמה. מתוך ניתוח תבניות הננו-רעידות ניתן לבצע שערוך של פרמטרים בו רפואיים שונים הכוללים לחץ דם, מאפיני זרימת דם בכלי דם ועוד.

מטרת הפרויקט:

לשכלל המערכת הקיימת לניטור מרחוק של לחץ דם

תכולת הפרויקט:

  • ביצוע ניסויים
  • איסוף דאטה
  • ניתוח דאטה

קורסי קדם:

  • מבוא לאופטיקה

מקורות:

  1. Z. Zalevsky, Y. Beiderman, I. Margalit, S. Gingold, M. Teicher, V. Mico and J. Garcia, "Simultaneous remote extraction of multiple speech sources and heart beats from secondary speckles pattern," Opt. Express 17, 21566-21580 (2009).

317 Remote biomedical sensing based upon RADAR sensing behind walls

חישה ביו רפואית מבוססת מכ"ם וגלי רדיו כדי לגלות פרמטרי חיות בסיסיים מאחורי קירות

שם המנחה: אוהד משולם
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' זאב זלבסקי

הרקע לפרויקט:

מדובר על טכנולוגיית חישה חדשנית המבוססת על ניתוח שינויים זמניים-מרחביים של תבנית פיזור של קרינה אלקטרו-מגנטית המגיעה ממכ"ם והמפוזרת מרקמה ביולוגית של אדם הנימצא מאחורי קיר. תבניות הפיזור הנוצרות עקב התאבכות עצמית של אור הלייזר ניקראות ספקלס. אלו תבניות אקראיות המשתנות בזמן כתלות בתהליכים הזמניים הקורים בתוך הרקמה הביולוגית. עי הפעלת ארכיטקטורה פשוטה של עיבוד תמונה המבוססת על התמרות שונות המופעלות על תמונת הפיזורים ניתן לשייך את השינויים המרחביים-זמניים של תבניות אלו עם מיקרו-רעידות המתרחשות ברקמה. מתוך ניתוח תבניות הרעידה שיש לאדם הנימצא מאחורי הקיר, ניתן לבצע שערוך של פרמטרים בו רפואיים שונים הכוללים פעימות לב, נשימות ועוד. בגלל שקרינת המכ"ם חודרת קירות החישה הביו רפואית מבוצעת גם ללא קו ראיה ישיר לנימדד.

מטרת הפרויקט:

מדידת דופק ונשימות של אנשים מאחורי קיר וממרחק של לפחות 10 מטר

תכולת הפרויקט:

ביצוע ניסויים, איסוף ועיבוד מידע

קורסי קדם:

מבוא לאופטיקה

מקורות:

N. Ozana, R. Bauer, K. Ashkenazy, N. Sasson, A. Schwarz, A. Shemer and Z. Zalevsky, “Demonstration of a Speckle Based Sensing with Pulse Doppler Radar for Vibrations Detection,” Sensors 18(5) (2018).

318 Incorporation of AI and ML algorithms in remote biomedical sensing

שילוב יכולות של בינה מלאכותית ואלגוריתמי לימוד מכונה בחישה ביו רפואית

שם המנחה: זאב קלאוזר
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' זאב זלבסקי

הרקע לפרויקט:

מדובר על טכנולוגיית חישה חדשנית המבוססת על ניתוח שינויים זמניים-מרחביים של תבנית פיזור אור לייזר מרקמה ביולוגית. על בסיס זה ניבחנת יכולת חישה של פרמטרים ביו רפואיים מרחוק. תבניות הפיזור הנוצרות עקב התאבכות עצמית של אור הלייזר ניקראות ספקלס. אלו תבניות אקראיות המשתנות בזמן כתלות בתהליכים הזמניים הקורים בתוך הרקמה הביולוגית. במסגרת הפרויקט ניבנה אלגוריתם לימוד מכונה שילמד את מאפיני תבנית הפיזור וידע לקשר אותה לננו-רעידות המתרחשות ברקמה. מתוך ניתוח תבניות הננו-רעידות ניתן לבצע שערוך של פרמטרים בו רפואיים שונים הכוללים לחץ דם, מאפיני זרימת דם בכלי דם ועוד. אלגוריתמיקת למידת המכונה שתופעל פה תבוסס על רשתות ניורונליות.

