פרויקטי גמר שנה"ל תשע"ט - אלקטרואופטיקה

501 Conducting and automating diffusion reflection measurements in an optical system for determination of nanoparticles' penetration depth within tissues

ביצוע מדידות פרופיל החזרה של אור (Diffusion Reflection) ואוטומציה שלהן במערכת אופטית למדידת עומק חדירה של ננו חלקיקים ברקמה

שם המנחה: ענבר יריב

אחראי אקדמי: פרופ' דרור פיקסלר 

תיאור הפרויקט ותכולתו:

תיאור:

בשנים האחרונות פיתחנו שיטה אופטית ייחודית לזיהוי עומק חדירה של ננו חלקיקים בתוך תווך. בפרויקט המוצע נבצע אוטומציה למערכת אופטית זו.

אחד היתרונות הבולטים של ננו חלקיקים הוא יכולתם לחדור עמוק יותר לעור מחלקיקים אחרים. יכולת זו בעלת חשיבות רבה מבחינה רפואית ואחת מהשלכותיה הינה היכולת להחדיר חומרים לגוף ללא הזרקה. מדידת עומק החדירה של הננו חלקיקים בתוך רקמה מהווה אתגר גדול עד היום.

המערכת המוצעת בפרויקט זה הינה מערכת חדשנית המשלבת בתוכה שיטה לחילוץ מקדם הפיזור, המתבססת על אלגוריתם אופטי בשם Gerchberg- Saxton, בשילוב מערכת ניסויית המאפשרת מדידת רקמות שונות. המערכת מחלצת את מקדם הפיזור של הרקמה המכילה ננו חלקיקים ובכך מאפשרת את גילויים בתוך הרקמה. לאחרונה עברה המערכת אוטומציה וכיום המערכת הניסויית מופעלת על ידי ממשק מרכזי שמחבר בין כל הרכיבים במערכת עם אלגוריתם העיבוד.

למערכת הקיימת נרצה להוסיף יכולת מדידה נוספת- Diffusion Reflection (DR). שיטת הDR הינה שיטה מוכרת שאנחנו מפעילים במעבדתנו למטרות אחרות לחילוץ מקדמים אופטיים של רקמות המתבססת על קליטת עוצמה במרחקים שונים מנקודת ההארה. מדידות DR יכולות להוסיף מידע רב על הרקמות השונות ובמיוחד לאפשר ניתוח במיקומים שונים ובאזורים קטנים יותר ברקמה.

הסטודנטים יכירו את האלגוריתם והמערכת האופטית הניסויית. ילמדו על שיטת הDR ויחלצו את פרופיל ההחזרה באזורים ושטחים שונים מתוך התמונות הנלקחות במערכת הניסויית. לאחר מכן ינתחו את המידע על מנת לקבל ערך מקדם פיזור מתוך מדידות אלו. לבסוף הסטודנטים יתבקשו להכין ממשק המאפשר קבלת פרופיל DR וחישוב מקדמי הפיזור באופן אוטומטי באזור ושטח הניתנים לבחירה על ידי המשתמש.

תכולה:

• הכרת המערכת הניסויית ואלגוריתם השיטה.
• למידת שיטת Diffusion Reflection
• ביצוע ניסויים אופטיים במערכת לצורך חילוץ פרופיל הDR במיקומים שונים ושטחים שונים ברקמה.
• יצירת ממשק המאפשר בחירה של אזור ושטח בתמונות הנלקחות במערכת הניסויית, הוצאת פרופיל DR וחילוץ מקדם הפיזור באזור הנבחר.

דרישות:

• מבוא לאופטיקה מודרנית ואלקטרו-אופטיקה.
• ידע בתכנות (MATLAB/ LabVIEW/ C).
• יכולת עבודה במעבדה.
• ממוצע ציונים בתואר מעל 80

מקורות:

1. R. W. Gerchberg, W. O. Saxton, "A practical algorithm for the determination of phase image and diffraction plane pictures," Optik 35, 237-246 (1972).
2. T. Lister, P. A. Wright, and P. H. Chappell, "Optical properties of human skin," Journal of Biomedical Optics 17, 0909011-09090115 (2012).
3. I.Yariv, G.Rahamim, E.Shliselberg, H.Duadi, A.Lipovsky, R. Lubart and D.Fixler. "Detecting nanoparticles in tissue using an optical iterative technique," Biomed. Opt. Express, 5, 3871-3881 (2014).
4. I. Yariv, et al., "Detecting concentrations of milk components by an iterative optical technique," Journal of Biophotonics, 8, 979-984 (2015).
5. I. Yariv, et al., " New optical sensing technique of tissue viability and blood flow based on nanophotonic iterative multi-plane reflectance measurements", Journal of Nanomedicine, 11, 5237-5244 (2016).
6. R. Ankri, et al., “On phantom experiments of the photon migration model in tissues”, The Open Optic Jour., 5, 28-32, (2011).
7. R. Ankri, et al., "In‐vivo Tumor detection using diffusion reflection measurements of targeted gold nanorods–a quantitative study," Journal of Biophotonics, 5, 263-273 (2012).

