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

שלחו לחבר

301 Advanced time lenses

עדשות זמן מתקדמות

שם המנחה: ענבר סיבוני
אחראי/ת אקדמי/ת: דר' מוטי פרידמן

הרקע לפרויקט:

עדשות זמן מסוגלות לבצע מניפולציה אולטרה מהירה על אותות קצרים. אך יש עדיין מגבלות רבות לעדשות הזמן שפותחו עד היום.

מטרת הפרויקט:

פיתוח עדשות זמן מתקדמות והדגמתן במעבדה

תכולת הפרויקט:

בפרויקט הסטודנטים ילמדו על אופטיקה זמנית, ואופטיקה לא לינארית ויפתחו עדשות זמן מתקדמות המבוססות על טכנולוגיות קיימות באופטיקה מרחבית

קורסי קדם:

  • אופטואלקטרוניקה התקנים ומערכות
  • לייזרים
  • אופטיקה

דרישות נוספות:

  • קוונטים
  • פיזיקה

מקורות:

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

302 Interaction-free quantum imaging

דימות קוונטי ללא אינטראקציה

שם המנחה: ד"ר אליהו כהן
אחראי/ת אקדמי/ת: 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 אף שיפור איכות התמונה. הדבר מתאפשר הודות להתאבכות של פוטונים בודדים ובעל חשיבות מיוחדת במקרים של קרינה מייננת בהם לא רוצים לחשוף את המטופל לקרינה בשטף גבוה.

הפרויקט מבוצע בשיתוף עם מעבדות בארץ ובחו"ל וכמו כן עם תעשיות כגון אלתא ו- GE.

מטרת הפרויקט:

עד כה הוצעו מספר פרוטוקולים בנושא זה שאף נבחנו בחלקם ניסיונית, אבל טרם בוצע תהליך אופטימיזציה של אותם פרוטוקולים וטרם נחקרו תחומים מעניינים כמו דימות קוונטי ללא אינטראקציה בתחום ה-X-ray.

אנו נשאף לפיכך, להשיג הבנה תיאורטית טובה יותר של שיטות קיימות מצד אחד, ומצד שני נבחן יישומים חדשים של אותם פרוטוקולים. לשם כך, נבצע אנליזה של פרוטוקולים קיימים ונפתח פרוטוקולים חדשים לדימות בתחום הקוונטי. ברמה הבסיסית, נרצה להגיע לבנה איזה מהפרוטוקולים הקיימים עדיף מבחינת ביצועים ומבחינת ישימות במעבדה.

פרויקט מוצלח במיוחד יהיה כזה שיצליח לשפר את אחד הפרוטוקולים הקיימים ו/או יקדם אותו לעבר מימוש במעבדה.

תכולת הפרויקט:

בשלב הראשון נבצע חקר תיאורטי של אלגוריתמים קיימים לדימות קוונטי ושל אלגוריתמים חדשים שעושים שימוש בכלים מתקדמים יותר. המשמעות היא שהסטודנטים בפרויקט יסכמו מספר מאמרים קיימים באופן השוואתי כדי לזהות את נקודות החוזק והחולשה של כל אחד מהם.

בשלב השני, נריץ סימולציית מטלב פשוטה לבחינת התיאוריה של הפרוטוקול המוצלח ביותר שזוהה בשלב הראשון (או בתקווה אפילו גרסה משופרת שלו.

בשלב השלישי (לא בהכרח יתאפשר), נתכנן ביחד עם השותפים בארץ ובחו"ל ניסויים אמיתיים שיתבססו על מערכות קיימות באופטיקה קוונטית, בדומה לניסויים שמתוארים במאמרים מטה.

הסטודנטים בפרויקט גם יוכלו להיכנס למעבדות אלה כדי להתרשם בעשייה ויתכן שאף יצברו ניסיון hands-on.

