A gated single-photon avalanche diode array fabricated in a conventional CMOS process for triggered systems

A bidimensional array based on single-photon avalanche diodes for triggered imaging systems is presented. The diodes are operated in the gated mode of acquisition to reduce the probability to detect noise counts interfering with photon arrival events. In addition, low reverse bias overvoltages are used to lessen the dark count rate. Experimental results demonstrate that the prototype fabricated with a standard HV-CMOS process gets rid of afterpulses and offers a reduced dark count probability by applying the proposed modes of operation. The detector exhibits a dynamic range of 15 bits with short gated"on" periods of 10ns and a reverse bias overvoltage of 1.0V.

Histologic evaluation of thermal damage produced on soft tissues by CO2, Er,Cr:YSGG and diode lasers

Objective: The aim of this in vitro experimental study was to perform histological evaluation of the thermal effect produced on soft tissue irradiated with CO2, Er,Cr:YSGG or diode lasers. Study design: Porcine oral mucosa samples were irradiated with Er,Cr:YSGG laser at 1 W with and without water / air spray, at 2 W with and without water / air spray, and at 4 W with water / air spray, with CO2 laser at 1 W, 2 W, 10 W, 20 W continuous mode and 20 W pulsed mode and diode laser at 2W, 5W, and 10W pulsed mode. The thermal effect was evaluated measuring the width of damaged tissue adjacent to the incision, stained positively for hyalinized tissue with Hematoxylin-Eosin and Masson Trichrome stains. Besides, histological changes in the irradiated tissue were described using subjective grading scales. Results: The evaluated lasers developed a wide range of thermal damage with significant differences between groups. The samples with lowest thermal effect were those irradiated with Er,Cr:YSGG laser using water / air spray, followed by CO2 and diode lasers. Conclusions: Emission parameters of each laser system may influence the thermal damage inflicted on the soft tissue, however, the wave length of each laser determines the absorption rate characteristics of every tissue and the thermal effect

Determinació de diferents compostos bioactius en ingredients naturals per a l'elaboració de bombons funcionals amb beneficis cardiovasculars

Durant les darreres dècades, i degut, principalment, a un canvi en els hàbits alimentaris, hi ha hagut un augment a nivell mundial de malalties cròniques (l’obesitat, malalties cardiovasculars, etc.). En els països mediterranis hi ha menys incidència d’aquestes malalties i sembla ser que això es deu a l’anomenada dieta mediterrània. La dieta mediterrània es caracteritza per una combinació d’oli d’oliva com a grassa principal, verdures, hortalisses i fruites en abundància, lleguminoses, fruits secs, formatges i iogurt, peix, pa, pasta, cereals i els seus derivats i un consum moderat de vi i carns. Aquest model alimentari, ric en tocoferols, fitosterols i fitoestanols que ajuden a reduir el contingut de colesterol en sang, fa que en les poblacions mediterrànies hi hagi menys incidència de malalties cardiovasculars. Aquests compostos inhibeixen el deteriorament oxidatiu dels olis, actuen com agent antipolimerització per olis de fregir. Tenen capacitat de reduir els nivells de colesterol, evitant la incidència de malalties cardiovasculars. Els fitoesterols y fitoestanols es poden trobar en forma lliure o esterificada amb àcids grassos, àcids fenòlics i glucosa. Els objectius d’ aquest treball han estat, primer en el desenvolupament de mètodes d'anàlisi ràpids, fiables i robusts dels tocoferols, fitoesterols i fitoestanols i la seva aplicació en fruits sec, oli de segó, oli de pinyol de raïm i productes que els continguin. El primer mètode va estar basat en la cromatografía líquida (HPLC-DAD) amb extracció en fase sòlida (SPE) com tècnica alternativa a la saponificació para la determinació de fitoesterols lliures. Aquest mètode va estar aplicada a mostres de bombons que contenia fitoesterols. El segon mètode va estar basat en la cromatografia de gasos (GCFID) amb aponificació i SPE per quantificar fitoesterols i fitoestanols lliures, esterificats i totals. En els documents annexos es descriuen a profunditat els mètodes desenvolupats.