502 Aerosol absorption Laboratory measurement system

מערכת במעבדה למדידת הבליעה הספקטראלית של גזים שונים

שם המנחה: : פרופ' מאיר דנינו

אחראי אקדמי: פרופ' משה סינואני    

תיאור הפרויקט ותכולתו:

תיאור הפרוייקט:

בנית מערכת במעבדה הכוללת תא גאזים עם חלונות אופטיים למדידת ספקטרום הבליעה של הגאזים בתחום האינפרא אדום הקרוב (0.5-2.6 מיקרומטר). על ידי שינוי ריכוז הגאזים נמדוד את ההשפעה של הבליעה על הקרינה ונסיק מכך לגבי הבליעה האטמוספירית.

תכולה:

1. הגדרת הרכיבים האופטיים הנדרשים כולל חומרים ותכונות אופטיות.
2. בניית המערכת ויישומה עם הספקטרומטר.
3. מדידה של הבליעה של דו תחמוצת הפחמן במערכת.

דרישיות:

גלאים מבוססי מל"מ

503 Multiple-target performance of sequence-coded laser range finder

ביצועי מד טווח-לייזר על-בסיס סדרות קידוד בתרחישים מרובי מטרות

שם המנחה: גיל בשן

אחראי אקדמי: פרופ' אבי צדוק

תיאור הפרויקט ותכולתו:

Laser range-finder technology is central to many defense and civilian applications. It forms the basis of laser radars (or lidars), which are among the leading solutions towards three-dimensional imaging, machine vision and autonomous vehicles applications. Research and development efforts in laser range-finders are increasing rapidly, both in traditional and defense-related industries and in start-up companies.

The most common principle in laser range-finders is the transmission of intense and isolated pulses, and measurements of the two-way time-of-flight of collected echoes. The peak power levels of transmitted pulses must be high. Hence laser diode sources, which are low-cost and mass-produced for many other applications, cannot be employed in this scheme. Over the last three years, our group and collaborators have been developing a different type of laser range-finder, which is based on the transmission of extended sequences of low-power pulses. The range to a target is obtained using digital post-processing which compresses the collected echoes of the long sequence. In 2016, a prototype instrument was built for our group by Civan Technologies Ltd., a Jerusalem-based company that specializes in laser sources. The transmitter was realized based on semiconductor laser diodes and amplifiers only. Measurements were successfully performed up to 1,100 meters range. The project was sponsored by the Ministry of Defense (MAFAT), who also defined its specifications.

The objective of the proposed project is to quantify, in simulation and experiment, the performance of the above range-finding scheme when multiple reflecting targets are simultaneously present. Since the transmitted sequence of pulses is long, collected echoes from multiple targets are in temporal overlap, and their separation is not necessarily guaranteed. The effects of the laser source specifications, of the code properties and of different detection schemes on multi-target separation will be examined.

Research tasks include the numerical simulation of the range-finder system, using matlab code, the assembly of a measurement setup in the group research laboratory, the emulation of multiple weak targets using reflective events over fiber, definition of target scenarios, data acquisition and analysis.

Milestones and formal requirements include:

• A written mid-term report (to be submitted March 2018, in English)
• Mid-term presentation in the Zadok group meeting (to be given March 2018, in Hebrew)
• A final report (to be submitted no later than September 2018, in English)
• An oral defense and presentation of the project, in front of an examination committee consisted of the project advisors and external experts (to be given in Hebrew, no later than October 2018).

דרישות:

• Electro-optics track (mandatory)
• signal processing track (advantage).

מקורות:

Nadav Arbel, "Continuously opearting laser range finder based on incoherent compression of periodic sequences," M.Sc. Thesis, Faculty of Engineering, Bar-Ilan Univ., Ramat-Gan, Israel, 2015. http://www.eng.biu.ac.il/zadoka/files/2015/11/msc_thesis_Nadav_Arbel.pdf

504 Laser range-finder based on a coherent optical receiver

מד טווח לייזר מבוסס על מקלט אופטי קוהרנטי

מנחים: חגי דיאמנדי

אחראי אקדמי: פרופ' אבי צדוק

תיאור הפרויקט ותכולתו:

Laser range-finders are central for defense and civilian applications. The form the basis of laser radars (or lidars), which are key sensors in three-dimensional imaging, machine vision and autonomous vehicles. The signal-to-noise ratio of laser ranging measurements scales inversely with the fourth power of distance. For example, when measurements are taken at 1 km range, with a receiver aperture of few-cm diameter, only one in ten billion transmitted photons is collected back! Hence range-finder receivers must handle extremely weak input power levels.

