פרויקטי גמר - הנדסת חשמל - המעבדה לאלקטרו-אופטיקה תש"פ

401 Modulating an optical set-up for measuring the full scattering profile of tissues

מידול מערכת למדידת פרופיל פיזור מלא של רקמות

שם המנחה: עידית פדר

אחראי אקדמי: פרופ' דרור פיקסלר

הרקע לפרויקט:

שיטות אופטיות נפוצות מאוד בעולם הרפואה לאבחון מצבים פיזיולוגיים בשלבים מוקדמים ובדיוק גבוה. שיטות אלו לא פולשניות ולא פוגעות במטופל. בשנים האחרונות פיתחנו שיטה אופטית חדשה בשימוש באורך גל יחיד לאפיון רקמה באמצעות פורפיל פיזור מלא. בהתבסס על שיטה זו אנו עומדים לקראת פיתוח התקן נייד למדידת רווין חמצן בדם. מדובר במיזם של חברה בהקמה, במסגרת מסלול unbox לליווי יזמות.

מטרת הפרויקט:

הפרויקט המוצע השנה עוסק במחקר זה ומטרתו לפתח מערכת אופטית ייחודית וחדשנית. הפרויקט דורש מידול מקור אור למערכת אופטית הכוללת מספר גלאים לאיסוף התפלגות האור, איסוף נתונים וניתוחם. מידול האור מאפשר להבחין בין עומקי רקמה שונים ולאפיינם במטרה לאבחן מצבים פיזיולוגיים שונים בצורה חדשנית ולא פולשנית.

תכולת בפרויקט:

בפרויקט זה, יחקור הסטודנט את האור המתפזר לכל הכיוונים מרקמה עגולה ממקור אור מאופנן. מידול האור והתפלגות עוצמת האור במרחב ובזמן, יוצרת אפיון חדש לרקמה באמצעות האור. הפרויקט הינו הנדסי המציע פיתוח מערכת אופטית הכוללת מערך גלאים חיבורם למחשב, פיתוח הממשק ביניהם, ובנוסף ניתוח ועיבוד נתונים מידי המאפשר למערכת לאבחן מצב פיזולוגי של רקמה אנושית.

דרישות:

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

מקורות:

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

402 Interaction-free imaging

דימות ללא אינטראקציה

שם המנחה: ד"ר אליהו כהן

אחראי אקדמי: ד"ר אליהו כהן

הרקע לפרויקט:

מקורות אור קוונטיים פותחים צוהר לשיטות דימות חדשות. אחת מהשיטות שאנו חוקרים מתמקדת בהפחתת הקרינה שנבלעת באובייקט כחלק מתהליך הדימות תוך שימור ולעיתים שיפור של איכות התמונה

מטרת הפרויקט:

אנליזה של פרוטוקולים קיימים ופיתוח של פרוטוקולים חדשים לדימות בתחום הקוונטי. עד כה הוצעו מספר פרוטוקלים שאף נבחנו ניסיונית, אבל טרם בוצע תהליך אופטימזציה של אותם פרוטוקולים וטרם נחקרו תחומים מעניים כמו דימות קוונטי בתחום הרנטגן. אנו נשאף לפיכך, להשיג הבנה תיאורטית טובה יותר של שיטות קיימות מצד אחד, ומצד שני נבחן יישומים חדשים של אותם פרוטוקלים.

תכולת בפרויקט:

בשלב הראשון נבצע חקר תיאורטי של אלגוריתמים קיימים ושל אלגוריתמים חדשים שעושים שימוש בשיטות סופר-רזולוציה ובאפקט זנון הקוונטי.

בשלב השני, נריץ סימולציית מטלב פשוטה לבחינת התיאוריה ולבסוף נתכנן את מערך הניסוי/ים שיתבסס/ו על אמצעים סטנדרטיים באופטיקה קוונטית, בדומה לניסוי שתואר במאמר מטה.

