Development of new whispering gallery module micro-resonators for applications of optical frequency standards and biosensors and their characterisation with femtosecong optical frequency comb (Q3056358)
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Project Q3056358 in Latvia
| Language | Label | Description | Also known as |
|---|---|---|---|
| English | Development of new whispering gallery module micro-resonators for applications of optical frequency standards and biosensors and their characterisation with femtosecong optical frequency comb |
Project Q3056358 in Latvia |
Statements
540,083.72 Euro
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635,392.62 Euro
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85.0 percent
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1 March 2017
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29 February 2020
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LATVIJAS UNIVERSITĀTE
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56°55'36.37"N, 24°5'34.84"E
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1.1.1.Projekta kopsavilkuma īss aprakstsČukstošās galerijas modas (ČGM) rezonatori tiek veidoti no apaļas formas optiski caurspīdīga materiāla un uztur tās iekšienē ielaistu un cirkulējošu gaismas vilni, izmantojot pilnās iekšējās atstarošanās efektu. ČGM priekšrocība ir, ka tie der plašam starojuma krāsu diapazonam, tie ir kompakti, viegli un lētāki par klasiskajiem divu spoguļu optiskajiem rezonatoriem. Stabilizējot lāzera emisiju uz rezonatora, būtiski sašaurinās lāzera spektrālais platums, kas ir svarīgi, veidojot optiskos atomu pulksteņus, kā arī noder plašāk spektroskopijā un interferometrijā. Dr. Jāņa Alņa vadībā dotā projekta ietvaros Latvijā tiks ieviestas ČGM rezonatoru izgatavošanas tehnoloģijas un pētniecības virziens, balstoties uz iepriekšēju pieredzi Vācijā. Tiks izveidots tehnoloģisks risinājums - tehnoloģijas prototips, kurā ČGM rezonators tiek kombinēts ar piesātinājuma spektroskopiju rubīdija atomos, lai kompensētu termisko dreifu un uzlabotu ilglaicīgo stabilitāti. Mērījumiem tiks izmantota laboratorijā pieejamā moderna femtosekunžu optiskā frekvenču ķemme. Dr. Romans Viters, ar lielu pieredzi biosensoru izstrādē, vadīs projekta daļu, kur ČGM rezonatori tiks testēti kā potenciālie biosensori. Šai sakārā uz ČGM virsmas tiks uzklātas plānas metālu oksīdu nanostruktūras (ZnO, TiO2), nanodaļiņas (Au) vai polimēri (PANI, Ppy), kas nodrošinās biomolekulu imobilizāciju. Gaismas izplatīšanos rezonatoros un iegūtos optiskos signālus modelēs ar COMSOL programmu un blīvuma matricu formālismu. Atslēgas vārdi: čukstošas galerijas modas rezonators, lāzers, mikrorezonators, optiskais frekvences standarts, precīzijas atomu spektroskopija, stabilizēšanas elektronika, biosensors, femtosekunžu optiskā frekvenču ķemme. 1.1.2. Projekta kopsavilkuma pilns aprakstsProjekta mērķis (īsā versija): iegūt jaunas zināšanas Čukstošās Galerijas Modu (ČGM) rezonatoru izstrādē, stabilizēšanā un modelēšānā, un rezonatoru izmantošanā biomolekulu detektēšanai. Projektā paredzētā pētniecības kategorija: rūpniecisks pētījums.Zinātnes nozare, kurai atbilst pētījuma projekts (izmantojot OECD zinātņu nozaru FOS (Revised Field of Science and Technology) klasifikāciju atbilstoši Frascati rokasgrāmatai): 1.3. Fizikas zinātne; 1.6. Bioloģijas zinātne; 2.5. Materiālu inženierija. Tādējādi projekts ir starpdisciplinārs.Projekts ir AR SAIMNIECISKU DARBĪBU NESAISTĪTS projekts. Projektā paredzētas sekojošas galvenās darbības: 1) ČGM rezonantoru izgatavošana (no stikla, kvarca, CaF2, MgF2; izgatavošana ar litogrāfijas palīdzību) un skaitliskā modelēšana (ar programmatūrām COMSOL, Mathematica, C++/Python);2) ČGM rezonatoru testēšanas stenda izveide, rezonatoru testēšana un stabilizēšana ar Rb atomu piesātinājuma spektroskopijas līnijām un iegūtās optiskā standarta frekvences stabilitātes mērījumi, izmantojot femtosekunžu optisko frekvenču ķemmes lāzeri. 3) ČGM rezonatoru izmantošana biomolekulu detektēšanai;4) Projekta publicitāte un zinātības pārvaldība. Projekta galvenie plānotie rezultāti ir:1) 4 publikācijas par ČGM rezonatoru izveidošanu, stabilizēšanu, modelēšanu, kā arī to izmantošanu biomolekulu detektēšanai;2) 3 tehnoloģijas tiesības - zinātība (a) par ČGM rezonatoru izveidošanu un modelēšanu; (b) par ČGM rezonatoru stabilizēšana ar Rb piesātinājuma spektroskopiju; (c) par ČGM rezonatoru izmantošanu biomolekulu detektēšanai;3) 1 licences līgums par 3 tehnoloģiju tiesību - zinātības izmantošanu;4) 3 prototipi: (a) ČGM rezonators ar vislabāko sniegumu; (b) tehnoloģijas prototips, kur ČGM rezonators ir stabilizēts ar Rb piesātinājuma spektroskopiju; (c) ČGM rezonators ar speciālu pārklājumu, kas rada to jūtīgu pret noteiktām biomolekulām. Projektu plānots realizēt 36 mēnešu laikā (01.03.2017 - 29.02.2020). Projekta kopējās attiecināmās izmaksas sastāda 648 202,61 EUR, to skaitā ERAF finansējums (85%) - 550 972,22 EUR. (Latvian)