One possible solution for this challenge is coherent optical detection, in which the weak incident waveform is interfered with a much stronger local oscillator, which a much stronger copy of the transmitter light source that is retained as part of the receiver. The signal-to-noise ratios of coherent detection may be orders-of-magnitude higher than those of direct (or incoherent) detection. The principle is widely employed in modern-day optical fiber communications. It is also being explored in the context of laser range-finders and lidars. Our group has been conducting research on laser range-finders over the last 3 years. Research is funded by the Ministry of Defense (MAFAT).

The objective of the project is to model, simulate and construct experimentally a coherent laser range-finder setup, and to characterize its performance. Measurements will use weak reflections over optical fibers for the emulation of weak targets. Coherent detection will be tested against the transmission of single, intense and isolated pulses, and also using extended sequences.

Research tasks include the performance and noise analysis of coherent detection in laser range-finders, a numerical simulation of a transmitter and receiver over matlab code, the assembly of an experimental setup, the definition of experimental procedures, collection of data and analysis.

Milestones and formal requirements include:

• A written mid-term report (to be submitted March 2018, in English)
• Mid-term presentation in the Zadok group meeting (to be given March 2018, in Hebrew)
• A final report (to be submitted no later than September 2018, in English)
• An oral defense and presentation of the project, in front of an examination committee consisted of the project advisors and external experts (to be given in Hebrew, no later than October 2018).

דרישות:

• Electro-optics track (mandatory)
• Elective class "Advanced Topics in Optical Communications" (83648), to be taken during spring term 2018 (mandatory)
• Signal processing track (advantage).

מקורות:

Nadav Arbel, "Continuously opearting laser range finder based on incoherent compression of periodic sequences," M.Sc. Thesis, Faculty of Engineering, Bar-Ilan Univ., Ramat-Gan, Israel, 2015. http://www.eng.biu.ac.il/zadoka/files/2015/11/msc_thesis_Nadav_Arbel.pdf

505 Modeling of guided acoustic and optical modes in tapered fiber devices

ניתוח גלי אור וקול מולכים בהתקני סיבים אופטיים בעלי קוטר קטן

מנחה: יוסף לונדון

אחראי אקדמי: פרופ' אבי צדוק

תיאור הפרויקט ותכולתו:

Optical fibers came about as means to guide light. Much less attention is given to the fact that fibers also support guided ultrasound waves. Guided light and sound waves can interact with each other. One may use light to stimulate guided sound waves in the fiber, and in turn use the same sound waves to scatter guided light. Unlike the optical mode, which is strictly confined by design to an inner core, the acoustic waves extend across the entire fiber transverse profile and reach its outer boundary. This property has several interesting implications. Over the last two years, our group has shown that guided acoustic waves can be used to analyze liquids outside the cladding of standard optical fibers, even when guided light never comes into contact with the substance under test. This concept works around a limitation which held back optical fiber sensors for forty years.

Work thus far has been restricted to standard fibers only. The fibers, however, may be tapered down to diameters on the order of 1 micron. Tapered fibers bring two potential benefits to the study of guided light and sound waves: 1) their confinement of light and sound in narrow cross-sections with large overlap increases the interaction strengths; and 2) both guided light and guided sound may come in contact with surrounding media. These properties are now being studied by our group. They may lead to new sensor concepts and applications.

The objective of the project is to put together a comprehensive analytical model for guided acoustic waves in tapered fibers, and for their interaction with guided light. The elastic wave equation will be studied from first principles, using extensive literature. Numerical simulations will be carried out over matlab code, and also using commercial finite element software. Results will serve to guide ongoing experiments, and will be compared against measured data.

Milestones and formal requirements include:

• A written mid-term report (to be submitted March 2018, in English)
• Mid-term presentation in the Zadok group meeting (to be given March 2018, in Hebrew)
• A final report (to be submitted no later than September 2018, in English)
• An oral defense and presentation of the project, in front of an examination committee consisted of the project advisors and external experts (to be given in Hebrew, no later than October 2018).

דרישות:

• Electro-optics track (mandatory)
• Elective class "Advanced Topics in Optical Communications" (83648), to be taken during spring term 2018 (mandatory).