דרישות:

• מבוא לאופטיקה מודרנית ואלקטרואופטיקה
• מכניקה קוונטית שימושית

      לא חובה, אבל יכול לעזור אם לוקחים גם את הקורסים:

• סופר רזולציה ומערכות דימות
• חישוב קוונטי

מקורות:

1. Yingwen Zhang, Alicia Sit, Frédéric Bouchard, Hugo Larocque, Florence Grenapin, Eliahu Cohen, Avshalom C. Elitzur, James L. Harden, Robert W. Boyd, and Ebrahim Karimi, "Interaction-free ghost-imaging of structured objects," Opt. Express 27, 2212-2224 (2019)
2. Nonlocal Quantum Erasure of Phase Objects. 

403 Photonic quantum simulation

סימולציות קוונטיות פוטוניות

שם המנחה: ד"ר אליהו כהן

אחראי אקדמי: ד"ר אליהו כהן

הרקע לפרויקט:

סימולציות קוונטיות מאפשרות לנתח את הדינמיקה של מערכת אחת קוונטית אחת (שהיא בדרך כלל מורכבת ולא זמינה אפילו למחשבי על) באמצעות מערכת קוונטית אחרת (עליה קל לשלוט, למשל, מערכת פוטונית).

אפשר לחשוב על כך בתור מחשב קוונטי אנלוגי - ההתפתחות בזמן של המערכת הפוטונית פותרת בעיה חישובית שקשורה למערכת אותה מסמלצים.

מטרת הפרויקט:

סימולציה של מולקולות מורכבות או מערכות גבישיות באמצעים פוטוניים קוונטיים - אנו נבחר מולקולה אורגנית שקשה לתאר את הדינמיקה שלה באמצעות מחשבים קלאסיים וננסה לסמלץ אותה באמצעים פוטוניים בהמשך לעבודות העבר שנעשו בתחום זה. ברגע שנמצא את האנלוגיה המתאימה, נוכל להריץ סימולציה נומרית על מנת לבחון כיצד ייראו מספר מקרים מעניינים שכדאי לבחון בניסוי.

תכולת בפרויקט:

עבודה עם קוד מטלב קיים על מנת לתכנן סימולציות קוונטיות חדשות ולבחון את טיב ההתאמה שלהן למערכת אותה מדמים. הקוד הוא יחסית פשוט ומאפשר לנו לשלוט על תנאי ההתחלה והדינמיקה של הפוטונים בכדי לראות לאורך זמן את התנהגותם.

ברגע שנצפה בהתנהגות זו נוכל לחפש אפקטים פיזיקליים מעניינים במערכות האורגניות שאותן אנחנו מדמים כמו revival או localization של פונקציית הגל וכמו הופעה של סדר ארוך טווח.

דרישות:

• מבוא לאופטיקה מודרנית ואלקטרואופטיקה
• מכניקה קוונטית שימושית
• רצוי לקחת במקביל את הקורס חישוב קוונטי (אבל לא חובה)

מקורות:

1. https://www.osapublishing.org/optica/abstract.cfm?uri=optica-6-2-174
2. https://www.nature.com/articles/nphys2253

404 Why are quantum algorithms so efficient?

מדוע אלגוריתמים קוונטיים כה יעילים?

שם המנחה: ד"ר אליהו כהן

אחראי אקדמי: ד"ר אליהו כהן

הרקע לפרויקט:

עד היום פותח מספר גדול של אלגוריתמים קוונטיים שהם מהירים לאין ערוך ממקביליהם הקלאסיים.

יחד עם זאת, עדין לא ברור מה מקנה לאלגוריתמים הקוונטיים את כוחם, אילו בעיות ניתן לפתור באופן יעיל עם מחשבים קוונטיים וכיצד יש לתכנן אלגוריתמים קוונטיים עתידיים.

מטרת הפרויקט:

בחינת חלופות לתכונות יסוד כמותיות (הן פיזיקאליות והן אלגוריתמיות) שאלגוריתמים קוונטיים חייבים לכלול על מנת להיות מוצלחים מבחינת זמן הריצה שלהם או כמות השאילתות או כמות המשאבים הנדרשים.

במידת האפשר - שימוש בידע זה בכדי לשפר אלגוריתמים קיימים ולפתח חדשים. כלומר, אם נבחין שאלגוריתם מסוים איננו בעל התכונות הרצויות שנמצאו, נרצה לצקת אותן לתוכו על מנת לשפרו.

