Drying peanut seed using air ambient temperature at low relative humidity

The moisture content of peanut kernel (Arachis hypogaea L.) at digging ranges from 30 to 50% on a wet basis (w.b.). The seed moisture content must be reduced to 10.5% or below before seeds can be graded and marketed. After digging, peanuts are cured on a window sill for two to five days then mechanically separated from the vine. Heated air is used to further dry the peanuts from approximately 18 to 10% moisture content w.b. Drying is required to maintain peanut seed and grain quality. Traditional dryers pass a high temperature and high humidity air stream through the seed mass. The drying time is long because the system is inefficient and the high temperature increases the risk of thermal damage to the kernels. New technology identified as heat pipe technology (HPT) is available and has the unique feature of removing the moisture from the air stream before it is heated and passed through the seed. A study was conducted to evaluate the performance of the HPT system in drying peanut seed. The seeds inside the shells were dried from 17.4 to 7.3% in 14 hours and 11 minutes, with a rate of moisture removal of 0.71% mc per hour. This drying process caused no reduction in seed quality as measured by the standard germination, accelerated ageing and field emergence tests. It was concluded that the HPT system is a promising technology for drying peanut seed when efficiency and maintenance of physiological quality are desired.

Low-Cost Micromechanically Tunable Optical Devices: Strained Resonator Engineering, Technological Implementation and Characterization

The rapid growth of the optical communication branches and the enormous demand for more bandwidth require novel networks such as dense wavelength division multiplexing (DWDM). These networks enable higher bitrate transmission using the existing optical fibers. Micromechanically tunable optical microcavity devices like VCSELs, Fabry-Pérot filters and photodetectors are core components of these novel DWDM systems. Several air-gap based tunable devices were successfully implemented in the last years. Even though these concepts are very promising, two main disadvantages are still remaining. On the one hand, the high fabrication and integration cost and on the other hand the undesired adverse buckling of the suspended membranes. This thesis addresses these two problems and consists of two main parts: • PECVD dielectric material investigation and stress control resulting in membranes shape engineering. • Implementation and characterization of novel tunable optical devices with tailored shapes of the suspended membranes. For this purposes, low-cost PECVD technology is investigated and developed in detail. The macro- and microstress of silicon nitride and silicon dioxide are controlled over a wide range. Furthermore, the effect of stress on the optical and mechanical properties of the suspended membranes and on the microcavities is evaluated. Various membrane shapes (concave, convex and planar) with several radii of curvature are fabricated. Using this resonator shape engineering, microcavity devices such as non tunable and tunable Fabry-Pérot filters, VCSELs and PIN photodetectors are succesfully implemented. The fabricated Fabry-Pérot filters cover a spectral range of over 200nm and show resonance linewidths down to 1.5nm. By varying the stress distribution across the vertical direction within a DBR, the shape and the radius of curvature of the top membrane are explicitely tailored. By adjusting the incoming light beam waist to the curvature, the fundamental resonant mode is supported and the higher order ones are suppressed. For instance, a tunable VCSEL with 26 nm tuning range, 400µW maximal output power, 47nm free spectral range and over 57dB side mode suppresion ratio (SMSR) is demonstrated. Other technologies, such as introducing light emitting organic materials in microcavities are also investigated.