מקורות:

1. Y. Antman, A. Clain, Y. London, and A. Zadok, "Optomechanical sensing of liquids outside standard fibers using forward stimulated Brillouin scattering," Optica 3, 510-516 (2016). http://www.eng.biu.ac.il/zadoka/files/2011/06/optica-3-5-510.pdf
2. H. H. Diamandi*, Y. London*, and A. Zadok, "Opto-mechanical inter-core cross-talk in multi-core fibers," Optica 4, 289-297 (2017). 
   http://www.eng.biu.ac.il/zadoka/files/2017/02/optica-4-3-289.pdf

506 Analysis and characterization of passive silicon-photonic integrated circuits

ניתוח ואיפיון מעגלים פוטוניים משולבים פסיביים בסיליקון

מנחה: דביר מונק

אחראי אקדמי: פרופ' אבי צדוק

תיאור הפרויקט ותכולתו:

Data rates in internet and wireless communications are growing exponentially. The future support of such growth requires data-center and computer communication of larger scale, lower cost, reduced power consumption and smaller size. These demands can only be met by silicon photonics, the research and development field that is looking to implement the functionalities of an optical communications link on the silicon material platform, in close integration with electronics. Silicon photonics is among the main technological challenges of our time, and it is met with immense investments world-wide by industry and academia alike. In Israel, a five-year national consortium for data-communication has been established last year by the Innovation Authority (formerly the Chief Scientist Office). This 120M NIS effort brings together dozens of industrial and academic partners who are active in the field, including our research group. Partners include Mellanox, ECI Telecommunications, TowerJazz Semiconductor, and more.

In the previous year our group has completed the design and the transfer to production of a test wafer which includes a large variety of passive silicon-photonic circuits. The center-piece of the design is a 1x8 wavelength-division channel multiplexer, which supports up to Tbit/s of information. Thy devices are being fabricated by a commercial silicon fab: TowerJazz. The delivery of devices is expected during the summer months.

The objective of the proposed project is the experimental characterization of these high-end devices, the tuning of their response using various post-fabrication techniques, and their use in data transfer within larger test-beds. Research activities would include the analysis and simulation of the devices functionalities, over COMSOL Multiphysics commercial platform and using in-house matlab code, and the use of the device characterization and tuning setup of our group.

Milestones and formal requirements include:

• A written mid-term report (to be submitted March 2018, in English)
• Mid-term presentation in the Zadok group meeting (to be given March 2018, in Hebrew)
• A final report (to be submitted no later than September 2018, in English)
• An oral defense and presentation of the project, in front of an examination committee consisted of the project advisors and external experts (to be given in Hebrew, no later than October 2018).

דרישות:

• Electro-optics track (mandatory);
• Nano-electronics track (advantage).

מקורות:

Dvir Munk, "Silicon-Photonic Integrated Filters: Analysis and Fabrication," M.Sc. Thesis, Faculty of Engineering, Bar-Ilan Univ., Ramat-Gan, Israel, 2015. http://www.eng.biu.ac.il/zadoka/files/2011/06/Thesis_Dvir_Munk-Followin…

507 Metallic Nanoparticles (NPs) for polarization-resolved enhanced two-photons interaction

ננו-חלקיקי מתכת לאינטרקציית שני-פוטונים מוגברת כתלות בקיטוב האור

מנחה: אריאל אשכנזי

אחראי אקדמי: פרופ' דרור פיקסלר

תיאור הפרויקט ותכולתו:

עם התקדמויות המדע ב-30 השנים האחרונות החלו להתפתח טכנולוגיות חדישות העושות שימוש בתכונותיו הקוונטיות של האור.

אחת התופעות המרכזיות הינה שזירה (entanglement) - מונח קוונטי המתאר קשר בין חלקיקים שאינו ניתן להסבר במונחים קלאסיים. זוגות פוטונים שזורים יכולים לשמש כמקור אור בעל תכונות ייחודיות לצורכי תקשורת, חישה, מטרולוגיה ועוד.

השימוש במקור אור זה הוגבל עד כה כתוצאה מהשטף הנמוך של זוגות הפוטונים השזורים הנוצרים בדרכים המקובלות והמבצעים אינטרקציה חלשה עם החומר.

בפרויקט זה אנו מציעים שימוש בננו-חלקיקי מתכת (NPs) לקבלת אינטרקציית שני-פוטונים מוגברת. ל- NPs תכונות אופטיות ייחודיות, הנובעות מתופעה הידועה כ- Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR). תופעה זאת מאפשרת, באמצעות התאמת מימדי החלקיקים, להגביר את אינטרקציית האור-חומר של המתכת. כך נוכל להשתמש ב- NPs על מנת לקבל אינטרקציית שני-פוטונים חזקה גם עבור שטף נמוך של פוטונים שזורים. פרמטר חשוב בתהליך זה הינו קיטוב האור הפוגע ולכן יש לחקור כיצד שינוי הקיטוב משפיע על הגבר האינטרקציה המתקבל.