תכולת בפרויקט:

חקר של מספר מאפיינים כגון: שזירה, קונטקסטואליות, אי-חילופיות, "שכחה קוונטית", קווריאנס וכו' שתורמים בפועל להצלחתם של אלגוריתמים קוונטיים קיימים, למשל אלגוריתמי חיפוש ופירוק למספרים ראשוניים. לשם כך נבחן מספר אלגוריתמים ידועים ונחשב את הפרמטרים שצויינו לעיל על מנת לראות מה ערכם.

בשלב השני, נשווה בין ערכי הפרמטרים וננסה למצוא מכנה משותף שמופיע בכל האלגוריתמים האופטמילים. ובשלב השלישי, ננסה לכתוב מחדש אלגוריתמים לא אופטמיליים על מנת שיתבססו על אותם פרמטרים רצויים ובכך נצליח בתקווה להפחית את זמן הריצה שלהם או מספר השאילתות או כמות המשאבים הפיזיים שהם צורכים.

דרישות:

• מכניקה קוונטית שימושית
• מומלץ לקחת במקביל את הקורס חישוב קוונטי

מקורות:

1. https://link.springer.com/article/10.1007/s10701-010-9452-0
2. https://advances.sciencemag.org/content/5/4/eaav8370/

405 Quantum Radar

מכ"ם קוונטי

שם המנחה: ד"ר אליהו כהן

אחראי אקדמי: ד"ר אליהו כהן

הרקע לפרויקט:

מכ"מים קוונטיים משתמשים במקורות קרינה בעלי תכונה מיוחדת - שזירה, ובכך אמורים לשפר את יחס האות לרעש בהשוואה למכ"מים קיימים, בייחוד בסביבות מאוד רועשות

מטרת הפרויקט:

בחינה תיאורטית של מדגים היכולות הקיים ופיתוח של מדגים יכולות משופר. בפרט, אנו נרצה לבחון את המעבר הרציף שבין מכ"ם קוונטי למכ"ם קלאסי (כתלות במשך פעולת המכ"ם וברעשים חיצוניים) ונבחן כיצד ניתן להאריך את משך הזמן שבמהלכו המכ"ם פועל במתכונת הקוונטית על מנת לשפר את ביצועיו.

תכולת בפרויקט:

ניתוח כמותי של ביצועי אבטיפוס מכ"ם קוונטי - אנו ננתח את המאמר המופיע מטה בכדי להבין איך הושג השיפור הקיים של פקטור 8 בזמן האינטגרציה למרות שיטת העבודה הלא אופטימלית שנבחרה. לשם כך, ננתח את הקורלציות הקוונטיות ואת אופן ההשתנות שלהן בזמן פעולת המכ"ם. נציע מדדים כמותיים, אשר מבוססים על יחסי אי-וודאות שבין אופרטורים קוונטים בכדי להעריך את איכות הביצועים.

תכנון אנליטי ונומרי של אבטיפוס חדש שיאפשר לגלות מטרות בטווחים גדולים יותר - נשתמש בניתוח לעיל על מנת לתכנן סיגנלים שהמאפיינים הקוונטיים שלהם יישמרו לאורך זמנים ארוכים יותר. בפרט, נשקול להשתמש ב- quantum repeaters וב- orbital angular momentum.

דרישות:

• שדות אלקטרומגנטיים
• מבוא לאופטיקה מודרנית ואלקטרואופטיקה
• מכניקה קוונטית שימושית
• מומלץ לקחת את הקורס חישוב קוונטי (אבל לא חובה)

מקורות:

1. https://www.livescience.com/62362-quantum-radar-detect-stealth-planes.html
2. https://arxiv.org/abs/1903.00101

406  Towards 3D Digital Laser Printing of Micro-electromechanical Systems

הדפסת התקנים אלאקטרו מכניים תלת מממדיים בעזרת לייזר

שם המנחה: דר' צבי קוטלר

אחראי אקדמי: פרופ זאב זלבסקי

הרקע לפרויקט:

הטכנולוגיה של הדפסה תלת מימדית בעזרת לייזר התקדמה מאוד לאחרונה.