קורסי קדם:

  • מבוא לאופטיקה מודרנית ואלקטרואופטיקה
  • מכניקה קוונטית שימושית 
  • מומלץ לקחת את הקורס חישוב קוונטי במקביל אבל זו ממש לא חובה

מקורות:

  1. Y. Zhang et al., Interaction-free ghost-imaging of structured objects, Opt. Express 27, 2212-2224 (2019). 
  2. L. Gao, Y. Zhang, E. Cohen, A.C. Elitzur, E. Karimi, Nonlocal quantum erasure of phase objects, Appl. Phys. Lett. 115, 051102 (2019). 

303 Novel X-ray imaging for detecting COVID-19 and more

צילומי רנטגן חדשים עם ביצועים משופרים

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

הרקע לפרויקט:

פרופ' שרון שוורץ ואני מפתחים שיטה חדשה לביצוע צילום חזה בתחום ה- X-ray שמבוססת על מדידות קורלציה בין תבניות מרחביות שנוצרות ע"י דיפיוזר (structured illumination).

באמצעות שיטה זו צפוי שיפור משמעותי של הרזולוציה הקיימת וכן שיפור של הקונטרסט והפחתה של כמות הקרינה הנדרשת.

מטרת הפרויקט:

מטרת העל שלנו לשנתיים הקרובות היא פיתוח אב-טיפוס שידגים בהצלחה את השיטה החדשה שלנו על בע"ח ובסופו של דבר על בני אדם, אבל אין וודאות שזה יקרה במהלך 2021.

מבחינת הסטודנטים, המטרה היא להריץ סימולציות מטלב שיאפשרו לתכנן את ייצור הדיפיוזר שמעניק לקרניים את התבנית המרחבית הכה חשובה למימוש הרעיון שלנו.

כיום אין עדין הבנה תיאורטית מה צריך להיות המבנה של הדיפיוזר וזה מה שסטודנטים יחקרו באופן נומרי.

תכולת הפרויקט:

כאמור, הסטודנטים יתמכו בביצוע הסימולציה והאופטימיזציה של ייצור הדיפיוזר. כלומר, יכתבו ויריצו קובץ מטלב שבוחן ומשפר את הרכיב החדש אותו אנו מכניסים למערכות הרנטגן הקיימות.

בדומה, ישנה גם תכולת עבודה בפרויקט קרוב שלנו שעושה שימוש בקרינה גמה.

הניסוי הראשון יבוצע בבר-אילן והניסוי השני יבוצע בממ"ג שורק.

במידת האפשר, הסטודנטים ישתלבו גם בניסויים - כיול של מערכת הניסוי, איסוף וניתוח נתונים.

קורסי קדם:

  • שדות אלקטרומגנטיים
  • מבוא לאופטיקה מודרנית ואלקטרואופטיקה

מקורות:

Y. Klein, A. Schori , I. P. Dolbnya, K. Sawhney and S. Shwartz "X-ray computational ghost imaging with single-pixel detector” , Optic Express 3284, Vol. 27, No. 3 (2019). 

304 Quantum mechanics of complex systems

מכניקה קוונטית של מערכות מורכבות

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

הרקע לפרויקט:

המעבר ממכניקה קוונטית למכניקה קלאסית עודנו מציב הרבה שאלות פתוחות. הקבוצה שלי פיתחה כלים כמותיים שמאפשרים להתמודד עם חלק מהשאלות הללו והמטרה כעת היא ללכת שלב נוסף לעבר העולם האמיתי ולהבין איזה תפקיד, אם בכלל, ממלאת תורת הקוונטים בהופעתן של תכונות מאקרוסקופיות. בפרט, נבחן את החשיבות של עקרונות מכניקת הקוונטים עבור מערכות ביולוגיות.

מטרת הפרויקט:

הסטודנטים בפרויקט ילמדו מודלים פשוטים שמטרתם לגשר בין העולם הקלאסי והקוונטי (באמצעות מטלות לקריאה ביקורתית) ויבחנו האם המודלים הללו מסוגלים לתאר, אפילו ברמת העיקרון, את התצפיות שלנו באשר למערכות פיזיקליות/ביולוגיות מורכבות כמו המוח.