הפרוייקט יכלול הבנה תיאורטית מעמיקה של התהליכים המעורבים באינטרקציה עם פוטונים שזורים, ביניהם:
LSPR, Second Harmonic Generation (SHG), Rayleigh and Hyper-Rayleigh Scattering (HRS), Spontaneous Parametric Downconversion (SPDC) etc.

בחלק המעשי יבצעו הסטודנטים מדידות SHG (עבור חלקיקים בתמיסה או כמערך) כתלות בקיטוב האור תוך ניתוח יתר התכונות המאפיינות את התהליך (אורך הגל, הספק הכניסה וכד'). התוצאות יגובו בסימולציות מחשב בעזרת תוכנת CST למציאת הגיאומטריה והקיטוב האופטימליים להגברת האינטרקציה.

דרישות:

קורסים:

• שדות אלקטרומגנטיי
• מבוא לאופטיקה מודרנית ואלקטרואופטיקה
• מבוא ללייזרים

מקורות:

1. S. a Maier, Plasmonics : Fundamentals and Applications. 2007, Ch. 1 & 5.
2. R. Boyd, Non Linear Optics, 3rd ed. 2008, Ch. 1 & 2.
3. K. Clays, E. Hendrickx, M. Triest, and A. Persoons, “Second-order nonlinear optics in isotropic liquids: Hyper-Rayleigh scattering in solution,” J. Mol. Liq., vol. 67, no. C, pp. 133–155, 1995.

508 Developing an unique optical set-up for measuring the full scattering profile of tissues

פיתוח מערכת אופטית ייחודית למדידת פרופיל פיזור מלא של רקמות

מנחה: עידית פדר

אחראי אקדמי: פרופ' דרור פיקסלר

תיאור הפרויקט ותכולתו:

שיטות אופטיות נפוצות מאוד בעולם הרפואה לאבחון מצבים פיזיולוגיים בשלבים מוקדמים ובדיוק גבוה. שיטות אלו לא פולשניות ולא פוגעות במטופל. אחד המדדים החשובים לבדיקה בכל מטופל הוא רמת רוויון החמצן בדם. השיטה הרווחת כיום מתבססת על שימוש בשני אורכי גל, המחייבת כיול בינהם ובכך אחוז השגיאה גדל. בשנים האחרונות פיתחנו שיטה אופטית חדשה על מנת להתגבר על אחוז השגיאה הגדול בשימוש באורך גל יחיד.

הפרויקט המוצע השנה עוסק במחקר זה תוך מתן דגש לייעול המערכת אופטית הייחודית והחדשנית הזו. בפרויקט זה, יחקור הסטודנט את האור המתפזר לכל הכיוונים מרקמה עגולה. התפלגות עוצמת האור במרחב מתארת את פרופיל הפיזור המלא, ובכך יוצרת אפיון חדש לרקמה באמצעות האור. הפרויקט הינו הנדסי המציע פיתוח מערכת אופטית הכוללת מערך גלאים לקריאת פיזור אור מההארה באוריינטציות שונות, ובנוסף ניתוח ועיבוד נתונים מידי המאפשר למערכת לאבחן מצב פיזולוגי של רקמה אנושית.

דרישות:

• מבוא לאופטיקה מודרנית ואלקטרו-אופטיקה.
• ידע בעיבוד תמונה.
• ידע בתכנות באחד או יותר מהכלים הבאים: (MATLAB/ LabVIEW/ C).
• יכולת עבודה במעבדה.
• ממוצע ציונים בתואר מעל 80

מקורות:

1. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26663658
2. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26309752

509 Preparation of Preform for drawing of optical fiber with Silicon Core and Silica Clad – Phase II

הכנת גלם למשיכת סיב אופטי עם ליבת סיליקון ומעטפת סיליקה – פאזה I

מנחים: פרופ' משה סינואני, מאור תפארת

אחראי אקדמי: פרופ' זאב זלבסקי

תיאור הפרויקט ותכולתו:

הפרוייקט המוצע הוא חלק מפרוייקט גדול יותר של תיכנון ובניית מערכת למשיכת סיבים אופטיים עם ליבת סיליקון ומעטפת סיליקה. את הסיב מושכים בחום גבוה מגלם עבה עם חתך הדומה לסיב הנדרש. עיקר הפרוייקט המוצע הוא הכנת גלם של צינורית סיליקה עם סיליקון בתוכה. לתוך צינוריות סיליקה (זכוכית קוורץ) נשאב סיליקון מותך. התהליך יעשה בתוך תנור בטמפרטורה של כ-1500ºC , או ע"י לייזר CO2.

