Radially polarized and pulsed output from passively Q-switched Nd:YAG ceramic microchip laser

For the first time, to the best of our knowledge, a radially polarized laser pulse was produced from a passively Q-switched Nd:YAG ceramic microchip laser with a piece of Cr4+:YAG crystal as the saturable absorber and multilayer concentric subwavelength grating as the polarization-selective output coupler. The averaged laser power reached 450 mW with a slope efficiency of 30.2%. The laser pulse had a maximum peak power of 759 W, a minimum pulse duration of 86 ns, and a 6.7 kHz repetition rate at 3.7 W absorbed pump power. The polarization degree of the radially polarized pulse was measured to be as high as 97.4%. Such a radially polarized laser pulse with a high peak power and a short width is important to numerous applications such as metal cutting. (C) 2008 Optical Society of America

Weiterentwicklung einer Produktionsanlage und der Speicherungs- bzw. Transportkonzepte für hochpolarisiertes 3He

Der Bedarf an hyperpolarisiertem 3He in Medizin und physikalischer Grundlagenforschung ist in den letzten ca. 10-15 Jahren sowohl in Bezug auf die zu Verfügung stehende Menge, als auch auf den benötigten Grad der Kernspinpolarisation stetig gestiegen. Gleichzeitig mußten Lösungen für die polarisationserhaltende Speicherung und den Transport gefunden werden, die je nach Anwendung anzupassen waren. Als Ergebnis kann mit dieser Arbeit ein in sich geschlossenes Gesamtkonzept vorgestellt werden, daß sowohl die entsprechenden Mengen für klinische Anwendungen, als auch höchste Polarisation für physikalische Grundlagenfor-schung zur Verfügung stellen kann. Verschiedene unabhängige Polarimetriemethoden zeigten in sich konsistente Ergebnisse und konnten, neben ihrer eigenen Weiterentwicklung, zu einer verläßlichen Charakterisierung des neuen Systems und auch der Transportzellen und –boxen eingesetzt werden. Die Polarisation wird mittels „Metastabilem Optischen Pumpen“ bei einem Druck von 1 mbar erzeugt. Dabei werden ohne Gasfluß Werte von P = 84% erreicht. Im Flußbetrieb sinkt die erreichbare Polarisation auf P ≈ 77%. Das 3He kann dann weitgehend ohne Polarisationsver-luste auf mehrere bar komprimiert und zu den jeweiligen Experimenten transportiert werden. Durch konsequente Weiterentwicklung der vorgestellten Polarisationseinheit an fast allen Komponenten kann somit jetzt bei einem Fluß von 0,8 barl/h eine Polarisation von Pmax = 77% am Auslaß der Apparatur erreicht werden. Diese skaliert linear mit dem Fluß, sodaß bei 3 barl/h die Polarisation immer noch bei ca. 60% liegt. Dabei waren die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Verbesserungen an den Lasern, der Optik, der Kompressionseinheit, dem Zwischenspeicher und der Gasreinigung wesentlich für das Erreichen dieser Polarisatio-nen. Neben dem Einsatz eines neuen Faserlasersystems ist die hohe Gasreinheit und die lang-lebige Kompressionseinheit ein Schlüssel für diese Leistungsfähigkeit. Seit Herbst 2001 er-zeugte das System bereits über 2000 barl hochpolarisiertes 3He und ermöglichte damit zahl-reiche interdisziplinäre Experimente und Untersuchungen. Durch Verbesserungen an als Prototypen bereits vorhandenen Transportboxen und durch weitgehende Unterdrückung der Wandrelaxation in den Transportgefäßen aufgrund neuer Erkenntnisse über deren Ursachen stellen auch polarisationserhaltende Transporte über große Strecken kein Problem mehr dar. In unbeschichteten 1 Liter Kolben aus Aluminosilikatglä-sern werden nun problemlos Speicherzeiten von T1 > 200h erreicht. Im Rahmen des europäi-schen Forschungsprojektes „Polarized Helium to Image the Lung“ wurden während 19 Liefe-rungen 70barl 3He nach Sheffield (UK) und bei 13 Transporten 100 barl nach Kopenhagen (DK) per Flugzeug transportiert. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, daß die Problematik der Kernspinpolarisationser-zeugung von 3He, die Speicherung, der Transport und die Verwendung des polarisierten Ga-ses in klinischer Diagnostik und physikalischen Grundlagenexperimenten weitgehend gelöst ist und das Gesamtkonzept die Voraussetzungen für allgemeine Anwendungen auf diesen Gebieten geschaffen hat.