מחקרים אחרונים שנעשו בקבוצה של פרופ זלבסקי בשיתוף פעולה עם חברת אורבוטק הראו מימוש של התקנים כדוגמת צבתות מיקרו מטריות ורכיבים היכולים לאפנן אור.

מטרת הפרויקט:

לייצר בעזרת התפסה תלת ממדית של לייזר התקני איפנון אור המבוססים על הזזות של מיקרו עדשות תוך הפעלת מתחים שונים על ההתקן

תכולת בפרויקט:

תיכנון נומרי של ההתקן. ייצורו בשתפ עם חברת אורבוטק ובחינת הפעולה שלו באופן ניסיוני במעבדה

דרישות:

• מבוא לאופטיקה

407  Super resolved imaging of silicon wafers and failture analysis of Ics

דימות משופר רזולוציה של שבבי סיליקון

שם המנחה: פרופ משה סינואני

אחראי אקדמי: פרופ זאב זלבסקי

הרקע לפרויקט:

במעבדתו של פרופ זלבסקי פותחה שיטה יחודית לדימות ברזולוציה משופרת של שבבי סיליקון תוך שימוש באפקט לא לנארי הקיים בסיליקון. שימוש באפקט זה יכול לשפר מאוד תחום הניקרא failure analysis של מעגלי מיקרו אלקטרוניקה

מטרת הפרויקט:

המשך ביצוע מחקר במערך הניסוי שהוקם של סופר רזולוציה בסיליקון והדגמת עיקרון הפעולה שלו למימוש דימות ברזולוציה הטובה מ 200 ננו מטר

תכולת בפרויקט:

ביצוע ניסויים במערך אופטי הקיים במעבדה תוך שימוש בלייזרים קצרי פולסים ועדשות SIL להדגמה ניסיונית חדשנית של יכולות דימות ברזולוציה הטובה מ 200 ננו מטר

דרישות:

• מבוא לאופטיקה
• סופר רזולויה- יכול לעזור

408  Laser based remote sensing of hemodynamic processes in biological tissues

חישת תהליכי זרימה ביו-רפואיים בגוף בעזרת אור

שם המנחה: פרופ זאב זלבסקי

אחראי אקדמי: פרופ זאב זלבסקי

הרקע לפרויקט:

במסגרת המחקר הנעשה במעבדה של פרופ זלבסקי הוכחנו יכולת לחישת זרימה ברקמות ויישמנו אותה לחישה של פרמטרים ביו פואיים שונים כולל אלו הקשורים לפעילות מוחית

מטרת הפרויקט:

להשתמש בטכנולוגיית החישה בעזרת לייזר לצורך ניטור כמותי של זרימה בכלי דם גדולים בגוף, גם עורקים וגם וורידים

תכולת בפרויקט:

שימוש במערך הניסיוני שהוקם במעבדה והפעלתו לאיסוף נתונים רפואיים הקשורים לזרימת דם. ניתוח התוצאות והדגמה יכולת מדידה של פרמטרי זרימת דם במערכות ביולוגיות

דרישות:

• מבוא לאופטיקה

409  Investigating time-lenses

חקירת עדשות זמן

שם המנחה: ענבר סיבוני

אחראי אקדמי: ד"ר מוטי פרידמן

הרקע לפרויקט:

היכולת לעבד מידע במהירות האור ללא שימוש באלקטרוניקה יכולה להוביל למהפכה בתקשורת ומיחשוב. עדשות זמן מהוות אפשרות מבטיחה לצורך עיבוד מידע העובר בסיבים אופטיים ואנו נפתח עדשות זמן חדשניות לצורך זה.

מטרת הפרויקט:

למידת הנושא "עדשת זמן" לעומק. בניית מערך שלם של עדשות זמן, מדידת התוצאות המתקבלות וניתוחן במקביל לסימולציות והשוואה ביניהן. לסטודנטים רציניים- כתיבת מאמר.

תכולת בפרויקט:

הסטודנטים יתכננו ויפתחו מערך שלם של עדשות זמן בסיבים אופטיים. הסטודנטים ילמדו על מימוש הכלים אותם רכשו בקורסים השונים תוך שימוש במכשירי המעבדה.