תכולת הפרוייקט : לימוד התכונות התרמיות הן של הסיליקון והן של הזכוכית בתחום הטמפרטורות שבתהליך הכנת הגלם.

דרישות:

• אופטיקה
• לייזרים
• מל"מ

510 Operation of new computerized tapering rig for drawing various core optical fibers

הפעלת מגדל חדש מבוקר מחשב למשיכת סיבים בעלי ליבות שונות

מנחים: פרופ' משה סינואני, מאור תפארת

אחראי אקדמי: פרופ' זאב זלבסקי

תיאור הפרויקט ותכולתו:

תיאור הפרוייקט :
אנו מפתחים מערכת חדשה למשיכת סיבים אופטיים עם ליבות שונות. הפרוייקט המוצע הוא חלק מפרוייקט גדול יותר של תיכנון ובניית מערכת למשיכת סיבים אופטיים בעלת מעטפת סיליקה (SiO2) עם ליבה של סיליקון (Si). המערכת הוזמנה בחברה חיצונית והפרויקט יתרכז בהקמת המערכת במעבדה שלנו והפעלתה.

תכולת הפרוייקט :
לימוד התכונות התרמיות הן של הסיליקון והן של הזכוכית בתחום הטמפרטורות שבתהליך המבוצע בטמפרטורה של כ- .1600 ºC הכרת הפרמטרים הפיזיקליים הן של הסיליקה והן של הסיליקון. לימוד התכונות של המצלמה התרמית המשמשת כחיישן טמפרטורה לבקרת התהליך וקביעת הפרמטרים הפרמטרים הפיזיקליים שיש להזין בתכנה. החימום של הגלם למשיכת הסיב נעשה ע"י לייזר CO2. התוצר הסופי יהיה משיכת סיב עם ליבת סיליקון.

דרישות:

אלקטרואופטיקה

511 Remote Sensing of the Spectral Emission of flames

חישה מרחוק של ספקטרום הקרינה של חומרי בעירה ב-NIR

מנחה: פרופ' מאיר דנינו

אחראי אקדמי: פרופ' מאיר דנינו

תיאור הפרויקט ותכולתו:

ביצוע מרחוק של מדידות ספקטראליות מדוייקות של חומרי בעירה באמצעות ספקטרומטר. מדידות בטווחים בינוניים (עשרות עד מאות מטרים), ניתוח התוצאות , וזיהוי פסי הפליטה של חומרי הבעירה השונים.

תכולה:

1. תכנון ובניית מערכת אופטית לאיסוף הקרינה לסיב הכניסה של הספקטרומטר.
2. מדידת הספקטרום של מדגם חומרי בעירה כגון : עץ שמנים נפט ודלקים שונים.
3. ניתוח התוצאות והתאמה לקווי הקרינה של חומרי הבעירה הבסיסיים.
4. השוואה למדידות שנעשו במעבדה בטווחים קצרים ושערוך ההשפעות האטמוספיריות

דרישות:

גלאים מבוססי מל"מ

512 Design and fabrication of waveguide for 1550nm on Silicon Substrate

תכנון ויצירת מנחה גל, לאור באורך גל של 1550nm, על מצע סיליקון בעזרת קרן לייזר

מנחים: פרופ' משה סינואני, מאור תפארת

אחראי אקדמי: פרופ' משה סינואני

תיאור הפרויקט ותכולתו:

תיאור הפרוייקט :

תכנון וייצור של מנחה גל לאור באורך גל של 1550nm, המשמש לתקשורת. התקשורת כיום מתנהלת בסיבים אופטיים, דהיינו העברת המידע למרחקים נעשית ע"י אותות של אור. טכניקה זו יעילה לאין ערוך לעומת השימוש בכבלי מתכת להעברת אותות חשמליים כפי שנעשה בעבר.

לעומת זאת עיבוד האותות בשבבי הסיליקון נעשה עדיין ע"י אותות חשמליים. החזון הוא לפתח מעגלים מוכללים לפוטואלקטרוניקה. בעשור האחרון התפתח תחום חדש העוסק בפיתוח הממשקים של סיבים אופטיים לשבבי סיליקון שנקרא Silicon Photonics . תחום זה כולל גם פיתוחים של התקנים אלקטרואופטיים על מצע של סיליקון. פיתוח מנחה גל המוצע מהווה בסיס לפיתוח התקנים אופטיים על שבב הסיליקון.