תכולת הפרויקט:

זהו פרויקט עיוני שבו הסטודנטים יתבקשו לקרוא 3-4 מאמרי רקע (שניים מהם מופיעים מטה) ואז ליישם את ההבנה שלהם בהתייחס לדוגמאות ספציפיות אותן נגדיר ביחד. למשל, כמה זמן יכולות תכונות קוונטיות לשרוד כשעולים מהרמה האטומית לרמת הוירוס או התא הבודד שמצויים בטמפ' החדר והאם כאשר הן נעלמות משהו מהן בכל זאת נשאר (באופן זה, הובן למשל התפקיד של מכניקה קוונטית בפוטוסינתזה).

קורסי קדם:

  • מכניקה קוונטית שימושית
  • חישוב קוונטי - במקביל

דרישות נוספות:

  1. Carmi, Avishy, and Eliahu Cohen. "Relativistic independence bounds nonlocality." Science advances 5.4 (2019): eaav8370. 
  2. Aharonov, Y., Cohen, E., & Tollaksen, J. (2018). Completely top–down hierarchical structure in quantum mechanics. Proceedings of the National Academy of Sciences, 115(46), 11730-11735. 

305 Optical quantum simulations

סימולציות קוונטיות אופטיות

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

הרקע לפרויקט:

סימולציות קוונטיות מאפשרות לדמות מערכת קוונטית אחת באמצעות מערכת קוונטית אחרת שהיא פשוטה יותר ונשלטת בקלות. סימולציות קוונטיות ידועות ברב-גוניות שלהן ובמהירות העיבוד שהן מאפשרות. אנו משתמשים בשיטה שנקראת הילוכים מקריים קוונטיים כדי לממש סימולציות אלה.

מטרת הפרויקט:

שימוש בהילוכים מקריים קוונטיים בכדי לסמלץ מערכות פיזיקליות ספציפיות (למשל, צינורות פחמן ננומטריים) ותרגום המודל לניסוי מעבדה אופטי (בשיתוף עם אוניברסיטת אוטווה)

תכולת הפרויקט:

הסטודנטים ילמדו את הרקע בנושא הילוכים מקריים קוונטיים (קריאה של 2-3 מאמרים) ואז ינתחו ביחד עם המנחה ודוקטורנט נוסף מהקבוצה יישום אחד שלהם (או שניים) לעבר סימולציה קוונטית יעילה של מערכת פיזיקלית מעניינת, למשל, בתור מודל פשטני לעל-מוליך. המשימה תהיה אנליטית ותתבסס על חישובים מהסוג שמבצעים בקורס מכניקה קוונטית שימושית.

קורסי קדם:

  • מכניקה קוונטית שימושית
  • מבוא לאופטיקה מודרנית ואלקטרואופטיקה
  • חישוב קוונטי-במקביל

מקורות:

Our previous experiment: Nejadsattari, Farshad, Yingwen Zhang, Frédéric Bouchard, Hugo Larocque, Alicia Sit, Eliahu Cohen, Robert Fickler, and Ebrahim Karimi. "Experimental realization of wave-packet dynamics in cyclic quantum walks." Optica 6, no. 2 (2019): 174-180. 

306 Sensors for ionizing radiation based on optical fibers

חיישנים לקרינה מייננת על-בסיס סיבים אופטיים

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

הרקע לפרויקט:

The monitoring of ionizing radiation is central to the safe and proper operation of nuclear facilities, and becomes critical in case of failure. Optical fibers have been studied as platforms for radiation sensing for 45 years. The effects of radiation on transmission, refraction, scattering and luminescence in optical fibers form the basis for a multitude of dosimetry protocols. Several efforts have reached successful installation and testing in large-scale facilities. Yet the field continues to face significant challenges. Radiation doses and rates which are of interest vary over orders of magnitude, radiation-induced effects are extremely sensitive to doping profiles and fabrication processes, simultaneous assessment of multiple radiation parameters is difficult, and data analysis is prone to environmental cross-sensitivities.