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1.1.1. Brief description of the summary of the projectThe resonators of the rolling gallery Moda (ČGM) are created from a round shape optically transparent material and maintain a wave of light entering and circulating within it, using the full internal reflection effect. The advantage of ČGM is that they are suitable for a wide range of radiation colours, they are compact, easy and cheaper than the classic two-mirror optical resonators. Stabilising laser emissions to the resonator will significantly narrow the spectral width of the laser, which is important for the creation of optical atomic clocks, as well as for wider spectroscopy and interferometry. Within the framework of the project presented by Dr. Jānis Alnis, Latvia will introduce ČGM resonator production technology and research direction based on previous experience in Germany. A technological solution will be developed – a technology prototype in which the ČGM resonator is combined with saturation spectroscopy in ruby atoms to compensate for thermal drift and improve long-term stability. The modern femtosecong optical frequency comb available in the laboratory will be used. Dr. Romans Viters, with great experience in biosensors development, will lead the part of the project where ČGM resonators will be tested as potential biosensors. Thin metal oxide nanostructures (ZnO, TiO2), nanoparticles (Au) or polymers (PANI, Ppy) will be applied in this connection to the surface of ČGM, which will ensure the immobilisation of biomolecules. The light distribution in resonators and the resulting optical signals will be modelled with COMSOL program and the formatism of the density matrix. Keywords: Whispering galleries Moda resonator, laser, microresonator, optical frequency standard, precision atomic spectroscopy, stabilisation electronics, biosensor, femtosecong optical frequency comb. 1.1.2. Full description of the project summaryThe purpose of the project (short version): Gain new knowledge in the development, stabilisation and modelling of whispering Gallery Mods (ČGM) resonators and the use of resonators for biomolecules detection. Category of research envisaged by the project: Industrial research.Science sector covered by the research project (using the OECD FOS (Revised Field of Science and Technology) classification according to the Frascati Manual): 1.3. The science of physics; 1.6. Biological science; 2.5. Material engineering. The project is therefore an interdisciplinary project.The project is a non-economic project. The project includes the following key actions: 1) Production of ČGM resonators (from glass, quartz, CaF2, MgF2; Lithography) and numerical modelling (with software COMSOL, Mathematica, C++/Python);2) Creation of ČGM resonators test bench, testing and stabilisation of resonators with Rb atom saturation spectroscopy lines and measurement of the resulting optical standard frequency stability using femtosextract optical frequency comb lasers. 3) Use of ČGM resonators for biomolecules detection; 4) Project publicity and know-how management. The main planned results of the project are:1) 4 publications on ČGM resonators creation, stabilisation, modelling, as well as their use for biomolecular detection;2) 3 technology rights – know-how (a) on creation and modelling of ČGM resonators; (b) stabilisation of ghGM resonators by Rb saturation spectroscopy; (c) on the use of ČGM resonators for biomolecules detection;3) 1 licence agreement for the use of 3 technology rights – know-how; 4) 3 prototypes: (a) Best performance ČGM resonator; (b) a prototype technology where the ČGM resonator has been stabilised by a Rb saturation spectroscopy; (c) ČGM resonator with a special coating that creates its sensitivity to certain biomolecules. The project is planned to be implemented within 36 months (01.03.2017-29.02.2020). The total eligible costs of the project are EUR 648202,61, including ERDF funding (85 %) – EUR 550972,22. (English)
15 July 2021