מטרת הפרויקט:

לפתח סנסור לחישה מרחוק של כמות חמצן בדם

תכולת הפרויקט:

ביצוע ניסויים, איסוף דאטה ועיבוד דאטה

קורסי קדם:

מבוא לאופטיקה, עיבוד תמונה

מקורות:

Z. Kalyuzhner, S. Agdarov, A. Bennett, Y. Beiderman and Z. Zalevsky, “Remote photonic sensing of blood oxygen saturation via tracking of anomalies in micro-saccades patterns,” Opt. Exp..

319 Development and testing of fiber drawing system and for fabrication of in-fiber photonic devices

פיתוח מערכת אופטית למשיכת סיבים ולייצור התקנים פנים סיביים עבור עיבוד פוטוני

שם המנחה: משה סינואני
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' זאב זלבסקי

הרקע לפרויקט:

במעבדה פותחה יכולת של יצירת התקנים בתוך סיב עי בניית preform מתאים וחימומו תוך הפעלת מנועי משיכה. תוכנת בקרה השולטת בצורה מבוקרת על תהליך החימום ומהירות ועוצמת המשיכה קובעת את שטח החתך של ההתקן הפנים-סיבי שמיוצר. מחקר בפרויקט זה כולל הבנה בתוכנת בקרה ושליטה ממחשב, הבנה אופטית והבנה של תהליכי תרמו-מכאניים בזכוכית

מטרת הפרויקט:

שכלול מערכת קיימת למשיכת סיבים

תכולת הפרויקט:

פיתוח תוכנה משופרת למשיכת סיבים וליצירת התקנים פנים סיביים

קורסי קדם:

מבוא אופטיקה, לייזרים

מקורות:

R. Aharoni, L. Bidani, M. Sinvani and Z. Zalevsky, “Initiatory concept of localized CO2 laser based tapering rig for realization of in-fiber devices,” Optics Engineering 51(7), 075002 (2012).

320 Pump-probe based photonic super resolution approach for failure analysis of silicon wafers and integrated circuitry

מימוש שיטה פוטונית חדשנית של סופר רזולוציה לניטור תקלות בשבבי סיליקון במיקרו אלקטרוניקה

שם המנחה: משה סינואני
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' זאב זלבסקי

הרקע לפרויקט:

בתחום של ניתוח כשלים במעגלי מיקרו אלקטרוניקה ניסרקים שבבי הסיליקון עי מיקרוסקופ אופטי תוך הפעלת שני קרני אור. הקרן האחת המכונה probe היא בתחום הניראה שניבלע הסיליקון ומייצר נושאי מטעם חופשיים. הקרן השנייה המכונה pump היא באינפרא אדום קרוב שבמצב רגיל לא ניבלע בסיליקון אבל כתוצאה מיצירת האלקטרונים החופשיים, קרן זו מקבלת הפסדים ופיזורים הגורמים להצרות הכתם שנוצר. כך שבצמב של סריקת שבב הסיליקון עי שתי הקרניים בו זמנית אפשר למפות שת השבב ברזולוציה מרחבית גבוהה מאוד המתאימה למה שנידרש כדי למפות התקני ננו-אלקטרוניקה כנידרש באפליקציית ניתוח כשלים. הפרויקט כולל שימוש בתכונה לא לנארית אופטית הקורת בסיליקון לצרכי סופר רזולוציה ויישום יכולת זו לאפליקציית ניתוח כשלים במעגלים משולבים.

מטרת הפרויקט:

שיפור שיטת הדימות של סופר רזולוציה לקבלת רזולוציה תת אורך גל

תכולת הפרויקט:

ביצוע ניסויים אופטיים, ניתוח דאטה ותמונות

קורסי קדם:

מבוא לאופטיקה

מקורות:

H. Pinhas, O. Wagner, Y. Danan, M. Danino, Z. Zalevsky and M. Sinvani, “Plasma dispersion effect based super-resolved imaging in silicon,” Opt. Exp. 26, 25370-25380 (2018).