Recently, the research group of Prof. Avi Zadok at the Faculty of Engineering, Bar-Ilan University proposed a new concept for ionizing radiation sensing, based on the opto-mechanics of the fiber. Light in the fiber core is used to both stimulate and probe guided acoustic modes of the entire fiber structure. The oscillations of these modes, in turn, depend on the elastic parameters of the cladding, coating, and surrounding media. The technique is applicable for the monitoring of radiation-induced changes in the mechanical properties of the cladding and/or coating. The proposed concept brings about several advantages: An additional set of material parameters is observed, on top of optical attributes, opening new possibilities for discrimination between radiation types.

Measurement takes place primarily in the cladding rather than the core, which is often free of dopants and where radiation effects are simpler to predict and control. Lastly, changes in the coating may be identified even when the silica fiber itself is unaffected.

מטרת הפרויקט:

The expected outcome of the project is experimental characterization of multiple optical fibers, before and after controlled exposure to ionizing radiation at the Soreq National Research Center in Yavne. (Note that the research students at Bar-Ilan are not exposed to radiation, and all fibers are cleared by Soreq personnel and no longer radiate when delivered back for testing at Bar-Ilan).

The measurement results would quantify the effects of radiation on optical and elastic properties of the fiber.

תכולת הפרויקט:

Analysis and numerical simulations of optical and acoustic modes in optical fibers. Analysis and simulations of opto-mechanical interactions between sound and light. The construction of a fiber-optic experimental setup, the collection and analysis of data, the preparation of a scientific report

קורסי קדם:

  • תקשורת אופטית 83-466 בסמסטר א' שנה ד'.
  • נושאים מתקדמים בתקשורת אופטית 83-649 בסמסטר ב' שנה ד'

מקורות:

  • רקע על העקרונות הפיזיקליים של הניסוי ועל שיטות המדידה ניתן למצוא במאמרים של קבוצת המחקר: http://avizadoklab.com/publications/
  • מאמר מס. 6 ברשימה של journal publications. חומרים נוספים שלא פורסמו ימסרו לפי דרישה

307 Silicon-photonic devices for data-center optical communication

רכיבי תקשורת אופטית עבור מסדי נתונים על-גבי סיליקון

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

הרקע לפרויקט:

Photonic integrated circuits are widely regarded as key enabling technology for sustaining the growth of data communication.

Silicon-on-insulator (SOI) is a favorable material platform for the realization of passive photonic devices, due to a broad transparency window, mature fabrication technology, comparatively tight confinement of light in high-contrast waveguides, and compatibility with electronic integrated circuits.

A common and significant task of silicon-photonic devices is wavelength-division multiplexing, de-multiplexing and filtering of communication channels.

Devices support information rates up to Tera-bit per second, much beyond the sampling and processing capabilities of digital electronics.

In recent years, the research group of Prof. Avi Zadok at the Faculty of Engineering, Bar-Ilan University, developed silicon-photonic devices for the multiplexing of ultra-dense communication channels.

The devices support eight communication channels with very high spectral efficiency

מטרת הפרויקט:

The objectives of the project are the design and testing of a silicon-photonic device for the multiplexing of 16 data communication channels.

The outcome is a report of the transfer function of the device, and a demonstration of actual data transmission

תכולת הפרויקט:

The analysis and modelling of optical waveguides on the silicon material platform.

The design of a multiplexer device.

The operation of an optical setup for the characterization and tuning of device response.

The writing of a concluding technical report

קורסי קדם:

  • תקשורת אופטית 83-466 בסמסטר א' שנה ד'.
  • נושאים מתקדמים בתקשורת אופטית 83648 בסמסטר ב' שנה ד'.
  • סיליקון פוטוניקס 83-912 (קורס תארים מתקדמים במקביל לסמסטר א' שנה ד', לא חובה, אבל מומלץ מאוד)

מקורות:

מאמרים של קבוצת המחקר, באתר הקבוצה:
http://avizadoklab.com/publications/
בפרט, מאמר מס. 3 ברשימה של journal papers

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

ב) הפעלת מגדל חדש מבוקר מחשב למשיכת סיבים בעלי ליבות שונות

שם המנחה: פרופ' משה סינואני, מר מאור תפארת
אחראי/ת אקדמי/ת: 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:

כיול תוכנת ההפעלה של מערכת המשיכה, ומשיכת סיב עם ליבת סיליקון.