Experimental investigation of transient natural convection cooling of high prandtl number fluid with variable viscosity

Report for the scientific sojourn at the James Cook University, Australia, between June to December 2007. Free convection in enclosed spaces is found widely in natural and industrial systems. It is a topic of primary interest because in many systems it provides the largest resistance to the heat transfer in comparison with other heat transfer modes. In such systems the convection is driven by a density gradient within the fluid, which, usually, is produced by a temperature difference between the fluid and surrounding walls. In the oil industry, the oil, which has High Prandtl, usually is stored and transported in large tanks at temperatures high enough to keep its viscosity and, thus the pumping requirements, to a reasonable level. A temperature difference between the fluid and the walls of the container may give rise to the unsteady buoyancy force and hence the unsteady natural convection. In the initial period of cooling the natural convection regime dominates over the conduction contribution. As the oil cools down it typically becomes more viscous and this increase of viscosity inhibits the convection. At this point the oil viscosity becomes very large and unloading of the tank becomes very difficult. For this reason it is of primary interest to be able to predict the cooling rate of the oil. The general objective of this work is to develop and validate a simulation tool able to predict the cooling rates of high Prandtl fluid considering the variable viscosity effects.

Projecte d’una instal•lació solar fotovoltaica per a un sistema de bombes de reg

Instal.lació d’una explotació agrícola amb funcionament per energia solar fotovoltaica a Torregrossa (Tarragona). Disseny i definició de les parts necessàries que conformaran la instal•lació solar fotovoltaica que subministrarà energia elèctrica a les bombes de reg

Avaluació de vitamines i antioxidants en aliments vegetals mitjançant tècniques HPLC-DAD i UPLC-MS/MS

El programa experimental s’ha portat a terme dins el marc de les activitats del projecte TRUEFOOD, finançat per la UE per als anys 2007-2010. L’objectiu principal d’aquesta activitat ha estat l’avaluació dels continguts en àcid ascòrbic (vitamina C), polifenols totals, àcids fenòlics i flavonoides en mostres de tomàquet i enciam, produïts sota diferents condicions de camp (producció ecològica i convencional). Per aconseguir els resultats s’han utilitzat mètodes analítics basats en tècniques de cromatografia líquida d’alta eficàcia (HPLC) i d’ultra-alta eficàcia (UHPLC) acoblades a sistemes de detecció de diode array (DAD) i espectrometria de masses (MSn). Per a l’àcid ascòrbic, s’ha desenvolupat un mètode ràpid que ha permès la determinació d’aquest compost en diferents matrius vegetals amb el mínim pretractament de les mostres, utilitzant una fase estacionària HILIC (Fluorinated Stationary Phase). Els mètodes desenvolupats d’anàlisi de compostos fenòlics han permès realitzar les anàlisi de forma ràpida, a fi de processar el màxim nombre de mostres per a obtenir resultats representatius. S’ha realitzat una completa caracterització dels extractes de tomàquet i enciam, ampliant el coneixement descrit en la bibliografia sobre la seva composició fenòlica. En el cas de l’enciam, s’ha identificat quatre compostos fenòlics que mai abans han estat descrits i quantificats en aquesta hortalissa. La definició, amb precisió, dels continguts en vitamina C i compostos fenòlics en les mostres analitzades ha permès comparar els efectes de diferents tècniques de cultiu sobre les característiques nutricionals dels vegetals objecte de l’estudi. Els mètodes d’anàlisi desenvolupats i els resultats derivats del projecte seran publicats properament en revistes científiques de reconegut prestigi.