Untersuchung der Kernstruktur von 3 He mittels Polarisationsobservablen

Durch die Möglichkeit, gleichzeitig mehrere Polarisationsfreiheitsgradernin der quasi-elastischen Elektronstreuung an $^3mathrm{He}$ zurnmessen, bietet sich ein neuer experimenteller Zugang zu kleinen, aber rnwichtigen Partialwellenbeiträgen ($S'$, $D$-Welle) desrn$^3mathrm{He}$-Grundzustands. Dies ermöglicht nicht nur ein tieferesrnVerständnis des Drei-Körper-Systems, sondern bietet auch diernMöglichkeit, Erkenntnisse über die $^3mathrm{He}$-Struktur undrnDynamik zu erlangen. Mit Hilfe dieser Informationen lassen sich abrninitio Rechnungen testen, sowie Korrekturen berechnen, die für anderernExperimente (z.B. Messung von $G_{en}$) benötigt werden. rnrnModerne Faddeev-Rechnungen liefern nicht nur eine quantitativernBeschreibung des $^3mathrm{He}$-Grundzustands, sondern geben auchrneinen Einblick in die sogenannten spinabhängigenrnImpulsverteilungen. Eine gründliche experimentelle Untersuchung ist in rndiesem Zusammenhang nötig, um eine solide Basis für die Üperprüfungrnder theoretische Modelle zu liefern. EinrnDreifach-Polarisationsexperiment liefert hier zum einen wichtigernDaten, zum anderen kann damit untersucht werden, ob mit der Methoderndes glqq Deuteron-Tagginggrqq polarisiertes $^3mathrm{He}$ alsrneffektives polarisiertes Protonentarget verwendet werden kann. rnrnDas hier vorgestellte Experiment kombiniert erstmals Strahl- undrnTargetpolarisation sowie die Messung der Polarisation des auslaufendenrnProtons. Das Experiment wurde im Sommer 2007 an derrnDrei-Spektrometer-Anlage der A1-Kollaboration an MAMI rndurchgeführt. Dabei wurde mit einer Strahlenergie vonrn$E=855,mathrm{MeV}$ bei $q^2=-0,14,(mathrm{GeV/c})^2$rn$(omega=0,13,mathrm{GeV}$, $q=0,4,mathrm{GeV/c})$ gemessen.rnrnDie bestimmten Wirkungsquerschnitte, sowie die Strahl-Target- und diernDreifach-Asymmetrie werden mit theoretischen Modellrechnungen vonrnJ. Golak (Plane Wave Impuls Approximation PWIA, sowie ein Modell mitrnEndzustandswechselwirkung) verglichen. Zudem wurde das Modell von dernForest verwendet, welches den Wirkungsquerschnitt über eine gemessenernSpektralfunktion berechnet. Der Vergleich mit den Modellrechnungenrnzeigt, dass sowohl der Wirkungsquerschnitt, als auch die Doppel- undrnDreifach-Asymmetrie gut mit den theoretischen Rechnungenrnübereinstimmen. rnrnDie Ergebnisse dieser Arbeit bestätigen, dass polarisiertesrn$^3mathrm{He}$ nicht nur als polarisiertes Neutronentarget, sondernrndurch Nachweis des Deuterons ebenfalls als polarisiertesrnProtonentarget verwendet werden kann.