תכולת הפרויקט:

  • לימוד רקע כללי על סיבים אופטיים ותהליכי ייצורם
  • לימוד התכונות התרמיות הן של הסיליקון והן של הזכוכית בתחום הטמפרטורות שבתהליך המבוצע בטמפרטורה של כ- 1600ºC
  • הכרת הפרמטרים הפיזיקליים הן של הסיליקה והן של הסיליקון.
  • הכרת תכונות לייזר CO2 בו נעשה חימום הגלם לסיב.
  • לימוד מאפייני המערכת, הבנת תהליך הבקרה של משיכת הסיב, וקביעת הפרמטרים הפרמטרים הפיזיקליים שיש להזין בתכנת ההפעלה.
  • לימוד התכונות של המצלמה התרמית המשמשת כחיישן טמפרטורה לבקרת התהליך.

קורסי קדם:

  • מבוא ללייזרים
  • גלאים אופטואלקטרוניים מבוססי מל"מ

דרישות נוספות:

  • תהלכי ייצור במיקרואלקטרוניקה

מקורות:

  1. Ran Aharoni, Liron Bidani, Moshe Sinvani and Zeev Zalevsky, "Initiatory concept of localized CO2 laser-based tapering rig for realization of in-fiber devices", Optical Engineering 51(7) (2012).
  2. U. C. Peak, "Laser Drawing of Optical Fibers", APPLIED OPTICS Vol. 13, No. 6 (1974).

309 Metasurfaces based optical filters

פילטרים ספקטרלים מבוססי מטה משטחים

שם המנחה: תומר לוי
אחראי/ת אקדמי/ת: דר' 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 הפרויקט:

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.

קורסי קדם:

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

מקורות:


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

310 Vital signs detection behind barrier using RF radiation with Cellular WiFi

חישת אותות חיים מאחורי קיר בתדרי RF בהפעלת Cellular Wifi ואלגוריתמיקת ספקל

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

הרקע לפרויקט:

באמצעות אלגוריתמיקת ספקל ניתן לחוש תנודות מיקרוסקופיות הן באמצעות מערכת אופטית והן באמצעות קרינת RF.

בפרויקט זה נמחיש זיהוי אותות חיים מעבר לקיר באמצעות מערכת מבוססת WiFi סלולרי.

מטרת הפרויקט:

לימוד אלגוריתמיקת ספקל, הבנה בגלים ושדות א"מ בקרינת RF, מימוש מערכת עם מספר מקלטים ומשדרים, פיתוח לאנדרואיד, פיתוח ממשק הפעלה - קוד תוכנה, בניית דאטה בייס לניתוח וזיהוי תדרי נשימה ודופק

תכולת הפרויקט:

  • הקמת סט אפ והכנות ציוד
  • פיתוח קוד הפעלת מקמ"ש סלולרי
  • פיתוח קוד לבניית דאטה-בייס
  • ביצוע ניסויים
  • עיבוד נתונים והצגת הוכחת התכנות
  • הרחבת הניסויים לתרחישים שונים
  • בחינת פיזור אנטנות קולטות במרחקים שונים
  • סיכום תוצאות ועריכת דו"ח

קורסי קדם:

  • אופטיקה
  • שדות א"מ
  • שפת C

דרישות נוספות:

  • כתיבת קוד לאנדרואיד

מקורות:

tbd

311 Optical speckle remote sensing for submarines communication

חישה אופטית מרחוק של תקשורת צוללות

שם המנחה: פרופ' זאב זלבסקי ומר נדב שברו
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' זאב זלבסקי

הרקע לפרויקט:

התקשורת עם צוללות היא תחום בתוך תקשורת צבאית המציג אתגרים טכניים ודורש טכנולוגיה מיוחדת. מכיוון שגלי רדיו לא עוברים טוב דרך מוליכים חשמליים טובים כמו מי מלח, צוללות מנותקות מתקשורת רדיו עם רשויות הפיקוד שלהן בתדרי רדיו רגילים. צוללות יכולות לעלות ולהעלות אנטנה מעל פני הים, ואז להשתמש בתמסרי רדיו רגילים, אולם הדבר גורם להם להיות חשופים לגילוי. לאחרונה התפתח הרעיון של שילוב אותות אקוסטיים ורדאר כדי לאפשר לצוללות שקועות לתקשר עם מטוסים. משדר מתחת למים משתמש ברמקול אקוסטי המופנה כלפי מעלה אל פני השטח. המשדר שולח אותות קול רב ערוציים, הנעים כגלי לחץ. כאשר גלים אלה פוגעים על פני השטח הם גורמים לתנודות קטנטנות.

מטרת הפרויקט:

בפרויקט הזה נחקור את השימוש בחישה מרחוק של תנודות שטח פני הים בעזרת חישה אופטית על מנת לתרגם אותות אקוסטיים שהצוללת משדרת מתחת פני הים.

תכולת הפרויקט:

לימוד שיטות אופטיות של חישה מרחוק, בניית מערכת ניסוי והרצת ניסויים, ניתוח סיגנל וסינון רעשים.

קורסי קדם:

  • מבוא לאופטיקה מודרנית
  • אותות ומערכות
  • MATLAB

מקורות:

  1. J. W. Goodman, Laser Speckle and Related Phenomena, Topics in Applied Physics, Springer (1975).
  2. 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, 21566–80 (2009).
  3. Tonolini, Francesco, and Fadel Adib. "Networking across boundaries: enabling wireless communication through the water-air interface." Proceedings of the 2018 Conference of the ACM Special Interest Group on Data Communication. 2018.‏

312 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 ומר נדב שברו
אחראי/ת אקדמי/ת: 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 בעזרת טכניקה חדשה

תכולת הפרויקט:

  • 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 ואפיונו.

קורסי קדם:

  • מבוא לאופטיקה מודרנית
  • מבוא לתקשורת אופטית

מקורות:

  1. Hanuka, Uriel, et al. "Optical waveguide on silicon made by zone melting method." Laser Applications in Microelectronic and Optoelectronic Manufacturing (LAMOM) XXV. Vol. 11267. International Society for Optics and Photonics, 2020.

313 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 ומר נדב שברו
אחראי/ת אקדמי/ת: 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 הפרויקט:

  • 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.

קורסי קדם:

  • אופטיקה
  • לייזרים
  • גלאים
  • מל"מ

מקורות:

Tiferet, Maor, Zeev Zalevsky, and Moshe Sinvani. "Sharper and dipper laser beam shaping for super-resolved imaging in silicon." Mathematics in Imaging. Optical Society of America, 2019.

314 Remote optical sensing of biomedical parameters by speckle patterns

חישה אופטית של פרמטרים ביו-רפואיים בעזרת ניתוח תבניות ספקל

שם המנחה: פרופ' זאב זלבסקי וגב' דורון דואדי
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' זאב זלבסקי

הרקע לפרויקט:

תבניות ספקל מתקבלות על ידי הארה בלייזר על משטח בעל תנודות מזעריות, כך שנוצרים כתמי אור המצולמים במצלמה מהירה. בעזרת שיטה זו ניתן להפריד ולעקוב אחר השינויים בתבנית האור המוחזר מהמשטח הנמדד ולנתח תנודות בנקודות מסוימות. ניתוח ספקטרלי של האזורים השונים מאפשר את מדידת תדירות הרטט מכל אזור והתאמתו לפרמטר הנמדד. עיבוד התמונות וניתוח הנתונים נעשה בעזרת תוכנת מטלב.

טכניקת ניתוח תבניות ספקל שימושית לקבלת פרמטרים ביו-רפואיים. במעבדה של פרופ' זלבסקי ניתן למדוד דופק, לחץ דם, ריווי חמצן בדם, קרישות בדם, רמת גלוקוז, לחות, זיהוי מלנומה ועוד.

מטרת הפרויקט:

שימוש בטכניקת ניטור אופטי של תנודות לצורך אבחון רפואי.