Projecte executiu d'una instal·lació de climatització i control d'un habitatge unifamiliar

Moltes vegades l’usuari d’una instal•lació de climatització o calefacció, no dóna la suficient importància al sistema que l’hi ha de proporcionar un millor confort amb el màxim rendiment. Aquest confort és un factor determinant, entre molts d’altres, de la “qualitat de vida”. Mentre que el rendiment és un factor important a nivell econòmic i ecològic. Tot i tenir prevalença els aspectes d’estalvi energètic, aquests no impliquen haver de renunciar a un confort tèrmic i a un estalvi econòmic. Un dels aspectes que es centra el projecte és promoure l’ús racional de les fonts energètiques (solar, biomassa) per a la correcta climatització dels habitatges. El projecte es desenvolupa en l’àmbit domèstic, concretament correspon a un habitatge unifamiliar. Aquest està situat a la població de Roda de Ter, província de Barcelona. L’objectiu principal del projecte és l’elecció del sistema de climatització i el seu dimensionament, per tal de donar el màxim confort als usuaris que habitin a la vivenda. Criteris ambientals i eficients han estat objecte a considerar pel disseny constructiu de l’habitatge. Una de les mesures importants presses en el projecte, ha estat l’elecció de les diferents parts que formen la instal•lació de climatització. Es fa referència als aïllaments dels tancaments, el sistema solar de recolzament, equips de producció de fred i calor, entre d’altres. En el projecte, s’ha dut a terme un estudi dels diferents tancaments de l’habitatge, tot determinat per a cada un d’ells, el seu coeficient de transmissió tèrmica. Per seleccionar l’equipament més adequat s’ha partit de les condicions climatològiques del municipi de Roda de Ter i s’ha realitzat el càlcul de les necessitats tèrmiques de l’edifici. L’habitatge incorpora una instal•lació de captació solar tèrmica. Aquesta aportarà un suport energètic a tot el sistema de producció de calor, ja sigui per la producció d’aigua calenta sanitària com per el calefactat de la vivenda. La col•locació dels panells a la façana sud tindrà una doble funció: a més de proporcionar energia solar tèrmica, serviran d’elements de protecció solar en la temporada d’estiu. La caldera usada per donar recolzament tèrmic utilitzarà com a combustible el “pellet”. El “pellet” és un tipus de biomassa llenyosa que consta d’un derivat de la fusta en format granulat. Es defineix i es detalla el consum energètic en biomassa, electricitat i cost econòmic anual que ocasionarà la instal.lació dissenyada. El sistema de terra radiant adoptat permetrà el refrescament en èpoques estivals i el calefactat en èpoques hivernals. Aquest donarà el confort tèrmic necessari a cada estança de l’habitatge. En el projecte també es marquen les pautes bàsiques pel control de la instal•lació solar així com el control dels grups de bombament i la mescla d’aigua del terra radiant.

An approach to costs and energy consumption in private urban Spanish Mediterranean landscapes from a simplified model in sprinkle irrigation

The number of private gardens has increased in recent years, creating a more pleasant urban model, but not without having an environmental impact, including increased energy consumption, which is the focus of this study. The estimation of costs and energy consumption for the generic typology of private urban gardens is based on two simplifying assumptions: square geometry with surface areas from 25 to 500 m2 and hydraulic design with a single pipe. In total, eight sprinkler models have been considered, along with their possible working pressures, and 31 pumping units grouped into 5 series that adequately cover the range of required flow rates and pressures, resultin in 495 hydraulic designs repeated for two climatically different locations in the Spanish Mediterranean area (Girona and Elche). Mean total irrigation costs for the locality with lower water needs (Girona) and greater needs (Elche) were € 2,974 ha-¹ yr-¹ and € 3,383 ha-¹ yr-¹, respectively. Energy costs accounted for 11.4% of the total cost for the first location, and 23.0% for the second. While a suitable choice of the hydraulic elements of the setup is essential, as it may provide average energy savings of 77%, due to the low energy cost in relation to the cost of installation, the potential energy savings do not constitute a significant incentive for the irrigation system design. The low efficiency of the pumping units used in this type of garden is the biggest obstacle and constraint to achieving a high quality energy solution

Unipolar transport and shot noise in metal-semiconductor-metal structures

We carry out a self-consistent analytical theory of unipolar current and noise properties of metal-semiconductor-metal structures made of highly resistive semiconductors in the presence of an applied bias of arbitrary strength. By including the effects of the diffusion current we succeed in studying the whole range of carrier injection conditions going from low level injection, where the structure behaves as a linear resistor, to high level injection, where the structure behaves as a space charge limited diode. We show that these structures display shot noise at the highest voltages. Remarkably the crossover from Nyquist noise to shot noise exhibits a complicated behavior with increasing current where an initial square root dependence (double thermal noise) is followed by a cubic power law.