דרישות:

• מבוא לאופטיקה מודרנית ואלקטרו-אופטיקה
• מבוא לליייזרים.
• יכולת עבודה במעבדה ושליטה בmatlab.

מקורות:

https://www.osapublishing.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-14-12-630

410  Mie resonant Spectral meta-filters

פילטרים ספקטרלים מבוססי מטה משטחים רזונטורים מסוג מי

שם המנחה: תומר לוי

אחראי אקדמי: 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 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 בפרויקט:

לימוד תכונות פיזור ובליעה של חלקיקים קטנים מאורך גל. כתיבת קוד מטלאב/מתמטיקה או כלי אחר לחישוב תכונות הפיזור של חלקיקים. סימולציה של רכיבים דו מימדיים בעזרת תוכנה ייעודית וניתוח ביצועים.

דרישות:

• מכניקה קוונטית שימושית
• שדות אלקטרומגנטיים
• מבוא לאופטיקה מודרנית
• מבוא לליזרים
• mathematica או matlab

מקורות:

Absorption and Scattering of Light by Small Particles, by Craig Bohren and Donald Huffman

411  Design and fabrication of waveguide for 1550nm on Silicon Substrate – phase II

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

שם המנחה: פרופ' משה סינואני, מר מאור תפארת

אחראי אקדמי: פרופ' זאב זלבסקי

הרקע לפרויקט:

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.

מטרת הפרויקט:

תכנון וייצור של מנחה גל לאור באורך גל של 1550nm, המשמש לתקשורת.

תכולת בפרויקט:

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
• אלקטרואופטיקה
• לייזרים
• מל"מ

מקורות:

במרשתת אינטרנט

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

הפעלת מגדל חדש מבוקר מחשב למשיכת סיבים בעלי ליבות שונות

שם המנחה: פרופ' משה סינואני, מר מאור תפארת

אחראי אקדמי: פרופ' זאב זלבסקי

הרקע לפרויקט:

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.

מטרת הפרויקט:

אפיון הפרמטרים של המערכת (המערכת מוכנה) והפעלת הבקרה שלה

תכולת בפרויקט:

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.

בקרה ממוחשבת.

דרישות:

• מל"מ
• לייזרים
• אופטיקה
• מחשבים

מקורות:

פרוייקט קודם

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

פתוח מערך הנעה ננומטרי ממוחשב במיקרוסקופ עם סריקת לייזר ברזולוציית על.

שם המנחה: פרופ' משה סינואני, מר מאור תפארת

אחראי אקדמי: פרופ' זאב זלבסקי

הרקע לפרויקט:

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.

מטרת הפרויקט:

הפעלת המערכת עם בקרה ממוחשבת

תכולת בפרויקט:

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
• גלאים
• מל"מ
• מוטיבציה גבוהה, התמדה, ראש פתוח

מקורות:

פרוייקט קודם, אינטרנט

414 Opto-mechanical propagation effects in optical fibers

תופעות אופטו-מכאניות בסיבים אופטיים

שם המנחה: חגי דיאמנדי
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' אבי צדוק

הרקע לפרויקט:

Optical fibers are designed to guide light at an inner core. This property is at the basis of optical communication. Less attention is given to the fact that the same fibers also guide elastic (or acoustic) waves. The two phenomena are not independent of each other.

The propagation of light in the fiber can stimulate elastic oscillations. The acoustic waves, in turn, can scatter and modulate light. Over the last three years, our group has studied opto-mechanical phenomena in fibers and reach several novel demonstrations. These include the mapping of liquids outside the boundary of the fiber cladding where light does not reach, cross-talk among multiple cores of a multi-core fiber that are optically isolated from one another, and stimulated optical and acoustic oscillations with very narrow linewidths.

מטרת הפרויקט:

The main objective of the project is to introduce the students to fiber-optics, and interplay between optical and acoustic waves. To introduce the subject, the student will construct a sensor experiment that is based on these principles. They will try to use light and sound interactions to measure liquids in very short sections outside the fiber, with only 1 cm length. The final product will be an experimental measurement.