בפרויקט נלמד על טכניקת תבניות ספקל, נבנה מערכת אופטית מתאימה, נערוך ניסויים ומדידות על אנשים במצבים פיזיולוגיים שונים.

תכולת הפרויקט:

  • כתיבת סימולציה במטלב.
  • בניית מערכת אופטית הכוללת לייזר,עדשות,מצלמות ורכיבים אופטיים נוספים.
  • בדיקת המערכת בתנאי מעבדה.
  • ביצוע ניסויים- מדידות עם המערכת שבנינו על אנשים במצבים פיזיולוגיים שונים (בריאים/חולים).
  • עיבוד הנתונים שקיבלנו בעזרת מטלב.
  • ניתוח התוצאות והתאמתן לצורך אבחון רפואי.

קורסי קדם:

  • מבוא לאופטיקה מודרנית
  • אותות ומערכות
  • MATLAB

מקורות:

  1. J. W. Goodman, Laser Speckle and Related Phenomena, Topics in Applied Physics, Springer (1975).
  2. 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, 21566–80 (2009).

315 Life signs detection using mobile Wifi with speckle algorithm

חישת אותות חיים מאחורי קיר בתדרי RF בהפעלת Cellular Wifi ואלגוריתמיקת ספקל

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

הרקע לפרויקט:

היכולת לזהות תנודות קטנות באמצעות אינטרפרומטריה, ושיטות ספקל משולבות עיבוד אות הוכחה בתחום האופטי מזה שנים. לאחר הוכחת היכולת להפעילה בתדרי RF מוצע פרויקט למימוש כלי זיהוי מבוסס מכשיר סלולרי, באמצעות אנטנות שונות, WiFi, BT, NFC ואף cellular radiation, היינו תדרי GSM. בעזרת מימוש הטכנולוגיה במכשיר נגיש יתאפשר ביצוע מחקר נרחב בתחומים שונים בהמשך.

מטרת הפרויקט:

יכולת להשתמש במכשיר סלולרי נייד, כאנטנה המופעלת סימולטנית על מכשירים נוספים לצורך זיהוי תנודות ננו-מטריות מרחביות, ובפרט מאחורי קירות.

תכולת הפרויקט:

כתיבת קוד (C++) לאנדרואיד, ואף התערבות ב- Firmware, הבנת ארכיטקטורת אנדרואיד על מנת להשתלט על האנטנות שלו, התערבות במערכת ההפעלה, הן ע"י rooting או דרך ה-FW, על מנת לנטרל את שימוש האנטנות לצורך הזיהוי, עבודה מול גוגל קלאוד להפעלה סימולטנית עם time stamp, הקלטת ושידור טבלאות אמפליטודה ופאזה למחשב חיצוני, עיבוד נתונים, בניית ממשק ניתוח במטלב, מימוש אלגוריתמיקת ספקל, ביצוע ניסויים שונים, בתרחישים שונים, מיקום אנטנות שונה, בניית דאטה בייס נרחב, ובהמשך מימוש קוד אוטומטי להרצת זיהוי ב real-time.

קורסי קדם:

  • אלקטרואופטיקה
  • שפת תכנות
  • מערכות הפעלה
  • עיבוד אות

דרישות נוספות:

  • יתרון לידע באנדרואיד
  • תכנות במטלב

מקורות:

ינתנו בהמשך

316 Leaky Wave Antenna (LWA) in a Metamaterial Structure and their usage in plasmonic in-chip communication

תכנון של אנטנות של גלים זולגים למבנים ננו מטריים

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

הרקע לפרויקט:

Previous work demonstrated adjustment of various large scale antennas design for the field of plasmonics in general and specifically in order to establish plasmonic wireless communication in chips to replace interconnects. Here The purpose of the project is to develop a Composite Right-Left Hand (CRLH) LWA and to investigate its incorporation with light-plasmons conversion.

מטרת הפרויקט:

The purpose of the project is to develop a Composite Right-Left Hand (CRLH) LWA and to investigate its incorporation with light-plasmons conversion.