Air-gap based vertical cavity micro-opto-electro-mechanical Fabry-Perot filters

Mikrooptische Filter sind heutzutage in vielen Bereichen in der Telekommunikation unersetzlich. Wichtige Einsatzgebiete sind aber auch spektroskopische Systeme in der Medizin-, Prozess- und Umwelttechnik. Diese Arbeit befasst sich mit der Technologieentwicklung und Herstellung von luftspaltbasierenden, vertikal auf einem Substrat angeordneten, oberflächenmikromechanisch hergestellten Fabry-Perot-Filtern. Es werden zwei verschiedene Filtervarianten, basierend auf zwei verschiedenen Materialsystemen, ausführlich untersucht. Zum einen handelt es sich dabei um die Weiterentwicklung von kontinuierlich mikromechanisch durchstimmbaren InP / Luftspaltfiltern; zum anderen werden neuartige, kostengünstige Siliziumnitrid / Luftspaltfilter wissenschaftlich behandelt. Der Inhalt der Arbeit ist so gegliedert, dass nach einer Einleitung mit Vergleichen zu Arbeiten und Ergebnissen anderer Forschergruppen weltweit, zunächst einige theoretische Grundlagen zur Berechnung der spektralen Reflektivität und Transmission von beliebigen optischen Schichtanordnungen aufgezeigt werden. Auß erdem wird ein kurzer theoretischer Ü berblick zu wichtigen Eigenschaften von Fabry-Perot-Filtern sowie der Möglichkeit einer mikromechanischen Durchstimmbarkeit gegeben. Daran anschließ end folgt ein Kapitel, welches sich den grundlegenden technologischen Aspekten der Herstellung von luftspaltbasierenden Filtern widmet. Es wird ein Zusammenhang zu wichtigen Referenzarbeiten hergestellt, auf denen diverse Weiterentwicklungen dieser Arbeit basieren. Die beiden folgenden Kapitel erläutern dann ausführlich das Design, die Herstellung und die Charakterisierung der beiden oben erwähnten Filtervarianten. Abgesehen von der vorangehenden Epitaxie von InP / GaInAs Schichten, ist die Herstellung der InP / Luftspaltfilter komplett im Institut durchgeführt worden. Die Herstellungsschritte sind ausführlich in der Arbeit erläutert, wobei ein Schwerpunktthema das trockenchemische Ä tzen von InP sowie GaInAs, welches als Opferschichtmaterial für die Herstellung der Luftspalte genutzt wurde, behandelt. Im Verlauf der wissenschaftlichen Arbeit konnten sehr wichtige technische Verbesserungen entwickelt und eingesetzt werden, welche zu einer effizienteren technologischen Herstellung der Filter führten und in der vorliegenden Niederschrift ausführlich dokumentiert sind. Die hergestellten, für einen Einsatz in der optischen Telekommunikation entworfenen, elektrostatisch aktuierbaren Filter sind aus zwei luftspaltbasierenden Braggspiegeln aufgebaut, welche wiederum jeweils 3 InP-Schichten von (je nach Design) 357nm bzw. 367nm Dicke aufweisen. Die Filter bestehen aus im definierten Abstand parallel übereinander angeordneten Membranen, die über Verbindungsbrücken unterschiedlicher Anzahl und Länge an Haltepfosten befestigt sind. Da die mit 357nm bzw. 367nm vergleichsweise sehr dünnen Schichten freitragende Konstrukte mit bis zu 140 nm Länge bilden, aber trotzdem Positionsgenauigkeiten im nm-Bereich einhalten müssen, handelt es sich hierbei um sehr anspruchsvolle mikromechanische Bauelemente. Um den Einfluss der zahlreichen geometrischen Strukturparameter studieren zu können, wurden verschiedene laterale Filterdesigns implementiert. Mit den realisierten Filter konnte ein enorm weiter spektraler