Konstruktion und Inbetriebnahme eines kompakten 3-He-Polarisators

Im Jahr 1996 wurde die erste Aufnahme der menschlichen Lunge in einem Kernspintomographen unter Benutzung des hyperpolarisierten Edelgases ³He als Kontrastgas veröffentlicht. Es folgten zahlreiche medizinische Studien mit diesem neuen Lungenbildgebungsverfahren. Als Konsequenz aus dem steigenden Bedarf an hyperpolarisiertem ³He wurde am Institut für Physik der Universität Mainz ein ³He-Polarisator entwickelt, der die Versorgung dieser Studien mit polarisiertem Gas gewährleistet. Für den Fall jedoch, dass die Lungenbildgebung mit hyperpolarisiertem ³He in die medizinische Praxis übernommen wird, wären die Produktionskapazitäten der bestehenden Anlage nicht mehr ausreichend. Daher wurde im Rahmen dieser Arbeit ein kompaktes System zum Polarisieren von ³He direkt am Einsatzort entwickelt, welches als eine Art Industrieprodukt in beliebiger Stückzahl nachgebaut werden kann. So steht nun ein kompakter, mobiler ³He Polarisator zur Verfügung, dessen Produktionsrate in der Größenordnung eines Standardliters (1 l, 1 bar, Raumtemperatur) pro Stunde bei einer Polarisation von > 60% liegt.

Near-infrared polarimetry in the galactic center. On properties of Sagittarius A* and a dusty S-cluster object

Near-infrared polarimetry observation is a powerful tool to study the central sources at the center of the Milky Way. My aim of this thesis is to analyze the polarized emission present in the central few light years of the Galactic Center region, in particular the non-thermal polarized emission of Sagittarius~A* (Sgr~A*), the electromagnetic manifestation of the super-massive black hole, and the polarized emission of an infrared-excess source in the literature referred to as DSO/G2. This source is in orbit about Sgr~A*. In this thesis I focus onto the Galactic Center observations at $\lambda=2.2~\mu m$ ($K_\mathrm{s}$-band) in polarimetry mode during several epochs from 2004 to 2012. The near-infrared polarized observations have been carried out using the adaptive optics instrument NAOS/CONICA and Wollaston prism at the Very Large Telescope of ESO (European Southern Observatory). Linear polarization at 2.2 $\mu m$, its flux statistics and time variation, can be used to constrain the physical conditions of the accretion process onto the central super-massive black hole. I present a statistical analysis of polarized $K_\mathrm{s}$-band emission from Sgr~A* and investigate the most comprehensive sample of near-infrared polarimetric light curves of this source up to now. I find several polarized flux excursions during the years and obtain an exponent of about 4 for the power-law fitted to polarized flux density distribution of fluxes above 5~mJy. Therefore, this distribution is closely linked to the single state power-law distribution of the total $K_\mathrm{s}$-band flux densities reported earlier by us. I find polarization degrees of the order of 20\%$\pm$10\% and a preferred polarization angle of $13^o\pm15^o$. Based on simulations of polarimetric measurements given the observed flux density and its uncertainty in orthogonal polarimetry channels, I find that the uncertainties of polarization parameters under a total flux density of $\sim 2\,{\mathrm{mJy}}$ are probably dominated by observational uncertainties. At higher flux densities there are intrinsic variations of polarization degree and angle within rather well constrained ranges. Since the emission is most likely due to optically thin synchrotron radiation, the obtained preferred polarization angle is very likely reflecting the intrinsic orientation of the Sgr~A* system i.e. an accretion disk or jet/wind scenario coupled to the super-massive black hole. Our polarization statistics show that Sgr~A* must be a stable system, both in terms of geometry, and the accretion process. I also investigate an infrared-excess source called G2 or Dusty S-cluster Object (DSO) moving on a highly eccentric orbit around the Galaxy's central black hole, Sgr~A*. I use for the first time the near-infrared polarimetric imaging data to determine the nature and the properties of DSO and obtain an improved $K_\mathrm{s}$-band identification of this source in median polarimetry images of different observing years. The source starts to deviate from the stellar confusion in 2008 data and it does not show a flux density variability based on our data set. Furthermore, I measure the polarization degree and angle of this source and conclude based on the simulations on polarization parameters that it is an intrinsically polarized source with a varying polarization angle as it approaches Sgr~A* position. I use the interpretation of the DSO polarimetry measurements to assess its possible properties.