321 Incorporation of fiber-based water leakage detector

שילוב סיבים אופטיים לניטור נזילות מים מצינורות

שם המנחה: יפים ביידרמן
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' זאב זלבסקי

הרקע לפרויקט:

במעבדה בוצע פיתוח של סנסור פוטוני המבוסס על סיב אופטי מיוחד שהדגים יכולת ראשונה לניטור נזילות של מים מצינור ומדידת שינויי ספיקה. יש רצון להרחיב יכולות אלו למדידה יותר נרחבת של ניטור צינורות מים. עיקרון הפעולה של סנסור הסיב הפוטוני כולל הזרקת אור דרך סיב מרובה מודים ומדידת שינוי בבניות ההתאבכות של המודים בינן לבין עצמם ביציאת הסיב. תבניות התאבכות אלו קשורות במעוותים שונים הנוצרים בסיב החישה ויכולים להעיד על מצב של נזילה בצנרת בה סיב החישה הותקן. ניתוח תבניות האור כולל הן ניתוח קלאסי והן הפעלה של אלגוריתמיקת למידת מכונה ובינה מלאכותית.

מטרת הפרויקט:

פיתוח מערכת מבוססת סיב לניטור דינמיקת זרימה בצינור מים וניטור נזילות קטנות

תכולת הפרויקט:

ביצוע ניסויים בצנרת, איסוף דאטה. ניתוח דאטה ופיתוח אלגוריתמי

קורסי קדם:

מבוא לאופטיקה

מקורות:

A. Bennett, Ye. Beiderman, S. Agdarov, Ya. Beiderman, R. Hendel, B. Straussman and Z. Zalevsky, “Monitoring of vital bio-signs by analysis of speckle patterns in fabric-integrated multimode optical fiber sensor,” Opt. Exp. 28(14), 20830-20844 (2020).

פרויקטים נוספים מומלצים

201 Physical analysis of terahertz quantum cascade laser structures

אנליזה פיזיקאלית של מבני לייזרי קסקדה קוונטים לתחום הטרה הרץ

שם המנחה: Asaf Albo
אחראי/ת אקדמי/ת: דר' אסף אלבו

הרקע לפרויקט:

לייזרי קסקדה קוונטיים מבוססי גליום ארסנייד הינם המקור היעיל ביותר לקרינת טרה-הרץ. עם זאת, טמפרטורת העבודה של לייזרים אלה מוגבלת ואינה עולה על 200 קלווין. בשל כך כדיי להפעיל את לייזרי הקסקדה הקוונטיים לתחום הטרהרץ נדרש לקרר אותם לטמפרטורות נמוכות סביב 150 קלווין. כדיי לקרר יש צורך לצמד את הלייזרים למקרר המקשה על אינטגרציה של מקורות הקרינה אלה במערכות אלקטרואופטיות. הפרויקט יעסוק בחקר הביצועים של מבני לייזרי קסקדה קוונטיים לתחום הטרהרץ במטרה להבין את מנגנוני הפעולה שלהם ולאפשר מבנים איתם יהיה אפשר לעבוד בטמפרטורת החדר.

מטרת הפרויקט:

במהלך הפרויקט הסטודנטים יחקרו את ביצועיהם של מבנים שונים של לייזרי קסקדה קוונטים לתחום הטרה-הרץ בעזרת תוכנה ייעודית (נקסט-ננו). לאחר השוואה של הפרמטרים הפיזיקאליים של מספר מבנים שונים, הסטודנטים ימליצו על מבנים חדישים הצפויים לתת ביצועי טמפרטורה משופרים.