תכולת הפרויקט:

The project will consist of four stages:

  1. Understanding of the electromagnetic behavior of LWA’s and the physics metamaterials.
  2. Design a design computer model of the CRLH LWA using proper numerical tools such as CST or HFSS.
  3. Building a prototype.
  4. Measure the prototype and compare it to the simulated results.

קורסי קדם:

  • שדות אלקטרו מגנטיים

מקורות:

  1. M. Cohen, R. Shavit, and Z. Zalevsky, “Enabling High Efficiency Nanoplasmonics with Novel Nanoantenna Architectures,” Sci. Rep., Nature Publishing Group 5, Article number 17562 (2015).
  2. M. Cohen, Y. Abulafia, D. Lev, A. Lewis, R. Shavit and Z. Zalevsky, “Wireless Communication with Nanoplasmonic Data Carriers: Macroscale Propagation of Nanophotonic Plasmon Polaritons Probed by Near Field Nanoimaging,” Nano Lett. 17(9), 5181-5186 (2017).

פרויקטים נוספים מומלצים

227 Physical analysis of terahertz quantum cascade laser structures

אנליזה פיזיקאלית של מבני לייזרי קסקדה קוונטים לתחום הטרה הרץ

שם המנחה: דר' אסף אלבו
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:

  • נטייה לקורסים פיזיקאליים.

דרישות נוספות:

  • הכירות עם תוכנת מטלאב. כישורי מחשב וסימולציה.

מקורות:

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

228 Analysis of nitride-based terahertz quantum cascade lasers

חקר לייזרי קסקדה קוונטים מבוססי ניטרידים לתחום הטרה הרץ

שם המנחה: אסף אלבו
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:

  • נטייה לקורסים פיזיקאליים.

דרישות נוספות:

  • הכירות עם תוכנת מטלאב
  • כישורי מחשב וסימולציה.

מקורות:

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

235 Vertical MoS2 component characterization

אפיון רכיב MoS2 אנכי

שם המנחה: מר. יוסי בן נעים
אחראי/ת אקדמי/ת: פרופ' דורון נוה

הרקע לפרויקט:

הפרויקט הולך להתרכז ברכיב שפותח במעבדה של פרופ' דורון נוה, לחבר אותו בקופסת חיבורים ולהריץ מדידות IV בטמפרטורת החדר, לאפיון הרכיב ואז העברתו לרמאן על מנת להשוות את הממצאים והשפעת הלייזר במרחקים שונים ובעוצמות שונות על מנת לקבל את תגובתיות שלו לאור.

מטרת הפרויקט:

המטרה הסופית היא לקבל אפיון של רכיב בעל מבנה יחודי, אשר ישמש כפוטו-דיודה והשוואתו לרכיבים הקיימים כיום עד לכתיבת מאמר.

תכולת הפרויקט:

יש 2 צ'יפים אשר נעבוד עליהם. בשלב א' הסטודנט ישים את הצ'יפ בקופסת מדידה של טמפ' החדר.
בכל צ'יפ יש 44 רכיבים שעליהם הסטודנט יעשה מדידות I/V, ימצא את הפרמטרים הנכונים וכמובן יאתר חיבורים לא תקינים (קצרים/נתקים/לכלוכים) במטרה לקבל yield של 10%

בשלב ב'
הסטודנט ישים את הדוגמאות בלינקאם ויוסיף מתח ביאס. הוא יבנה מפה ברמאן למדידת נקודות שונות במרחקים שונים ובעוצמות הארה שונות של הלייזר לקבלת תגובתיות אור של הרכיבים.

מכאן זה איחוד הdata והסקת מסקנות.

קורסי קדם:

  • יסודות התקני מוליכים למחצה
  • התקני ננו-אלקטרוניקה
  • תהליכי ייצור במיקרו אלקטרוניקה
  • מעגלים משולבים ספרתיים.

דרישות נוספות:

מאמרים בתחום אשר תורמים להבנת מבנה הרכיבים.

מקורות:

  1. Stern, C., Grinvald, S., Kirshner, M. et al. Growth Mechanisms and Electronic Properties of Vertically Aligned MoS2Sci Rep 8, 16480 (2018). https://doi.org/10.1038/s41598-018-34222-z