Control of polarization for a broadband dichroic filter at 45 degrees incidence

A method for the control of polarization for a broadband dichroic filter was reported and some design examples were elaborated. This method could be applied over a wide range of wavelengths and a wide range of polarizations in the transmission region. A nonpolaiizing broadband dichroic filter and a broadband dichroic filter with certain polarization were designed and fabricated by electron beam evaporation with ion beam assisted deposition. The experimental spectral performances showed good agreement with their theoretical curves. In addition, the application of the method was discussed. (c) 2007 Optical Society of America

Polarization and modal degrees of freedom for tight confinement of light

We describe our work on tight confinement of light using plasmonic structures. Polarization and modal degrees of freedom are shown to have a crucial effect on the nanoscale focusing properties of the optical field. © 2010 Optical Society of America.

Single feed low profile omnidirectional antenna with slant 45 degrees linear polarization

It is shown that a side-fed bifilar helix antenna with a single feed, can generate a slant 451 linearly polarized onmidirectional toroidal pattern. The antenna has a low profile and does not require a ground plane. The bifilar helix antenna provides slant 45 degrees polarization over a solid angle of almost 4 pi steradians as compared to a crossed dipole which generates a tilted 45 degrees linearly, polarized pattern only over a solid angle of 1.14 pi steradians. The computed results are validated by experimental data.

Fluorescence-polarization studies on binding of 4-methylumbelliferyl beta-D-galactopyranoside to Ricinus communis (castor-bean) agglutinin

The binding of Ricinus communis (castor-bean) agglutinin 1 to saccharides was studied by equilibrium dialysis and fluorescence polarization by using the fluorescently labelled sugar 4-methylumbelliferyl beta-D-galactopyranoside. No appreciable change in ligand fluorescence of 4-methylumbelliferyl beta-D-galactopyranoside was considerably polarized on its binding to the lectin. The association constants obtained by Scatchard analysis of equilibrium-dialysis and fluorescence-polarization data do not differ much from each other, and at 25 degrees C, Ka = 2.4 (+/- 0.2) X 10(4)M-1. These values agree reasonably well with that reported in the literature for Ricinus agglutinin 1. The number of binding sites obtained by the different experimental procedures is 1.94 +/- 0.1 per molecule of 120 000 daltons and is equal to the reported value of 2. The consistency in the values of Ka and number of binding sites indicate the absence of additional subsites on Ricinus agglutinin 1 for its specific sugars. In addition, the excellent agreement between the binding parameters obtained by equilibrium dialysis and fluorescence polarization indicate the potential of ligand-fluorescence-polarization measurements in the investigation of lectin-sugar interactions.

Fluorescence polarization as a tool to study lectin-sugar interaction. An investigation of the binding of 4-methylumbelliferyl beta-D-galactopyranoside to Abrus precatorious agglutinin

Polarization of ligand fluorescence was used to study the binding of 4-methylumbelliferyl beta-D-galactopyranoside (MeUmb-Galp) to Abrus precatorious agglutinin. The binding of the fluorescent sugar to the lectin led to considerable polarization of the MeUmb-Galp fluorescence, which was also quenched by about 30% on binding to the lectin. The binding of the fluorescent sugar was carbohydrate-specific, as evidenced by inhibition of both fluorescence polarization and quenching when lectin was preincubated with lactose. The association constant as determined by fluorescence polarization is 1.42 x 10(4) M-1 at 25 degrees C and is in excellent agreement with those determined by fluorescence quenching (Ka = 1.51 x 10(4) M-1) and equilibrium dialysis (Ka = 1.62 x 10(4) M-1) at 25 degrees C. The numbers of binding sites as determined by fluorescence polarization, quenching and equilibrium dialysis agree very well with one another, n being equal to 2.0 +/- 0.05. The consistency between the association constant value determined by fluorescence polarization, quenching and equilibrium dialysis shows the validity of this approach to study lectin-sugar interaction.

