Seminarium Fotoniki
2010/2011 | 2011/2012 | 2012/2013 | 2013/2014 | 2014/2015 | 2015/2016 | 2016/2017 | 2017/2018 | 2018/2019 | 2019/2020 | 2020/2021 | 2021/2022 | 2022/2023 | 2023/2024 | 2024/2025 | 2025/2026 | Strona własna seminarium
2025-12-04 (Czwartek)
Zapraszamy do sali B4.58, ul. Pasteura 5 o godzinie 12:15 
Helen Chrzanowski (Humboldt-Universität zu Berlin)Sensing with Undetected Photons in the Mid-Infrared
Sensing with mid-infrared (MIR) light holds the promise for new perspectives on problems of scientific and industrial relevance. By harnessing the highly-specific vibrational ‘fingerprints’ of molecules as a contrast mechanism, MIR light offers pathways to label-free microscopy or high resolution gas analysis, while the reduced scattering extends the reach of technologies like optical coherence tomography (OCT) to new applications [1]. The principle limitation, however, remains one of detection, with mid-IR detection being prohibitively expensive, technically demanding and suffering from poor sensitivity, high noise and low resolution. Additionally, MIR light sources are typically complex and costly, further hindering the development of these technologies. In this talk, I will provide a comprehensive overview of our research on ‘sensing with undetected photons’, which is aimed at overcoming these limitations. Our approach leverages quantum nonlinear interferometry to decouple the probe and detection wavelengths, allowing samples to be probed with MIR light while benefiting from the comparative maturity of silicon-based detection technology. We demonstrate the application of this method to a variety of sensing tasks in the MIR, including the spectroscopy of plastics and gases [2], OCT of highly scattering layered structures[3] and hyper spectral imaging and microscopy of biological specimens[4]. These advancements suggest a promising future for the deployment of sensing with undetected photons in practical settings, potentially transforming the landscape of MIR sensing technology.
1 Baker, M. J., et al. Nature Protocols, 9, 1771-1791 (2014)
2 Kaufmann et al. Opt. Express 30, 5926-5936 (2022)
3 Vanselow, A. et al. Optica, 7(12), 1729–1736. (2020)
4 Kviatkovsky, et al. Sci. Adv. 6, no. 42, eabd0264 (2020)
1 Baker, M. J., et al. Nature Protocols, 9, 1771-1791 (2014)
2 Kaufmann et al. Opt. Express 30, 5926-5936 (2022)
3 Vanselow, A. et al. Optica, 7(12), 1729–1736. (2020)
4 Kviatkovsky, et al. Sci. Adv. 6, no. 42, eabd0264 (2020)
2025-11-27 (Czwartek)
Zapraszamy do sali B4.58, ul. Pasteura 5 o godzinie 12:15
mgr Magdalena Furman (Zakład Fizyki Ciała Stałego, Instytut Fizyki Doświadczalnej, WF UW)Observation of new types of optical bistabilities in semiconductor microcavities and use of polymer microlenses for reciprocal space imaging
This seminar will focus on nonlinear optical phenomena in semiconductor optical microcavities and on a novel approach to back focal plane imaging.
In the first part, I will discuss optical bistability observed in CdTe-based microcavities. I will describe the preparation of transmissive optical microcavities using a water-assisted detachment technique, as well as the results of nonlinear transmission measurements performed with a tunable laser source. Two distinct types of hysteresis loops were observed experimentally, including a previously unreported form with an unusual direction and shape. A corresponding theoretical model will be presented that fully reproduces these features and confirms their physical origin.
The second part will be devoted to the fabrication and application of ellipsoidal polymer microlenses, which serve as high-numerical-aperture microscopic objectives printed directly onto the surface of photonic structures. I will outline the numerical design process based on ray-tracing simulations and the 3D microprinting fabrication technique. Experimental optical measurements will demonstrate that these microlenses enable momentum-resolved imaging over extended wavevector ranges that are otherwise difficult to access, particularly under cryogenic conditions. Finally, I will show that integrating such microlenses allows for simultaneous acquisition of multiple spatially resolved momentum-space images of exciton-polaritons (so-called multiplexed back focal plane imaging), while also reducing the excitation pulse energy required to reach the polariton condensation threshold.
In the first part, I will discuss optical bistability observed in CdTe-based microcavities. I will describe the preparation of transmissive optical microcavities using a water-assisted detachment technique, as well as the results of nonlinear transmission measurements performed with a tunable laser source. Two distinct types of hysteresis loops were observed experimentally, including a previously unreported form with an unusual direction and shape. A corresponding theoretical model will be presented that fully reproduces these features and confirms their physical origin.