Intense green-yellow electroluminescence from Tb+-implanted silicon-rich silicon nitride/oxide light emitting devices

High optical power density of 0.5 mW/cm2, external quantum efficiency of 0.1%, and population inversion of 7% are reported from Tb+-implanted silicon-rich silicon nitride/oxide light emitting devices. Electrical and electroluminescence mechanisms in these devices were investigated. The excitation cross section for the 543 nm Tb3+ emission was estimated under electrical pumping, resulting in a value of 8.2 × 10−14 cm2, which is one order of magnitude larger than one reported for Tb3+:SiO2 light emitting devices. These results demonstrate the potentiality of Tb+-implanted silicon nitride material for the development of integrated light sources compatible with Si technology.

The role of energy correlations on Coulomb suppression in ballistic conductors contacted to degenerate reservoirs

Coulomb suppression of shot noise in a ballistic diode connected to degenerate ideal contacts is analyzed in terms of the correlations taking place between current fluctuations due to carriers injected with different energies. By using Monte Carlo simulations we show that at low frequencies the origin of Coulomb suppression can be traced back to the negative correlations existing between electrons injected with an energy close to that of the potential barrier present in the diode active region and all other carriers injected with higher energies. Correlations between electrons with energy above the potential barrier with the rest of electrons are found to influence significantly the spectra at high frequency in the cutoff region.

Growth, optical characterization, and laser operation of a stoichiometric crystal KYb(WO4)(2)

We present our recent achievements in the growing and optical characterization of KYb(WO4)2 (hereafter KYbW) crystals and demonstrate laser operation in this stoichiometric material. Single crystals of KYbW with optimal crystalline quality have been grown by the top-seeded-solution growth slow-cooling method. The optical anisotropy of this monoclinic crystal has been characterized, locating the tensor of the optical indicatrix and measuring the dispersion of the principal values of the refractive indices as well as the thermo-optic coefficients. Sellmeier equations have been constructed valid in the visible and near-IR spectral range. Raman scattering has been used to determine the phonon energies of KYbW and a simple physical model is applied for classification of the lattice vibration modes. Spectroscopic studies (absorption and emission measurements at room and low temperature) have been carried out in the spectral region near 1 µm characteristic for the ytterbium transition. Energy positions of the Stark sublevels of the ground and the excited state manifolds have been determined and the vibronic substructure has been identified. The intrinsic lifetime of the upper laser level has been measured taking care to suppress the effect of reabsorption and the intrinsic quantum efficiency has been estimated. Lasing has been demonstrated near 1074 nm with 41% slope efficiency at room temperature using a 0.5 mm thin plate of KYbW. This laser material holds great promise for diode pumped high-power lasers, thin disk and waveguide designs as well as for ultrashort (ps/fs) pulse laser systems.

Effect of External Noise Correlation in Optical Coherence Resonance

Coherence resonance occurring in semiconductor lasers with optical feedback is studied via the Lang-Kobayashi model with external nonwhite noise in the pumping current. The temporal correlation and the amplitude of the noise have a highly relevant influence in the system, leading to an optimal coherent response for suitable values of both the noise amplitude and correlation time. This phenomenon is quantitatively characterized by means of several statistical measures.

Brownian pump powered by a white-noise flasing ratchet

A Brownian pump of particles powered by a stochastic flashing ratchet mechanism is studied. The pumping device is embedded in a finite region and bounded by particle reservoirs. In the steady state, we exactly calculate the spatial density profile, the concentration ratio between both reservoirs and the particle flux. We propose a simulation framework for the consistent evaluation of such observable quantities.