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Les résonateurs de la galerie chic Moda (ČGM) sont faits d’un matériau optiquement transparent de forme ronde et maintiennent une onde lumineuse circulante et circulante à l’intérieur de celle-ci en utilisant l’effet de réflexion interne complet. L’avantage de ČGM est qu’ils s’adaptent à une large gamme de couleurs de rayonnement, ils sont compacts, faciles et moins chers que les deux résonateurs optiques miroirs classiques. En stabilisant les émissions laser sur le résonateur, la largeur spectrale du laser est considérablement réduite, ce qui est important pour la création d’horloges atomiques optiques, ainsi que pour la spectroscopie et l’interférométrie plus larges. Dans le cadre du projet dirigé par M. Janis Alnis, les technologies de fabrication de résonateurs CGM et la direction de la recherche seront mises en œuvre en Lettonie sur la base de l’expérience antérieure en Allemagne. Une solution technologique sera créée — un prototype technologique dans lequel le résonateur ČGM est combiné avec la spectroscopie de saturation dans les atomes de rubidium pour compenser la vidange thermique et améliorer la stabilité à long terme. Pour les mesures, un peigne de fréquence optique ultramoderne de femtosecondes disponible en laboratoire sera utilisé. Le Dr Romans Viters, avec une grande expérience dans le développement des biocapteurs, dirigera la partie du projet où les résonateurs ČGM seront testés en tant que biocapteurs potentiels. Des nanostructures minces d’oxyde métallique (ZnO, TiO2), des nanoparticules (Au) ou des polymères (PANI, ppy) seront appliquées à cette surface racinaire de ČGM, qui assurera l’immobilisation des biomolécules. La répartition de la lumière dans les résonateurs et les signaux optiques qui en résultent seront modélisés avec le programme COMSOL et le formalisme de la matrice de densité. Mots-clés: galeries murmures Résonateur Moda, laser, microrésonateur, étalon de fréquence optique, spectroscopie atomique de précision, électronique stabilisatrice, bioSensor, peigne de fréquence optique femtoseconde. 1.1.2. Description complète du résumé du projetObjectif du projet (version abrégée): acquérir de nouvelles connaissances sur le développement, la stabilisation et la modélisation de résonateurs à la Galerie Modu (ČGM) et l’utilisation de résonateurs pour détecter les biomolécules. Catégorie de recherche envisagée par le projet: recherche industrielle.secteur scientifique auquel le projet de recherche correspond (en utilisant la classification du domaine scientifique et technologique révisé de l’OCDE selon le Manuel de Frascati): 1.3. Sciences de la physique; 1.6. Sciences de la biologie; 2.5. Ingénierie des matériaux. Ainsi, le projet est un projet interdisciplinaire.Le projet est un projet non économique. Le projet prévoit les principales activités suivantes: 1) Fabrication de résonateurs CGM (verre, quartz, CaF2, MgF2; production par lithographie) et modélisation numérique (avec le logiciel COMSOL, Mathematica, C++/Python); 2) Création d’un banc d’essai pour les résonateurs ČGM, tester et stabiliser les résonateurs avec des lignes de spectroscopie de saturation atomique Rb et mesurer la stabilité de la fréquence optique standard obtenue à l’aide du laser à peignes à fréquence optique femtoseconde. 3) Utilisation de résonateurs CGM pour détecter les biomolécules; 4) Publicité du projet et gestion du savoir-faire. Les principaux résultats prévus du projet sont les suivants: 1) 4 publications sur la création, la stabilisation, la modélisation des résonateurs ČGM, ainsi que leur utilisation pour la détection des biomolécules; 2) 3 droits technologiques — savoir-faire (a) sur la création et la modélisation des résonateurs ČGM; stabilisation du résonateur ČGM par spectroscopie de saturation Rb; (C) sur l’utilisation de résonateurs ČGM pour la détection de biomolécules; 3) 1 accord de licence pour l’utilisation de 3 droits technologiques — savoir-faire; 4) 3 prototypes: a)Résonateur CGM avec la meilleure performance; (B) un prototype technologique dans lequel le résonateur ČGM est stabilisé par spectroscopie de saturation Rb; (C) Résonateur CGM avec un revêtement spécial qui le rend sensible à certaines biomolécules. Le projet devrait être mis en œuvre dans un délai de 36 mois (01.03.2017-29.02.2020). Le total des coûts éligibles du projet s’élève à 648 202,61 EUR, y compris le financement du FEDER (85 %) — 550 972,22 EUR. (French)
25 November 2021