תכולת הפרויקט:

Reading of relevant textbooks and papers (see below). Derivation of analytic formalism. Establishment of matlab simulation for calculating predicted results. Planning of an experiment, construction of experimental setup, collection and analysis of data, writing of a project report

קורסי קדם:

• שדות אלקטרומגנטיים
• מבוא ללייזרים
• מבוא לתקשורת אופטית
• נושאים מתקדמים בתקשורת אופטית

מקורות:

1. Robert W. Boyd, Nonlinear Optics, third Edition
2. מבוא לתקשורת אופטית 83466 - סיכומי המרצה
3. נושאים מתקדמים בתקשורת אופטית 83648 - סיכומי המרצה
4. H. Hagai Diamandi, M.Sc. thesis. Available from group website: http://avizadoklab.com/publications/

Journal papers, all available from group website (same page as above):

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
2. H. H. Diamandi*, Y. London*, and A. Zadok, "Opto-mechanical inter-core cross-talk in multi-core fibers," Optica 4, 289-297 (2017)
3. H. H. Diamandi, Y. London, G. Bashan, A. Bergman, and A. Zadok, "Highly-coherent stimulated phonon oscillations in a multi-core optical fibers," Scientific Reports 8, 9514 (2018)
4. G. Bashan, H. H. Diamandi, Y. London, E. Preter, and A. Zadok, "Optomechanical time-domain reflectometry," Nature Communications 9, 2991 (2018).

Conference paper (will be provided by adviser):

1. A. Bergman, H. H. Diamandi, Y. London, G. Bashan, J. Madrigal, D. Barrera, S. Sales, and A. Zadok, "Opto-mechanical point-sensing in a multi-core fiber," post-deadline paper, 26th Optical Fiber Sensors (OFS-26) Conference, Lausanne, Switzerland, Proc. Optical Society of America, September 2018.

פרויקטים נוספים מומלצים

506 Physical analysis of terahertz quantum cascade laser structures

אנליזה פיזיקאלית של מבני לייזרי קסקדה קוונטים לתחום הטרה הרץ

שם המנחה: אסף אלבו

אחראי אקדמי: אסף אלבו

הרקע לפרויקט:

לייזרי קסקדה קוונטיים מבוססי גליום ארסנייד הנם 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 הטרה-הרץ 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 הטרה-הרץ במטרה להבין את מנגנוני הפעולה שלהם ולאפשר מבנים אתם 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 הפיזיקליים של מספר מבנים שונים, הסטודנטים ימליצו על מבנים חדישים הצפויים לתת ביצועי טמפרטורה משופרים.

תכולת בפרויקט:

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 ההגבר של הלייזר במתחים וטמפרטורות שונות.

דרישות:

• מבוא להתקני מוליכים למחצה
• הכירות עם תוכנת מטלאב.
• כישורי מחשב וסימולציה.

מקורות:

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

507  Analysis of nitride-based terahertz quantum cascade lasers

חקר לייזרי קסקדה קוונטים מבוססי ניטרידים לתחום הטרה-הרץ

שם המנחה: אסף אלבו

אחראי אקדמי: 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 הטרה-הרץ 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 הפיזיקליים של מספר מבנים שונים, הסטודנטים ימליצו על מבנים הצפויים לתת ביצועי טמפרטורה טובים.

תכולת בפרויקט:

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 ההגבר של הלייזר במתחים וטמפרטורות שונות.

דרישות:

• מבוא להתקני מוליכים למחצה
• הכירות עם תוכנת מטלאב.
• כישורי מחשב וסימולציה.

מקורות:

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

525  CMOS Image Sensor 4CAPD design and fabrication

תכנון וייצור חיישן תמונה מסוג 4CAPD

שם המנחה: Matan Assaf

אחראי אקדמי: פרופ' אלכס פיש

הרקע לפרויקט:

The project deals with CMOS Image Sensors, Neural networks, and Neuromorphic engineering.

Design and fabrication of a CMOS Image Sensor with wide dynamic range capabilities

מטרת הפרויקט:

The main goal of the project is to design and fabricate a working Image sensor with the 4CAPD pixel block.