תכולת הפרויקט:

בעזרת תוכנה ייעודית (נקסט-ננו) הסטודנטים יבצעו סימולציה של מספר מבנים של לייזרי קסקדה קוונטיים לתחום הטרה-הרץ וייחלצו מהסימולציה של המבנים פרמטרים כמו עקומות זרם-מתח וספקטרום של ההגבר של הלייזר במתחים וטמפרטורות שונות.

קורסי קדם:

יסודות התקני מוליכים למחצה 83244

דרישות נוספות:

הכירות עם תוכנת מטלאב. כישורי מחשב וסימולציה.

מקורות:

https://www.nextnano.com/customer/tutorials.php

202 Analysis of nitride-based terahertz quantum cascade lasers

חקר לייזרי קסקדה קוונטים מבוססי ניטרידים לתחום הטרה הרץ

שם המנחה: Asaf Albo
אחראי/ת אקדמי/ת: דר' אסף אלבו

הרקע לפרויקט:

טמפרטורת העבודה של לייזרי קסקדה קוונטיים מבוססי גליום ארסנייד מוגבלת ואינה עולה על 200 קלווין. אחד הגורמים מגבילים הינה האנרגיה הנמוכה ליצירת פונונים בחומר זה. בגליום ניטריד לעומת זאת אנרגיה זו גבוהה פי שלוש מזו של גליום ארסנייד. בשל כך נחזה שלייזרי קסקדה קוונטיים מבוססי גליום ניטריד יוכלו לעבוד בטמפרטורת החדר. הפרויקט יעסוק בחקר הביצועים של מבני לייזרי קסקדה קוונטיים מבוססי גליום ניטריד לתחום הטרהרץ במטרה לאפשר מבנים איתם יהיה אפשר לעבוד בטמפרטורת החדר.

מטרת הפרויקט:

במהלך הפרויקט בעזרת תוכנה ייעודית (נקסט-ננו) הסטודנטים יחקרו את ביצועיהם של מבנים שונים של לייזרי קסקדה קוונטים מבוססי גליום ניטריד לתחום הטרה-הרץ. לאחר השוואה של הפרמטרים הפיזיקאליים של מספר מבנים שונים, הסטודנטים ימליצו על מבנים הצפויים לתת ביצועי טמפרטורה טובים.

תכולת הפרויקט:

בעזרת תוכנה ייעודית (נקסט-ננו) הסטודנטים יבצעו סימולציה של מספר מבנים של לייזרי קסקדה קוונטיים מבוססי גליום ניטריד לתחום הטרה-הרץ וייחלצו מהסימולציה של המבנים פרמטרים כמו עקומות זרם-מתח וספקטרום של ההגבר של הלייזר במתחים וטמפרטורות שונות.

קורסי קדם:

יסודות התקני מוליכים למחצה 83244

דרישות נוספות:

הכירות עם תוכנת מטלאב. כישורי מחשב וסימולציה.

מקורות:

https://www.nextnano.com/customer/tutorials.php

206 Mixed-analog /digital Capacitive readout circuit for mechanical and Optical sensors

מעגל קריאה קיבולי אנלוגי / דיגיטלי עבור חיישנים מכניים

שם המנחה: Asaf Feldman
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' יוסי שור

הרקע לפרויקט:

There are many types of sensors which change the value of a capacitor upon sensing a physical parameter, like pressure, fluid level, mechanical stress and other. This change in capacitance must be detected by a readout circuit, which can be either an analog circuit (analog to digital converter) or a digital circuit in some cases (like a frequency based converter).

מטרת הפרויקט:

In this project an analog/digital capacitance-to-digital readout circuit will be designed for mechanical sensors. These sensors are useful to measure a physical/mechanical parameter, such as pressure/vibration/acceleration/ ultrasound or optical excitation. The sensing capacitor is sensitive to the physical parameter and its capacitance changes linearly during the sensing. The interface circuit is based on two ring oscillators, which drive programmable capacitors. One of the capacitors is the sensing capacitor, while the second capacitor is a known reference capacitor. Each ring oscillator will generate a frequency, which is proportional to the capacitor which it drives. Several algorithms will be used to cancel the offset between the two ring oscillators. The result will be a digital word which is linearly proportional to the sensed parameter. It will be attempted to develop a novel circuit which is competitive with state-of-the-art sensors reported in the literature.

