Reference values for lung function tests: III. Carbon monoxide diffusing capacity (transfer factor)

Carbon monoxide diffusing capacity (DLCO) or transfer factor (TLCO) is a particularly useful test of the appropriateness of gas exchange across the lung alveolocapillary membrane. With the purpose of establishing predictive equations for DLCO using a non-smoking sample of the adult Brazilian population, we prospectively evaluated 100 subjects (50 males and 50 females aged 20 to 80 years), randomly selected from more than 8,000 individuals. Gender-specific linear prediction equations were developed by multiple regression analysis with single breath (SB) absolute and volume-corrected (VA) DLCO values as dependent variables. In the prediction equations, age (years) and height (cm) had opposite effects on DLCOSB (ml min-1 mmHg-1), independent of gender (-0.13 (age) + 0.32 (height) - 13.07 in males and -0.075 (age) + 0.18 (height) + 0.20 in females). On the other hand, height had a positive effect on DLCOSB but a negative one on DLCOSB/VA (P<0.01). We found that the predictive values from the most cited studies using predominantly Caucasian samples were significantly different from the actually measured values (P<0.05). Furthermore, oxygen uptake at maximal exercise (VO2max) correlated highly to DLCOSB (R = 0.71, P<0.001); this variable, however, did not maintain an independent role to explain the VO2max variability in the multiple regression analysis (P>0.05). Our results therefore provide an original frame of reference for either DLCOSB or DLCOSB/VA in Brazilian males and females aged 20 to 80 years, obtained from the standardized single-breath technique.

Readout architectures for hybrid pixel detector readout chips

The original contribution of this thesis to knowledge are novel digital readout architectures for hybrid pixel readout chips. The thesis presents asynchronous bus-based architecture, a data-node based column architecture and a network-based pixel matrix architecture for data transportation. It is shown that the data-node architecture achieves readout efficiency 99% with half the output rate as a bus-based system. The network-based solution avoids “broken” columns due to some manufacturing errors, and it distributes internal data traffic more evenly across the pixel matrix than column-based architectures. An improvement of > 10% to the efficiency is achieved with uniform and non-uniform hit occupancies. Architectural design has been done using transaction level modeling (TLM) and sequential high-level design techniques for reducing the design and simulation time. It has been possible to simulate tens of column and full chip architectures using the high-level techniques. A decrease of > 10 in run-time is observed using these techniques compared to register transfer level (RTL) design technique. Reduction of 50% for lines-of-code (LoC) for the high-level models compared to the RTL description has been achieved. Two architectures are then demonstrated in two hybrid pixel readout chips. The first chip, Timepix3 has been designed for the Medipix3 collaboration. According to the measurements, it consumes < 1 W/cm^2. It also delivers up to 40 Mhits/s/cm^2 with 10-bit time-over-threshold (ToT) and 18-bit time-of-arrival (ToA) of 1.5625 ns. The chip uses a token-arbitrated, asynchronous two-phase handshake column bus for internal data transfer. It has also been successfully used in a multi-chip particle tracking telescope. The second chip, VeloPix, is a readout chip being designed for the upgrade of Vertex Locator (VELO) of the LHCb experiment at CERN. Based on the simulations, it consumes < 1.5 W/cm^2 while delivering up to 320 Mpackets/s/cm^2, each packet containing up to 8 pixels. VeloPix uses a node-based data fabric for achieving throughput of 13.3 Mpackets/s from the column to the EoC. By combining Monte Carlo physics data with high-level simulations, it has been demonstrated that the architecture meets requirements of the VELO (260 Mpackets/s/cm^2 with efficiency of 99%).

Transfection of newt blastema mesenchyme using the techniques of lipofection and direct gene transfer

The regenerating amphibian limb provides a useful system for studying genes involved in the establishment of positional information. While a number of candidate genes that may playa role in pattern formation have been identified, their function in vivo is unknown in this system. To better ascertain the role of these genes, it would be useful to be able to alter their normal patterns of expression in vivo and to assess the effects of this misexpression on limb pattern. In order to achieve this, a method of introducing a plasmid containing the eDNA of a gene of interest into a newt blastema (a growth zone of mesenchymal progenitor cells) is needed. Unfortunately, most commonly used transfection techniques cannot be used with newt blastema cells. In this study, I have used the techniques of lipofection and direct gene transfer to introduce plasmid DNA containing reporter genes into the cells of a regenerating newt limb. The technique of lipofection was most effective when the blastema cells were transfected in vitro. The optimal ratio for transfection was shown to be 1:3 DNA:Lipofectin (W/w) , and an increase in the amount of DNA present in the mixture (1:3 ratio maintained) resulted in a corresponding increase in gene expression. The technique of direct gene transfer was used to transfect newt blastema cells with and without prior complex formation with Lipofectin. Injection of plasmid DNA alone provided the most 3 promising results. It was possible to introduce plasmid DNA containing the reporter gene ~-galactosidase and achieve significant gene expression in cells associated with the injection site. In the future, it would be interesting to use this technique to inject plasmid DNA containing a gene which may have a role in pattern formation into specific areas of the newt blastema and to analyze the resulting limb pattern that emerges.