תכולת הפרוייקט :

לימוד התכונות האופטיות של סיליקון והתיאוריה של מנחה גל. תכנון מנחה הגל.
תכונות הלייזר הנדרש ואינטראקציה שלו עם הסיליקון. בחירת סיליקון בסימום הרצוי.
תכנון הצבת מערך האופטי הנדרש לקבלת כתם הלייזר בגודל הנדרש.
ייצור מנחה הגל ואיפיונו.

דרישות:

אופטיקה, לייזרים

513 Development of Nano metric Stage for Superresolution Confocal Microscope. Phase II

פתוח מערך הנעה ננומטרי ממוחשב במיקרוסקופ עם סריקת לייזר ברזולוציית על

מנחים: פרופ' משה סינואני, הדר פנחס (או מאור תפארת)

אחראי אקדמי: פרופ' משה סינואני

תיאור הפרויקט ותכולתו:

תיאור הפרוייקט :

פרוייקט זה הוא חלק מפרוייקט גדול יותר של פיתוח מיקרוסקופ עם סופר-רזולוציה. הוא כולל תכנון והרכבה של דרגת הנעה ננומטרית למיקרוסקופ, בשלושה צירים בדיוק של עשירית ננומטר לטווח מקסימלי של 100 מיקרומטר בכל ציר. נשתמש בדרגת הנעה ננומטרית מתאימה, שברשותינו אותה נרכיב על שתי דרגות הנעה לינאריות בדיוק של מיקרומטר בטווח של 50 מ"מ.

תכולת הפרוייקט :

לימוד עקרון הפעולה של היחידה הננומטרית והפעלתה ע"י מחשב.
תכנון מיכני והרכבת היחידה הננומטרית על הדרגה הלינארית.
כתיבת תכנה להפעלה מבוקרת של מערך ההנעה על חלקיו.
רכש של אנקודרים לינאריים לבקרה על התנועה כולל סריקת שטח ברזולוציה ננומטרית.

דרישות:

אופטיקה, לייזרים

514 Remote Sensing of Vital Signs Behind Walls

חישת אותות חיים בתוך מבנה סגור

מנחה: ניסן אוזנה

אחראי אקדמי: פרופ' זאב זלבסקי

תיאור הפרויקט ותכולתו:

In previous works, an optical technique for extraction and separation of remote static vibrations has been demonstrated. In this paper, we will describe an approach in which RF speckle movement is used to extract remote vibrations of a static target. The use of conventional radar Doppler methods is not suitable for detecting vibrations of static targets. In addition, the speckle method has an important advantage, in that it is able to detect vibrations at far greater distances than what is normally detected in classical optical methods. The first step towards real time detection of human vital signs using RF speckle patterns will be developed.

The students will write a simulation using MATLAB. Later, the students will conduct an optical experiment that demonstrate the RF limitations. The last step will be to conduct RF experiment.

דרישות:

• מבוא לאופטיקה מודרנית
• עיבוד אותות ומערכות

מקורות:

1. N. Ozana et al., Demonstration of a Speckle Based Sensing with Pulse-Doppler Radar for Vibration Detection. Sensors. 2018; 18(5):1409.
2. N. Ozana et al., "Demonstration of a Remote Optical Measurement Configuration That Correlates With Breathing, Heart Rate, Pulse Pressure, Blood Coagulation, and Blood Oxygenation," in Proceedings of the IEEE, vol. 103, no. 2, pp. 248-262, Feb. 2015.
3. Zeev Zalevsky, Yevgeny Beiderman, Israel Margalit, Shimshon Gingold, Mina Teicher, Vicente Mico, and Javier Garcia, "Simultaneous remote extraction of multiple speech sources and heart beats from secondary speckles pattern," Opt. Express 17, 21566-21580 (2009).

515 Remote photonic sensing in otolaryngology

חישה אופטית מרחוק של פרמטרי אוטולרינגולוגיה

מנחה: ניסן אוזנה

אחראי אקדמי:פרופ' זאב זלבסקי

תיאור הפרויקט ותכולתו:

Otitis Media (OM) is related to a group of inflammatory diseases of the middle ear (ME) commonly encountered, worldwide. A method based on a simple device, which can be used by medical staff and non-experts to detect OM is presented. The method is based on detection of tympanic membrane (TM) vibrations. A laser beam is pointed on an infra-sonic stimulated TM with fast camera capturing the back scattered secondary speckle patterns.
A high-speed camera enables inspection of the frequency and amplitude of the changes in TM characteristics obtained by analysis of the spatial-temporal statistics of the speckle patterns.

The students will

1. write an algorithm to extract the bio parameter via the optical method.
2. The students will build an optical system and conduct experiments using the presented method.
3. The students will analyze the results and the performance of the system with respect to conventical methods.