Abstimmbereich erzielt werden. Je nach lateralem Design wurden internationale Bestwerte für durchstimmbare Fabry-Perot-Filter von mehr als 140nm erreicht. Die Abstimmung konnte dabei kontinuierlich mit einer angelegten Spannung von nur wenigen Volt durchgeführt werden. Im Vergleich zu früher berichteten Ergebnissen konnten damit sowohl die Wellenlängenabstimmung als auch die dafür benötigte Abstimmungsspannung signifikant verbessert werden. Durch den hohen Brechungsindexkontrast und die geringe Schichtdicke zeigen die Filter ein vorteilhaftes, extrem weites Stopband in der Größ enordnung um 550nm. Die gewählten, sehr kurzen Kavitätslängen ermöglichen einen freien Spektralbereich des Filters welcher ebenfalls in diesen Größ enordnungen liegt, so dass ein weiter spektraler Einsatzbereich ermöglicht wird. Während der Arbeit zeigte sich, dass Verspannungen in den freitragenden InPSchichten die Funktionsweise der mikrooptischen Filter stark beeinflussen bzw. behindern. Insbesondere eine Unterätzung der Haltepfosten und die daraus resultierende Verbiegung der Ecken an denen sich die Verbindungsbrücken befinden, führte zu enormen vertikalen Membranverschiebungen, welche die Filtereigenschaften verändern. Um optimale Ergebnisse zu erreichen, muss eine weitere Verbesserung der Epitaxie erfolgen. Jedoch konnten durch den zusätzlichen Einsatz einer speziellen Schutzmaske die Unterätzung der Haltepfosten und damit starke vertikale Verformungen reduziert werden. Die aus der Verspannung resultierenden Verformungen und die Reaktion einzelner freistehender InP Schichten auf eine angelegte Gleich- oder Wechselspannung wurde detailliert untersucht. Mittels Weisslichtinterferometrie wurden lateral identische Strukturen verglichen, die aus unterschiedlich dicken InP-Schichten (357nm bzw. 1065nm) bestehen. Einen weiteren Hauptteil der Arbeit stellen Siliziumnitrid / Luftspaltfilter dar, welche auf einem neuen, im Rahmen dieser Dissertation entwickelten, technologischen Ansatz basieren. Die Filter bestehen aus zwei Braggspiegeln, die jeweils aus fünf 590nm dicken, freistehenden Siliziumnitridschichten aufgebaut sind und einem Abstand von 390nm untereinander aufweisen. Die Filter wurden auf Glassubstraten hergestellt. Der Herstellungsprozess ist jedoch auch mit vielen anderen Materialien oder Prozessen kompatibel, so dass z.B. eine Integration mit anderen Bauelemente relativ leicht möglich ist. Die Prozesse dieser ebenfalls oberflächenmikromechanisch hergestellten Filter wurden konsequent auf niedrige Herstellungskosten optimiert. Als Opferschichtmaterial wurde hier amorph abgeschiedenes Silizium verwendet. Der Herstellungsprozess beinhaltet die Abscheidung verspannungsoptimierter Schichten (Silizium und Siliziumnitrid) mittels PECVD, die laterale Strukturierung per reaktiven Ionenätzen mit den Gasen SF6 / CHF3 / Ar sowie Fotolack als Maske, die nasschemische Unterätzung der Opferschichten mittels KOH und das Kritisch-Punkt-Trocken der Proben. Die Ergebnisse der optischen Charakterisierung der Filter zeigen eine hohe Ü bereinstimmung zwischen den experimentell ermittelten Daten und den korrespondierenden theoretischen Modellrechnungen. Weisslichtinterferometermessungen der freigeätzten Strukturen zeigen ebene Filterschichten und bestätigen die hohe vertikale Positioniergenauigkeit, die mit diesem technologischen Ansatz erreicht werden kann.