Nonquantum Entanglement Resolves a Basic Issue in Polarization Optics

The issue raised in this Letter is classical, not only in the sense of being nonquantum, but also in the sense of being quite ancient: which subset of 4 X 4 real matrices should be accepted as physical Mueller matrices in polarization optics? Nonquantum entanglement or inseparability between the polarization and spatial degrees of freedom of an electromagnetic beam whose polarization is not homogeneous is shown to provide the physical basis to resolve this issue in a definitive manner.

Polarization enhancement in compositionally graded vanadium doped bismuth titanate thin films

Compositionally up and downgraded Bi4-x/3Ti3-xVxO12 (x=0.0, 0.012,0.03, 0.06) thin films were grown on Pt coated silicon substrates by pulsed laser deposition technique. Downgraded fabrication showed improved ferroelectric polarization in comparison to upgraded fabrication. Films deposited at 650 and 700 degrees C showed very large remnant polarization (2P(r)) value of 82 mu C cm(-2), which is comparatively large among all bismuth based thin films reported so far. A mechanism based on vanadium enrich seeded layer formation in the downgraded structure is proposed for the improvement. Moreover, frequency independent behavior (100Hz-5kHz) of the graded films ensures its potential application for various microelectronic devices. (c) 2010 American Institute of Physics. [doi :10.1063/1.3431543].

Compact polarization dependent EBG surface with fractal boundary patches

Patches with variants of fractal Minkowski curves as boundaries are used here to design a polarization dependent electromagnetic bandgap surface. Reflection phases of the proposed structure depends upon the polarization state of the incident wave and frequency. The phase difference between the x-polarized and y-polarized components of the reflected wave can be as high as 200 degrees and this is achieved without excessive increase in unit cell dimensions and vias. The performance of the surface is analyzed numerically using CST microwave studio. The potential applications of the surface are in polarization conversion surfaces, polarimetric radar calibration, and RCS reduction.

Structural investigation of resorcinol based symmetrical banana mesogens by XRD, NMR and polarization measurements

Synthesis and structural characterization of two novel symmetrical banana mesogens built from resorcinol with seven phenyl rings linked by ester and imine with a terminal dodecyl/dodecyloxy chain has been carried out. Density functional theory (DFT) has been employed for obtaining the geometry optimized structures, the dipole moments and C-13 NMR chemical shifts. The HOPM and DSC studies revealed enantiotropic B-2 and B-7 phases for the dodecyl and dodecyloxy homologs respectively. The powder X-ray studies of both the mesogens indicate the presence of layer ordering. The polarization measurements reveal an anti-ferroelectric switching for the B-2 phase of the dodecyl homolog whose structure has been identified as SmCSPA. The B-7 phase of the dodecyloxy homolog was found to be non-switchable. High resolution C-13 NMR study of the dodecyl homolog in its mesophase has been carried out. C-13-H-1 dipolar couplings obtained from the 2-dimensional separated local field spectroscopy experiment were used to obtain the orientational order parameters of the different segments of the mesogen. Very large C-13-H-1 dipolar couplings observed for the carbons of the central phenyl ring (9.7-12.3 kHz) in comparison to the dipolar couplings of those of the side arm phenyl rings (less than 3 kHz) are a direct consequence of the ordering in the banana phase and the shape of the molecule. From the ratio of the local order parameter values, the bent-angle of the mesogen could be determined in a straight forward manner to be 120.5 degrees.

Looking for BSM physics using top-quark polarization and decay-lepton kinematic asymmetries

We explore beyond-standard-model (BSM) physics signatures in the l + jets channel of the t (t) over bar pair production process at the Tevatron and the LHC. We study the effects of BSM physics scenarios on the top-quark polarization and on the kinematics of the decay leptons. To this end, we construct asymmetries using the lepton energy and angular distributions. Further, we find their correlations with the top polarization, net charge asymmetry and top forward-backward asymmetry. We show that when used together, these observables can help discriminate effectively between SM and different BSM scenarios, which can lead to varying degrees of top polarization at the Tevatron as well as the LHC. We use two types of colored mediator models to demonstrate the effectiveness of proposed observables, an s-channel axigluon and a u-channel diquark.