A secondary goal is to combine said design with neural network and neuromorphic engineering elements to achieve a 'smart image sensor' that supports neural networks type computations.

תכולת בפרויקט:

The project will include layout design of the 4CAPD CMOS Image Sensor, as well as SPICE modeling of the device based on TCAD simulations (to be performed by the instructor), and Virtuoso logical simulations.

The project will also include implementation of some Neural Network elements in the image sensor pixel array.

דרישות:

• Semiconductor fundamentals (83243)
• Semiconductor devices (83314)
• VLSI Circuits and Systems (83612)
• Digital Integrated Circuits (83313)

מקורות:

https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=5749690

607  Microscopy and image processing

מיקרוסקופיה ועבוד תמונות

שם המנחה: פרופ' אריה וייס

אחראי אקדמי: פרופ' אריה וייס

הרקע לפרויקט:

In all of these cases, we need to develop protocols to image and then quantitatively analyse the images. Generally, these problems generate many GB of data, and novel methods of analysis have to be developed.

מטרת הפרויקט:

The output of these projects will be imaging and processing protocols, many of which will be published and/or presented at conferences.

דרישות:

• 83120 - מבוא להנדסת תוכנה ומחשבים
• Ability ot program in python is very helpful.

מקורות:

We work with the ImageJ/Fiji program

608 SPR biosensor for detection of biological events

ביוסנסור אופטי - זיהוי תהליכים ביולוגיים

שם המנחה: מריאנה בידרמן

אחראי אקדמי: פרופ' רחלה פופובצר

הרקע לפרויקט:

פיתוח סנסור לגילוי תהליכים ביולוגיים תוך שימוש בננוחלקיקים ופלורוסנציה

מטרת הפרויקט:

על הסטודנטים ליצר ננו חלקיקי זהב, לאפיינם. להשתמש הצבעים פלורוסנטיים ולמדוד זמני חיים. להשתמש במיקרוסקופ מולטיספקטרלי ולנתח תוצאות. לנתח אינטרקציה בין חלקיקים לצבע הפלורוסמטי ע"י שינוי אחוזי צבע הנקשר. בניית הסנסור ובדיקתו.

דרישות:

• מבוא לביולוגיה למהנדסים

מקורות:

Surface plasmon resonance: a versatile technique for biosensor applications paper

611 Improving the sensitivity of fluorescence-based blood tests

שיפור הרגישות של בדיקות דם המבוססות על גילוי פלואורוסנטי

שם המנחה: עמוס דניאלי
אחראי/ת אקדמי/ת: עמוס דניאלי

הרקע לפרויקט:

המעבדה שלנו מפתחת מכשור לזיהוי חלבונים ונוגדנים בריכוזים מאוד קטנים בדם. המכשור מבוסס על סימון חלבון המטרה במולקולה פלואורוסנטית ובחלקיקים מגנטיים.

על ידי שימוש באלקטרומגנטים אנו מרכזים את חלבוני המטרה והמולקולות הפלואורוסנטיות אל כתם הלייזר ובכך משפרים משמעותית את הסיגנל.

מטרת הפרויקט:

לאחרונה שמנו לב שרגישות המכשיר משתנה כתוצאה משימוש במולקולות פלואורסנטיות שונות. השינוי יכול להגיע עד כדי שני סדרי גודל.

מטרת הפרוייקט היא לבחון שימוש במולקולות פלואורוסנטיות שונות על מנת למקסם את הסיגנל הפלואורוסנטי. תוצר הפרוייקט הוא השוואת הרגישות של המערכת כאשר משתמשים במולקולות פלואורוסנטיות שונות.

תכולת הפרויקט:

הסטודנטים ילמדו על מערכת האפנון המגנטי, יריצו ניסויים במערכת תוך שימוש במולקולות פלואורוסנטיות שונות ויסכמו את התוצאות למאמר.

קורסי קדם:

• מבוא לביולוגיה למהנדסים
• מבוא לאופטיקה

דרישות נוספות:

• מבוא ללייזרים
• מבוא לאופטיקה מודרנית

מקורות:

http://amosdaniellilab.com/