The second part will be devoted to the fabrication and application of ellipsoidal polymer microlenses, which serve as high-numerical-aperture microscopic objectives printed directly onto the surface of photonic structures. I will outline the numerical design process based on ray-tracing simulations and the 3D microprinting fabrication technique. Experimental optical measurements will demonstrate that these microlenses enable momentum-resolved imaging over extended wavevector ranges that are otherwise difficult to access, particularly under cryogenic conditions. Finally, I will show that integrating such microlenses allows for simultaneous acquisition of multiple spatially resolved momentum-space images of exciton-polaritons (so-called multiplexed back focal plane imaging), while also reducing the excitation pulse energy required to reach the polariton condensation threshold.
2025-11-20 (Czwartek)
Zapraszamy do sali B4.58, ul. Pasteura 5 o godzinie 12:15
dr inż. Paweł Karpiński (Wydział Chemiczny, Politechnika Wrocławska)Manipulacja optyczna mikro- i nano- cząstkami w szczypcach optycznych
Szczepce optyczne zostały zapoczątkowane prze A. Ashkin’a w latach 70- i 80-tych1,2 i szybko zdobyły popularność w badaniach reologicznych i biologicznych.3 Pozwalają one na unieruchomienie mikro- i nano-cząstek przy użyciu silnie skupionej wiązki światła lasera. Siły działające na taką cząstkę są rzędu picoNewtonów i pozwalają mierzyć siły tego samego rzędu z dużą dokładnością. Cząsteczka złapana szczypcami optycznymi nie jest jednak zupełnie nieruchoma, wykonuje ona ciągłe ruchy Browna ograniczone potencjałem pułapki optycznej. Jeśli dodatkowo zastosujemy wiązkę o odpowiedniej polaryzacji lub wiązkę wektorową to możemy wzbudzić dodatkowy ruch takiej cząsteczki wewnątrz pułapki. Stosując światła kołowo spolaryzowane, które ma spinowy moment pędu możemy uzyskać kręcenie się cząstki wokół własnej osi – rotację. Przy zastosowaniu wiązki wektorowej posiadającej orbitalny moment pędu, możemy obserwować krążenie cząstki po orbicie wiązki – rewolucję. Przekaz momentu pędu odbywa się przez absorbcję i rozpłaszczanie świtała i może być bardzo efektywny.
Tutaj pokażemy, że dla niewielkich cząstek silnie oddziałujących ze światłem np. rezonansowych nanocząstkę złota i krzemu4–6 częstość rotacji może sięgać kilku kHz, a rewolucji kilkuset Hz w wodzie. To czyni takie cząstki najszybciej kręcącymi się obiektami w wodzie wytworzonymi przez człowieka.
Silne oddziaływanie ze światłem niesie też swoje konsekwencję w postaci znaczącej absorbcji światła i grzania się takich obiektów. Wzrost temperatury zmienia ich ruchy Browna i lepkość cieczy je otaczającej, a ponieważ to te cząsteczki są źródłem ciepła układ ten jest stanie termodynamicznie nierównowagowym. Ruch takich obiektów opisany jest teorią gorących ruchów Browna.7,8 Tutaj zaprezentujemy eksperymentalną weryfikacje tej teorii. 4,6 Pomiar temperatury w mikro- i nano-skali nie jest trywialnym. Pokażemy, że indukowany ruch (rotacje i rewolucję) można wykorzystać o pomiaru temperatury w otoczeniu pułapkowanej cząstki. Dodatkowo wykorzystując termometrię oparta na pomiarach spektroskopowych można zmierzyć temperaturę samej cząstki.
Na koniec pokażemy, że używając kryształów domieszkowanych jonami ziem rzadkich można nie tylko grzać pułapkowane cząstki, ale również je chłodzi wykorzystując anty-Stokesowską luminescencję.9,10 Takie połączenie możliwości indukowania szybkiego ruchu cząstek wewnątrz szczypiec optycznych i ich jednoczesnego grzaniu i/lub chłodzenia stanowi świetną platformę umożliwiająca bardzo rozbudowane pomiary mikroreologiczne w funkcji temperatury. Umożliwia również obserwację zjawisk takich jak termoforeza i termoosmoza wokół optycznie podgrzewanych i chłodzonych cząstek.
Podziękowania i źródła finansowania
Chcielibyśmy podziękować Narodowemu Centrum Nauki za wsparcie finansowe w ramach projektów SONATA 2019/35/D/ST3/02272 i OPUS LAP 2020/39/I/ST3/01827.
Literatura
Ashkin, A. Acceleration and Trapping of Particles by Radiation Pressure. Phys Rev Lett 24, 156–159 (1970).