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1.1.1.Kurzbeschreibung der ProjektzusammenfassungResonatoren der schicken Galerie Moda (ČGM) sind aus einem runden, optisch transparenten Material gefertigt und erhalten eine zirkulierende und zirkulierende Lichtwelle im Inneren mit dem vollen inneren Reflexionseffekt. Der Vorteil von ČGM ist, dass sie eine breite Palette von Strahlungsfarben passen, sie sind kompakt, einfach und billiger als die klassischen zwei Spiegel optischen Resonatoren. Durch die Stabilisierung der Laseremissionen am Resonator wird die Spektralbreite des Lasers deutlich verengt, was für die Erstellung optischer Atomuhren sowie für die breitere Spektroskopie und Interferometrie wichtig ist. Im Rahmen des von Dr. Janis Alnis geleiteten Projekts wird CGM Resonator Fertigungstechnologien und Forschungsleitung in Lettland auf Basis früherer Erfahrungen in Deutschland umgesetzt. Es entsteht eine technologische Lösung – ein Technologie-Prototyp, bei dem der ČGM-Resonator mit Sättigungsspektroskopie in Rubidiumatomen kombiniert wird, um die thermische Ableitung zu kompensieren und die langfristige Stabilität zu verbessern. Für Messungen wird ein hochmoderner optischer Frequenzkamm von Femtosekunden im Labor verwendet. Dr. Romans Viters, mit großer Erfahrung in der Entwicklung von Biosensoren, wird den Projektteil leiten, in dem ČGM-Resonatoren als potenzielle Biosensoren getestet werden. Auf diese Wurzeloberfläche von ČGM werden dünne Metalloxid-Nanostrukturen (ZnO, TiO2), Nanopartikel (Au) oder Polymere (PANI, ppy) angewendet, die die Immobilisierung von Biomolekülen gewährleisten. Die Lichtverteilung in Resonatoren und die daraus resultierenden optischen Signale werden mit COMSOL-Programm und dem Formalismus der Dichtematrix modelliert. Schlagwörter: Flüstern Galerien Moda-Resonator, Laser, Mikroresonator, optischer Frequenzstandard, präzise Atomspektroskopie, stabilisierende Elektronik, BioSensor, optische Femtosekunden-Frequenzkamm. 1.1.2. Vollständige Beschreibung der ProjektzusammenfassungProjektziel (kurze Fassung): gewinnen Sie neues Wissen in der Entwicklung, Stabilisierung und Modellierung von Resonatoren in der Flüstergalerie Modu (ČGM) und beim Einsatz von Resonatoren zum Nachweis von Biomolekülen. Im Rahmen des Projekts vorgesehene Forschungskategorie: Industrieforschung.Wissenschaftssektor, dem das Forschungsprojekt entspricht (unter Verwendung der OECD Revised Field of Science and Technology Klassifizierung nach dem Frascati-Handbuch): 1.3. Physikwissenschaft; 1.6. Biologiewissenschaft; 2.5. Materialtechnik. Das Projekt ist somit ein interdisziplinäres Projekt. Das Projekt ist ein nichtwirtschaftliches Projekt. Das Projekt sieht folgende Haupttätigkeiten vor: 1) CGM Resonator Herstellung (Glas, Quarz, CaF2, MgF2; Produktion durch Lithographie) und numerische Modellierung (mit Software COMSOL, Mathematica, C++/Python);2) Erstellung eines Prüfstands für ČGM-Resonatoren, Erprobung und Stabilisierung von Resonatoren mit Rb-Atomsättigungsspektroskopielinien und Messung der Stabilität der erhaltenen optischen Standardfrequenz mittels Femtosekunden optischer Frequenzkämmlaser. 3) Verwendung von CGM-Resonatoren zum Nachweis von Biomolekülen;4) Projektpublikation und Know-how-Management. Die wichtigsten geplanten Ergebnisse des Projekts sind:1) 4 Veröffentlichungen über die Schaffung, Stabilisierung, Modellierung von ČGM-Resonatoren sowie deren Verwendung zum Nachweis von Biomolekülen;2) 3 Technologierechte – Know-how (a) über die Schaffung und Modellierung von ČGM-Resonatoren; Stabilisierung des ČGM-Resonators mit Rb-Sättigungsspektroskopie; C) über die Verwendung von ČGM-Resonatoren zum Nachweis von Biomolekülen; 3) 1 Lizenzvertrag für die Nutzung von 3 Technologierechten – Know-how;4) 3 Prototypen: (a)CGM-Resonator mit bester Leistung; B) einen Technologieprototyp, bei dem der ČGM-Resonator durch Rb-Sättigungsspektroskopie stabilisiert wird; C) CGM-Resonator mit einer speziellen Beschichtung, die es empfindlich auf bestimmte Biomoleküle macht. Das Projekt soll innerhalb von 36 Monaten durchgeführt werden (01.03.2017-29.02.2020). Die förderfähigen Gesamtkosten des Projekts belaufen sich auf 648 202,61 EUR, einschließlich EFRE-Mitteln (85 %) – 550 972,22 EUR. (German)
28 November 2021
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Jelgavas iela 3, Rīga, LV-1004
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Identifiers
1.1.1.1/16/A/259
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