תכולת הפרויקט:

Students involved will survey the prior-art sensors and understand their performance level. After this, a ring oscillator sensor will be designed and simulated using virtuoso tools. The sensor will be compared to the state-of-the-art. An outstanding project may even be able to tape-out the sensor to achieve measured results. This project may lead to a journal publication and can be extended to a Master’s thesis.

קורסי קדם:

  • 768330301 אלקטרוניקה לינארית - חובה
  • 768332501 מעבדה למעגלים אנלוגיים – חובה
  • 8330801 מעגלים אלקטרוניים ספרתיים – חובה
  • 83315 מעבדה מעגלים אלקטרוניים ספרתיים – חובה
  • 768361101 מעגלים משולבים אנלוגיים – מומלץ

מקורות:

  1. “Capacitance-to-Digital Converter for Operation Under Uncertain Harvested Voltage down to 0.3V with No Trimming, Reference and Voltage Regulation” by Orazio AIELLO, Paolo CROVETTI and Massimo ALIOTO. International Solid State Circuits Conference 2020, pp. 74.

113 Functional neuroimaging of the human brain via backscattered light analysis

ניטור פעילות מוחית ברגישות גבוהה ע"י אמצעים אופטיים בזמן אמת

שם המנחה: Nisan Ozana
אחראי/ת אקדמי/ת: ניסן אוזנה

הרקע לפרויקט:

הטכנולגיה מורכבת מבנייה של מערכת אינטרפרומטריה ומערכת לייזר פולסי אשר מסונכרנת עם מצלמה מהירה לצורך ניתוח תבניות אור המוחזרות מהמוח האנושי. בנייה של מערכת זו, תאפשר מדידה של שינויים המודינמיים עם רגישות גבוהה לצורך ניטור של פעילות מוחית בזמן אמת. הרגישות של המערכת תימדד בהשוואה של מערכות קיימות, כגון מערכת fNIRS ו DCS.

מטרת הפרויקט:

ההישג הינו פיתוח שיטה חדשה ורגישה למדידת שינויי זרימת דם במוח וניטור פעילות מוחית (ע"י arithmetic tasks, motor tasks, n-back tasks) בזמן אמת.

תכולת הפרויקט:

כתיבת סימולציות Monte Carlo, בנייה של המערכת האופטית (בנייה ואפיון של מערכת הלייזר) המסונכרנת עם המצלמה, כתיבת אלגוריתמיקה, ביצוע ניסויים בהשוואה למערכות קיימות וניתוח התוצאות.

קורסי קדם:

מבוא לאופטיקה מודרנית, אותות ומערכות

דרישות נוספות:

יסודות אופטיקה ביו-רפואית (ניתן לקחת במקביל לפרויקט), דימות רפואי

מקורות:

  1. https://opg.optica.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-46-18-4498
  2. https://doi.org/10.1002/jbio.201900201

114 Construction of an open source epifluorescencemicrocope

בניית מיקרוסקופ אפי-פלורסנציה

שם המנחה: Aryeh Weiss and Yair Lauber
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' אריה וייס

הרקע לפרויקט:

PUMA is an open source 3D printed microscope with man advanced features. It offers many advanced features at a faction of the cost of commercial microscopes.

מטרת הפרויקט:

The goal is to implement a complete epi-fluorescence microscope based on the PUMA design.

תכולת הפרויקט:

The student will design and build the microscope by following the open source specifications and instructions that have been published. The place to start is with the PUMA github page: https://github.com/TadPath/PUMA

קורסי קדם:

מבוא לאופטיקה מודרנית ואלקטרואופטיקה

דרישות נוספות:

Ingenuity in solving problems is required. This project relies on 3D printing, optics and some software.

מקורות:

The place to begin is the PUMA github page" https://github.com/TadPath/PUMA.
View the many instructional videos that have been created for this project.