Ashkin, A., Dziedzic, J. M., Bjorkholm, J. E. & Chu, S. Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles. Opt. Lett. 11, 288–290 (1986).
Maragò, O. M., Jones, P. H., Gucciardi, P. G., Volpe, G. & Ferrari, A. C. Optical trapping and manipulation of nanostructures. Nat Nanotechnol 8, 807–819 (2013).
Karpinski, P. Rotation and Revolution of Optically Trapped Gold Nanorods Induced by the Spin and Orbital Angular Momentum of a Laguerre–Gaussian Vortex Beam. Adv Opt Mater 10, 2101592 (2022).
Karpinski, P., Jones, S., Andrén, D. & Käll, M. Counter-Propagating Optical Trapping of Resonant Nanoparticles Using a Uniaxial Crystal. Laser Photon Rev 12, 1800139 (2018).
Karpinski, P., Jones, S., Šípová, H., Verre, R. & Käll, M. Optical Rotation and Thermometry of Laser Tweezed Silicon Nanorods. Nano Lett 20, (2020).
Kroy, K. & Cichos, F. Hot brownian motion. in Diffusive Spreading in Nature, Technology and Society 127–145 (Springer International Publishing, 2017). doi:10.1007/978-3-319-67798-9_8.
Rings, D., Chakraborty, D. & Kroy, K. Rotational hot Brownian motion. New J Phys 14, (2012).
Pringsheim, P. Zwei Bemerkungen über den Unterschied von Lumineszenz- und Temperaturstrahlung. Zeitschrift für Physik 57, 739–746 (1929).
Sheik-Bahae, M. & Epstein, R. I. Laser cooling of solids. Laser Photon Rev 3, 67–84 (2009).
Tutaj pokażemy, że dla niewielkich cząstek silnie oddziałujących ze światłem np. rezonansowych nanocząstkę złota i krzemu4–6 częstość rotacji może sięgać kilku kHz, a rewolucji kilkuset Hz w wodzie. To czyni takie cząstki najszybciej kręcącymi się obiektami w wodzie wytworzonymi przez człowieka.
Silne oddziaływanie ze światłem niesie też swoje konsekwencję w postaci znaczącej absorbcji światła i grzania się takich obiektów. Wzrost temperatury zmienia ich ruchy Browna i lepkość cieczy je otaczającej, a ponieważ to te cząsteczki są źródłem ciepła układ ten jest stanie termodynamicznie nierównowagowym. Ruch takich obiektów opisany jest teorią gorących ruchów Browna.7,8 Tutaj zaprezentujemy eksperymentalną weryfikacje tej teorii. 4,6 Pomiar temperatury w mikro- i nano-skali nie jest trywialnym. Pokażemy, że indukowany ruch (rotacje i rewolucję) można wykorzystać o pomiaru temperatury w otoczeniu pułapkowanej cząstki. Dodatkowo wykorzystując termometrię oparta na pomiarach spektroskopowych można zmierzyć temperaturę samej cząstki.
Na koniec pokażemy, że używając kryształów domieszkowanych jonami ziem rzadkich można nie tylko grzać pułapkowane cząstki, ale również je chłodzi wykorzystując anty-Stokesowską luminescencję.9,10 Takie połączenie możliwości indukowania szybkiego ruchu cząstek wewnątrz szczypiec optycznych i ich jednoczesnego grzaniu i/lub chłodzenia stanowi świetną platformę umożliwiająca bardzo rozbudowane pomiary mikroreologiczne w funkcji temperatury. Umożliwia również obserwację zjawisk takich jak termoforeza i termoosmoza wokół optycznie podgrzewanych i chłodzonych cząstek.
Podziękowania i źródła finansowania
Chcielibyśmy podziękować Narodowemu Centrum Nauki za wsparcie finansowe w ramach projektów SONATA 2019/35/D/ST3/02272 i OPUS LAP 2020/39/I/ST3/01827.
Literatura
Ashkin, A. Acceleration and Trapping of Particles by Radiation Pressure. Phys Rev Lett 24, 156–159 (1970).
Ashkin, A., Dziedzic, J. M., Bjorkholm, J. E. & Chu, S. Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles. Opt. Lett. 11, 288–290 (1986).
Maragò, O. M., Jones, P. H., Gucciardi, P. G., Volpe, G. & Ferrari, A. C. Optical trapping and manipulation of nanostructures. Nat Nanotechnol 8, 807–819 (2013).
Karpinski, P. Rotation and Revolution of Optically Trapped Gold Nanorods Induced by the Spin and Orbital Angular Momentum of a Laguerre–Gaussian Vortex Beam. Adv Opt Mater 10, 2101592 (2022).