Model Calculations and Implementation of Filters and Hybrid Green VCSELs based on Optical Thin Film Stacks

This work introduced the novel conception of complex coupled hybrid VCSELs for the first time. Alternating organic and inorganic layers in the lasers provide periodic variation of refractive index and optical gain, which enable single mode operation and low threshold of the VCSELs. Model calculations revealed great reduction of the lasing threshold with factors over 30, in comparison with the existing micro-cavity lasers. Tunable green VCSEL has been also designed, implemented and analyzed taking advantage of the broad photoluminescence spectra of the organics. Free standing optical thin films without compressive stress are technologically implemented. Multiple membrane stacks with air gap in between have been fabricated for the implementation of complex coupled VCSEL structures. Complex coupled hybrid VCSEL is a very promising approach to fill the gaps in the green spectral range of the semiconductor lasers.

Estudi dels processos emocionals en nens i nenes amb dificultats d'aprenentatge i la seva relació amb els processos cognitius basats en la Teoria PASS de la Intel·ligència

A lo largo de estos años de existencia del grupo de investigación se han ido desarrollando un volumen de casos donde se comenzó a evidenciar un hecho: niños y adolescentes llegaban derivados a la consulta por problemas de aprendizaje, pero éstos no siempre respondían a que tuvieran unos procesos cognitivos por debajo de la media. Por tanto, no se explicaba su bajo rendimiento escolar. Ante estos casos nos planteamos como intervenir en esta realidad educativa. Indagando descubrimos que la mayoría de estos también tenían problemas a nivel emocional. La pregunta inmediata que nos hicimos fue: podemos llegar a pensar que quizás los procesos emocionales influyen directamente en los procesos cognitivos? El estado emocional influye directamente en los procesos cognitivos?Los procesos cognitivos y emocionales son un todo inseparable? Estas dudas son las que me llevaron a proponer esta investigación: ver la relación que puede haber entre los procesos cognitivos y los procesos emocionales, evidentemente, siempre centrados desde el Modelo Humanista- Estratégico (modelo del grupo de investigación): a nivel cognitivo, Teoría PASS de la Inteligencia; a nivel emocional, la Teoría del Procesamiento Cerebral de las Emociones. Se plantea la tesis estructurada en dos partes: Parte teórica: explicación de la Unidad de Neuropsicopedagogía del Hospital Dr. Trueta de Girona (UNPP) donde se realiza la investigación, revisión teórica de procesamiento cognitivo, procesamiento emocional y su relación mutua. 2.- Parte práctica: objetivos, metodología, resultados, análisis- discusión, implicaciones educativas y conclusiones. El objetivo general es establecer una relación entre el procesamiento cognitivo y emocional a partir de la relación de los procesos cognitivos PASS con problemas emocionales en niños y niñas de entre 5 y 16 años. Para conseguirlo se pretende: 1. Establecer la relación entre procesamiento PASS y los efectos de la intervención emocional según el Modelo Humanista - Estratégico; 2. Analizar la relación entre procesamientos cognitivos PASS y los efectos de la intervención cognitiva según la Teoría PASS de la Inteligencia; 3.Comprobar si los procesos PASS varían en el transcurso de más de seis meses sin ningún tipo de intervención ni emocional ni cognitiva, 4. Comprobar si los resultados obtenidos en los tres primeros objetivos se diferencian entre ellos para determinar el componente emocional en los procesos cognitivos PASS, y 5. Establecer orientaciones prácticas para la intervención psicopedagògica considerando la relación de procesos emocionales, cognitivos y aprendizaje. Para poder llevar a cabo esta investigación, la metodologia utilizada es: una metodologia cuantitativa ya que se realiza una investigación experimental enmarcada como un diseño mixto 3x2 con el primer factor ínter sujeto y el segundo factor intra sujeto. Y por otra parte, una metodologia cualitativa. ya que en la primera muestra se realiza una intervención psicopedagógica en base emocional a cuarenta casos de la UNPP, y en la segunda muestra se realiza una intervención psicopedagògica en base cognitiva a treinta casos de la UNPP. Los resultados comparativos nos corraboran afirmativamente la hipotesis y objetivos, facilitando realizar un analisis-discusión muy interesante aportando las implicaciones educativas que acarrean, y por consiguiente llegando a las conclusiones. De entre éstas destacamos principalmente: 1. La intervención emocional es eficaz para mejorar el rendimiento cognitivo, si tenemos en cuenta que a pesar que no se ha realizado intervención cognitiva se ha producido una mejora en el rendimiento escolar. 2. La intervención cognitiva PASS es eficaz para la mejora del rendimiento cognitivo y la desaparación de las dificultades de aprendizaje cuando el origen de estas es cognitivo. 3. En las diferencias en planificación se observa que se ha producido un incremento mayor y sustancial en el grupo que ha recibido intervención emocional. 4. Y por consiguiente, podemos decir que la emoción se interrelaciona con la cognición a través del procesamiento cognitivo de planificación.

High performance blocking filters for the region 1µm to 20µm

A set of filters based on the sequence of semiconductor edges is described which offers continuity of short-wave infrared blocking. The rejection throughout the stop region is greater than 103 for each filter and the transmission better than 70% through one octave with a square cutoff. The cutoff points are located at intervals of about two-thirds of an octave. Filters at 2.6 ,µm, 5.5 µm, and 12 µm which use a low-passing multilayer in combination with a semiconductor absorption edge are described in detail. The design of multilayers for optimum performance is discussed by analogy with the synthesis of electric circuit filters.

Design and fabrication of infrared filters for remote sounding instrumentation

Cooled infrared filters have been used in pressure modulation and filter radiometry to measure the dynamics, temperature distribution and concentrations of atmospheric elements in various satellite radiometers. Invariably such instruments use precision infrared bandpass filters and coatings for spectral selction, often operating at cryogenic temperatures. More recent developments in the use of spectrally-selective cooled detectors in focal plane arrays have simplified the optical layout and reduced the component count of radiometers but have placed additional demands on both the spectral and physical performance requirements of the filters. This paper describes and contrasts the more traditional radiometers using discrete detectors with those which use focal plane detector array technology, with particular emphasis on the function of the filters and coatings in the two cases. Additionally we discuss the spectral techniques and materials used to fabricate infrared coatings and filters for use in space optics, and give examples of their application in the fabrication of some demanding long wavelength dichroics and filters. We also discuss the effects of the space environment on the stability and durability of high performance infrared filters and materials exposed to low Earth orbit for 69 months on the NASA Long Duration Exposure Facility (LDEF).

Ultra narrow filters with good performance when tilted and cooled

Our latest research indicates that narrow bandpass filters of ~0.6% bandwidth (or any larger chosen width) and with good performance ar low temperature and in tilted and focused illumination can be realized by using multicavities and multimaterials.

Exposure to space radiation of high performance infrared multilayer filters and materials technology experiment

Infrared optical-multilayer filters and materials were exposed to the space environment of low Earth orbit on LDEF. This paper summarizes the effects of that environment on the physical and optical properties of the filters and materials flown.