דרישות:

• מבוא לאופטיקה מודרנית
• עיבוד אותות ומערכות

מקורות:

1. N. Ozana et al., Demonstration of a Speckle Based Sensing with Pulse-Doppler Radar for Vibration Detection. Sensors. 2018; 18(5):1409.
2. N. Ozana et al., "Demonstration of a Remote Optical Measurement Configuration That Correlates With Breathing, Heart Rate, Pulse Pressure, Blood Coagulation, and Blood Oxygenation," in Proceedings of the IEEE, vol. 103, no. 2, pp. 248-262, Feb. 2015.
3. Zeev Zalevsky, Yevgeny Beiderman, Israel Margalit, Shimshon Gingold, Mina Teicher, Vicente Mico, and Javier Garcia, "Simultaneous remote extraction of multiple speech sources and heart beats from secondary speckles pattern," Opt. Express 17, 21566-21580 (2009).

516 High order modes in micro-knot laser

מדידת מודים גבוהים בלייזר מיקרו-קשר

מנחה: שיר שחל

אחראי אקדמי: ד"ר מוטי פרידמן

תיאור הפרויקט ותכולתו:

הסטודנטים יתכננו ויפתחו סיבים מדוקקים בעזרת מערכת עיבוד זכוכית מתקדמת המאפשרת להפוך סיבים אלו למהודים. הסטודנטים ישלבו מהודים אלו בחומר DYE אשר יגרום למהוד להפוך לליזר. לאחר פיתוח הלייזר - הסטודנטים יחקרו את המודים הגבוהים הנוצרים בתוך סיב הלייזר. - מדידות טובות של המודים יובילו לפרסום מאמר

דרישות:

מקורות:

Shir Shahal, Hamootal Duadi, and Moti Fridman“High-order modes micro-knot excited by a long-period fiber grating ”Sensors17,2490 (2017) 

517 Developing spectrometer for UAV

פיתוח מערכת מדידת ספקטרום מרחפנים

מנחה: אבי קליין

אחראי אקדמי: ד"ר מוטי פרידמן

תיאור הפרויקט ותכולתו:

הסטודנטים יתכננו ויפתחו מערכת מדידת ספקטרום המיועדת לרחפנים.
הסטודנטים ילמדו על ספקטרומטרים שונים ועל המגבלות שלהם. הסטודנטים ילמדו לעבוד עם תוכנות תיכנון שונות כגון סוליד ולבסוף יתכננו מערכת שלמה המיועדת להתקנה ברחפנים.
אם הזמן יספיק - הסטודנטים גם יבנו את המערכת וינסו אותה

דרישות:

מקורות:

Goodman, "Fourier optics"

518 Developing temporal optics devices

פיתוח התקני אופטיקה זמנית

מנחה: אבי קליין

אחראי אקדמי: ד"ר מוטי פרידמן

תיאור הפרויקט ותכולתו:

הסטודנטים יתכננו ויפתחו עדשת זמן בסיבים אופטים. הסטודנטים ילמדו על אופטיקה לא לינארית ועל שימושה בעיבוד מידע אופטי.

דרישות:

מקורות:

Brian H. Kolner and Moshe Nazarathy, "Temporal imaging with a time lens," Opt. Lett. 14, 630-632 (1989)

519 Short-reach free-space optical communications

תקשורת אופטית במרחב החופשי לטווח קצר

מנחה: דביר מונק

אחראי אקדמי: פרופ' אבי צדוק

תיאור הפרויקט ותכולתו:

Simulations and experimental demonstration of a free-space optical link, for short-reach communication inside a room.

The project would include the design of a link, the simulation of link components, and experimental setup for communication over fiber and between lenses

דרישות:

• קורס תקשורת אופטית 83466 חובה.
• קורס נושאים מתקדמים בתקשורת אופטית 83648 חובה.

מקורות:

Lecture notes for optical communication classes, 83466 and 83648

520  /*-->*/ Developing and processing of 3-d cameras

/*-->*/ ניתוח מצלמות תלת מיימד

מנחה:  /*-->*/ שיר שחל

אחראי אקדמי:  ד"ר מוטי פרידמן

תיאור הפרויקט ותכולתו:

בפרויקט זה נקים מערכת של מצלמות תלת מיימד על מנת לזהות תנועה וקרבה של עוברי אורח לקיר בעל חיישנים. כאשר אדם מתקרב לקיר המערכת תזהה את מיקום הראש והאוריינטציה שלו כולל כיוון המבט.

דרישות:

מקורות:

https://click.intel.com/intel-realsense-depth-camera-d435i-imu.html