Karpinski, P., Jones, S., Andrén, D. & Käll, M. Counter-Propagating Optical Trapping of Resonant Nanoparticles Using a Uniaxial Crystal. Laser Photon Rev 12, 1800139 (2018).
Karpinski, P., Jones, S., Šípová, H., Verre, R. & Käll, M. Optical Rotation and Thermometry of Laser Tweezed Silicon Nanorods. Nano Lett 20, (2020).
Kroy, K. & Cichos, F. Hot brownian motion. in Diffusive Spreading in Nature, Technology and Society 127–145 (Springer International Publishing, 2017). doi:10.1007/978-3-319-67798-9_8.
Rings, D., Chakraborty, D. & Kroy, K. Rotational hot Brownian motion. New J Phys 14, (2012).
Pringsheim, P. Zwei Bemerkungen über den Unterschied von Lumineszenz- und Temperaturstrahlung. Zeitschrift für Physik 57, 739–746 (1929).
Sheik-Bahae, M. & Epstein, R. I. Laser cooling of solids. Laser Photon Rev 3, 67–84 (2009).
2025-11-06 (Czwartek)
Zapraszamy do sali B4.58, ul. Pasteura 5 o godzinie 12:15
mgr Aleksa Denčevski (Laboratory for Biophysics, Institute of Physics Belgrade, Serbia)Development and application of a two-dimensional superresolution microscope
Structured illumination microscopy (SIM) is an advanced optical microscopy technique that can improve the resolution of images beyond the diffraction limit of conventional fluorescence microscopy. The technique is based on the illumination of the sample with a structured light pattern and the subsequent software reconstruction of the high-resolution image from several recorded images. We present the development of a custom-built setup for SIM equipped with a specially developed transmission diffraction grating. Using the analogue microfilming method, we have produced transmission diffraction gratings tailored to the specific requirements of our system. This robust and cost-effective method enables the production of diffraction gratings with customised constants that ensure excellent transmission in both the visible and near-infrared spectrum. To evaluate the performance of our system, we measured the resolution in both epifluorescent and superresolution imaging modalities by applying the knife-edge technique to the MoS2 monolayer flakes. We confirmed an improvement in the resolution of SIM over the epifluorescent imaging modality. Furthermore, we successfully demonstrated the capabilities of our microscope by imaging fluorescently labelled astrocytes in vitro, specifically targeting the vimentin filament protein in these cells. The super-resolved images reveal fine structures of the vimentin cytoskeleton that remain unresolved in the epifluorescent image.
2025-10-23 (Czwartek)
Zapraszamy do sali B4.58, ul. Pasteura 5 o godzinie 12:15
dr inż. Grzegorz Szwachta (Zakład Optyki, IFD, Wydział Fizyki UW)Stained nanoporous anodic alumina photonic crystals: segueing towards the early-stage detection of neurodegenerative diseases
Amyloids are a broad class of proteins and peptides that can misfold and assemble into long unbranched fibrils with a cross-β conformation. The aggregation of proteins is associated with the onset of a variety of human neurodegenerative diseases, such as Alzheimer’s disease, Parkinson’s disease, and Huntington disease. Our understanding of amyloids aggregation has been greatly fostered using fluorescent molecular probes, such as Thioflavin T, which shows an increase in fluorescence emission upon binding to fibrillar aggregates. However, the major drawback of standard bioimaging exploiting Thioflavin T dye is lacking in sensitivity to oligomeric forms of amyloids aggregates. The lasing spectroscopy of the liquid solutions containing stained proteins sandwiched in Fabry–Pérot microcavity overcomes this limitation, assuring traceability of prefibrillar form and agglomeration process. Unfortunately, the utilisation of Fabry–Pérot microcavities is associated with a lack of repeatability, difficulty in operation, and is only effective for cerebrospinal fluid, which is transparent in visible light region. Thus, I proposed the sensing platform in a form of solid-state porous nanomaterial functioning as both nanoscale confinement hosts and potential photonic amplifiers. The filtering properties of nanoporous anodic alumina is viable for immobilisation of specific proteins due to structural engineering of nanopores and available surface functionalisation. During the lecture, I would like to show the photo-physics of Thioflavin T dye, the structural engineering of nanoporous anodic alumina, the integration of stained nanoporous anodic alumina with lasing spectroscopy,
2025-10-16 (Czwartek)
Zapraszamy do sali B4.58, ul. Pasteura 5 o godzinie 12:15
dr inż. Anna Pastuszczak (IGF FUW)Single-pixel imaging of temporally dynamic scenes enhanced by recurrent neural networks
2025-10-09 (Czwartek)
Zapraszamy do sali B4.58, ul. Pasteura 5 o godzinie 12:15
mgr Rafał Stojek (IGF FUW; VIGO Photonics)