Space exposure of infrared filters and materials on the NASA Long Duration Exposure Facility (LDEF)

Infrared optical-multilayer filters and materials were exposed to the space environment of low Earth for a period of nearly six years on the NASA Long Duration Exposure Facility (LDEF) mission. This report describes the effects of that environment on the physical and optical properties of filters and materials used in an experiment designed by the University of reading Infrared multilayer Laboratory. Results of the experiment comprise IR processed spectra both before (1983), and after (1990) exposure, in conjunction with unexposed control samples.

Performance model for cooled IR filters

A low-temperature model is described for infrared multilayer filters containing PbTe (or other semiconductor) and ZnSe (or other II/VI). The model is based on dielectric dispersion with semiconductor carrier dispersion added. It predicts an improved performance on cooling such as would be useful to avoid erroneous signals from optics in spaceflight radiometers. Agreement with measurement is obtained over the initial temperature range 70-400K and wavelength range 2.5-20µm.

Simple nonpolarizing high pass filter

Nonpolarizing edge filters have recently becmoe important to separate those IR gas bands used in atmospheric sensing into their P and R branches, namely, the v2 of C02 at a 15µm wavelength. Whereas Thelen has developed all necessary principles for the entire class of nonpolarizing filters it remains difficult to subsittute ither refractive indices (such as infrared) into a visible-region design or assess the effect on consequent performance.

Ensemble clustering in deterministic ensemble Kalman filters

Ensemble clustering (EC) can arise in data assimilation with ensemble square root filters (EnSRFs) using non-linear models: an M-member ensemble splits into a single outlier and a cluster of M−1 members. The stochastic Ensemble Kalman Filter does not present this problem. Modifications to the EnSRFs by a periodic resampling of the ensemble through random rotations have been proposed to address it. We introduce a metric to quantify the presence of EC and present evidence to dispel the notion that EC leads to filter failure. Starting from a univariate model, we show that EC is not a permanent but transient phenomenon; it occurs intermittently in non-linear models. We perform a series of data assimilation experiments using a standard EnSRF and a modified EnSRF by a resampling though random rotations. The modified EnSRF thus alleviates issues associated with EC at the cost of traceability of individual ensemble trajectories and cannot use some of algorithms that enhance performance of standard EnSRF. In the non-linear regimes of low-dimensional models, the analysis root mean square error of the standard EnSRF slowly grows with ensemble size if the size is larger than the dimension of the model state. However, we do not observe this problem in a more complex model that uses an ensemble size much smaller than the dimension of the model state, along with inflation and localisation. Overall, we find that transient EC does not handicap the performance of the standard EnSRF.

On the voltage and distance across the low latitude boundary layer

A pass of the AMPTE-UKS satellite through the low-latitude boundary layer (LLBL) at 8:30 MLT is studied in detail. The magnetosheath field is predominantly northward. It is shown that multiple transitions through part or all of the layer of antisunward flow lead to overestimation of both the voltage across this layer and its width. The voltage is estimated to be only about 3 kV and this implies that the full LLBL is about 1200 km thick, consistent with previous studies.

Low-altitude signatures of the cusp and flux transfer events

The usual interpretation of a flux transfer event (FTE) at the magnetopause, in terms of time-dependent and possibly patchy reconnection, demands that it generate an ionospheric signature. Recent ground-based observations have revealed that auroral transients in the cusp/cleft region have all the characteristics required of FTE effects. However, signatures in the major available dataset, namely that from low-altitude polar-orbiting satellites, have not yet been identified. In this paper, we consider a cusp pass of the DE-2 spacecraft during strongly southward IMF. The particle detectors show magnetosheath ion injection signatures. However, the satellite motion and convection are opposed, and we discuss how the observed falling energy dispersion of the precipitating ions can have arisen from a static, moving or growing source. The spatial scale of the source is typical of an FTE. A simple model of the ionospheric signature of an FTE reproduces the observed electric and magnetic field perturbations. Precipitating electrons of peak energy ∼100eV are found to lie on the predicted boundary of the newly-opened tube, very similar to those found on the edges of FTEs at the magnetopause. The injected ions are within this boundary and their dispersion is consistent with its growth as reconnection proceeds. The reconnection potential and the potential of the induced ionospheric motion are found to be the same (≃25kV). The scanning imager on DE-1 shows a localised transient auroral feature around DE-2 at this time, similar to the recent optical/radar observations of FTEs.