High-coherence hybrid Si/III-V semiconductor lasers

The relentlessly increasing demand for network bandwidth, driven primarily by Internet-based services such as mobile computing, cloud storage and video-on-demand, calls for more efficient utilization of the available communication spectrum, as that afforded by the resurging DSP-powered coherent optical communications. Encoding information in the phase of the optical carrier, using multilevel phase modulationformats, and employing coherent detection at the receiver allows for enhanced spectral efficiency and thus enables increased network capacity. The distributed feedback semiconductor laser (DFB) has served as the near exclusive light source powering the fiber optic, long-haul network for over 30 years. The transition to coherent communication systems is pushing the DFB laser to the limits of its abilities. This is due to its limited temporal coherence that directly translates into the number of different phases that can be imparted to a single optical pulse and thus to the data capacity. Temporal coherence, most commonly quantified in the spectral linewidth Δν, is limited by phase noise, result of quantum-mandated spontaneous emission of photons due to random recombination of carriers in the active region of the laser.

In this work we develop a generically new type of semiconductor laser with the requisite coherence properties. We demonstrate electrically driven lasers characterized by a quantum noise-limited spectral linewidth as low as 18 kHz. This narrow linewidth is result of a fundamentally new laser design philosophy that separates the functions of photon generation and storage and is enabled by a hybrid Si/III-V integration platform. Photons generated in the active region of the III-V material are readily stored away in the low loss Si that hosts the bulk of the laser field, thereby enabling high-Q photon storage. The storage of a large number of coherent quanta acts as an optical flywheel, which by its inertia reduces the effect of the spontaneous emission-mandated phase perturbations on the laser field, while the enhanced photon lifetime effectively reduces the emission rate of incoherent quanta into the lasing mode. Narrow linewidths are obtained over a wavelength bandwidth spanning the entire optical communication C-band (1530-1575nm) at only a fraction of the input power required by conventional DFB lasers. The results presented in this thesis hold great promise for the large scale integration of lithographically tuned, high-coherence laser arrays for use in coherent communications, that will enable Tb/s-scale data capacities.

Análise comparativa in vivo da detecção de lesões de cárie oclusal e proximal por meio de exame visual (ICDAS), exame radiográfico e transiluminação por fibra ótica (FOTI)

O objetivo do presente trabalho foi avaliar in vivo a detecção de cárie através do exame visual ICDAS, transiluminação por fibra ótica combinado ao ICDAS e exame radiográfico. Um total de 2.279 superfícies proximais e cicatrículas e fissuras em incisivos superiores, pré-molares e molares permanentes e 272 superfícies em molares decíduos em72 escolares (8 a 18 anos) foram avaliadas por um examinador treinado. Os sete escores para detecção de cárie primária do sistema visual ICDAS foram aplicados. Dois equipamentos de transiluminação por fibra ótica foram avaliados: FOTI Schott (SCH), com ponta de fibra ótica com 0,5mm de diâmetro, e FOTI Microlux (MIC), com diâmetro da ponta 3 mm. Durante o exame combinado FOTI/ICDAS, a fibra ótica era utilizada tanto para iluminar quanto para transiluminar a superfície sob avaliação. O exame radiográfico (RX) consistiu de radiografias interproximais posteriores e periapicais anteriores. Os exames foram realizados em consultório odontológico após escovação supervisionada. No primeiro dia de exame, o exame visual utilizando o ICDAS era realizado e em seguida, o exame combinado ao MIC ou SCH. Logo após era realizado o exame radiográfico. Após uma semana, novamente o ICDAS era realizado, e em seguida o exame combinado com o equipamento de FOTI não utilizado na semana anterior. Os exames foram repetidos em 10 pacientes após intervalo mínimo de uma semana para avaliação da reprodutibilidade intra-examinador, a qual apresentou valores de 0,95 (ICDAS), 0,94 (MIC), 0,95 (SCH) e 0,99 (RX) pelo kappa ponderado. Em cicatrículas e fissuras de permanentes, o RX julgou que um número maior de superfícies apresentava lesão em dentina (53) do que os outros métodos (34 a 36); porém não detectou nenhuma lesão em esmalte, as quais foram identificadas pelo ICDAS (94), SCH (107) e MIC (91). Em proximais permanentes, a transiluminação por fibra ótica identificou maior número de proximais como lesão em esmalte - 150 (SCH) e 139 (MIC) - do que o exame visual (106), enquanto o RX identificou somente 43. Em oclusais de decíduos, os quatro métodos julgaram um número aproximadamente similar de superfícies sem lesão (52 a 59) ou com lesão em dentina (21 a 26), assim como para lesões proximais em dentina (31 a 36). Entretanto um número reduzido de lesões proximais decíduas em esmalte foi julgado pelo exame radiográfico (3) em comparação com os outros métodos (15 a 16). Em decíduos, o ICDAS e o FOTI combinado ao exame visual julgaram maior número de lesões proximais em esmalte que o exame radiográfico, sendo que número similar de lesões em dentina foram classificadas pelos quatro métodos em oclusais e proximais de molares decíduos. Em cicatrículas e fissuras de permanentes, tanto o exame visual ICDAS quanto sua combinação aos dois equipamentos de transiluminação apresentaram maior similaridade de superfícies julgadas como lesão em esmalte ou como lesão em dentina, enquanto o exame radiográfico classificou mais superfícies como lesão em dentina e nenhuma como lesão em esmalte. A adição da transiluminação por fibra ótica ao exame visual aumentou em um terço a detecção das lesões cariosas proximais julgadas em dentina pelo ICDAS isoladamente e aproximadamente quadruplicou o número daquelas assim classificadas pela avaliação radiográfica em permanentes.

裂缝光纤传感的工程应用

光纤传感的灵敏性及工程"存活率"是其工程实用化的两个关键技术参量,对光纤-混凝土结构两种常用裂缝光纤传感光信号对裂缝宽度的灵敏性与存活率进行了实验研究,对光纤涂覆层对灵敏性影响的大小和机理进行了分析,并制作了灵敏性与存活率均较高的光纤试验样本,与裂缝成45°夹角时,相比于等直径的普通二次涂覆粗光纤(10/125/900μm),样本的灵敏性提高近65%,而存活率亦高出约15%。研究结果可为裂缝光纤传感的优化设计和工程应用提供了基本参照。

光纤涂敷层对光纤裂缝传感器分布式监测能力的影响

基于混凝土模型试验，对涂敷层的传感光纤的裂缝复用能力进行了定量分析，得到了传感光纤和工程结构裂缝夹角在30°，45°，60°时的复用能力与裂缝宽度的关系曲线。对由软性材料构成的光纤涂敷层来说，光纤的复用能力随涂敷层厚度的增加而增大，在与裂缝夹角成45°时，二次涂敷粗光纤的复用能力约为细光纤的5倍，表明光纤敷层对光纤裂缝监测的复用能力具有较大影响。对这种影响的机理进行了理论分析和试验研究，发现当混凝土开裂时，光纤沿混凝土界面的滑移是光纤涂敷层影响光纤裂缝复用能力的主要原因，在光纤与裂缝夹角成45°时，这一影