The Ligand and Membrane-binding Behaviour of the Phosphatidylinositol Transfer Proteins (PITPa & PITPb)

Human Class I phosphatidylinositol transfer proteins (PITPs) exists in two forms: PITPα and PITPβ. PITPs are believed to be lipid transfer proteins based on their capacity to transfer either phosphatidylinositol (PI) or phosphatidylcholine (PC) between membrane compartments in vitro. In Drosophila, the PITP domain is found to be part of a multi-domain protein named retinal degeneration B (RdgBα). The PITP domain of RdgBα shares 40 % sequence identity with PITPα and has been shown to possess PI and PC binding and transfer activity. The detailed molecular mechanism of ligand transfer by the human PITPs and the Drosophila PITP domain remains to be fully established. Here, we investigated the membrane interactions of these proteins using dual polarization interferometry (DPI). DPI is a technique that measures protein binding affinity to a flat immobilized lipid bilayer. In addition, we also measured how quickly these proteins transfer their ligands to lipid vesicles using a fluorescence resonance energy transfer (FRET)-based assay. DPI investigations suggest that PITPβ had a two-fold higher affinity for membranes compared to PITPα. This was reflected by a four-fold faster ligand transfer rate for PITPβ in comparison to PITPα as determined by the FRET assay. Interestingly, DPI analysis also demonstrated that PI-bound human PITPs have lower membrane affinity compared to PC-bound PITPs. In addition, the FRET studies demonstrated the significance of membrane curvature in the ligand transfer rate of PITPs. The ligand transfer rate was higher when the accepting vesicles were highly curved. Furthermore, when the accepting vesicles contained phosphatidic acid (PA) which have smaller head groups, the transfer rate increased. In contrast, when the accepting vesicles contained phosphoinositides which have larger head groups, the transfer rate was diminished. However, PI, the favorite ligand of PITPs, or the presence of anionic lipids did not appear to influence the ligand transfer rate of PITPs. Both DPI and FRET examinations revealed that the PITP domain of RdgBα was able to bind to membranes. However, the RdgBα PITP domain appears to be a poor binder and transporter of PC.

Towards the nanomechanical actuation and controlled assembly of nanomaterials using charge-transfer reactions in electroactive self-assembled monolayers

Les microcantileviers fonctionnalisés offrent une plateforme idéale pour la nano- et micro-mécanique et pour le développement de (bio-) capteurs tres sensible. Le principe d’opération consiste dans des évènements physicochimiques qui se passent du côté fonctionnalisé du microcantilevier induisant une différence de stress de surface entre les deux côtés du cantilevier qui cause une déflexion verticale du levier. Par contre, les facteurs et les phénomènes interfacials qui régissent la nature et l'intensité du stress de surface sont encore méconnus. Pour éclaircir ce phénomène, la première partie de cette thèse porte sur l'étude des réactions de microcantileviers qui sont recouverts d'or et fonctionnalisés par une monocouche auto-assemblée (MAA) électroactive. La formation d'une MAA de ferrocènylundécanethiol (FcC11SH) à la surface d'or d'un microcantilevier est le modèle utilisé pour mieux comprendre le stress de surface induit par l’électrochimie. Les résultats obtenus démontrent qu'une transformation rédox de la MAA de FcC11SH crée un stress de surface qui résulte dans une déflexion verticale du microcantilevier. Dépendamment de la flexibilité du microcantilevier, cette déflexion peut varier de quelques nanomètres à quelques micromètres. L’oxydation de cette MAA de FcC11SH dans un environnement d'ions perchlorate génère un changement de stress de surface compressive. Les résultats indiquent que la déflexion du microcantilevier est due à une tension latérale provenant d'une réorientation et d'une expansion moléculaire lors du transfért de charge et de pairage d’anions. Pour vérifier cette hypothèse, les mêmes expériences ont été répéteés avec des microcantileviers qui ont été couverts d'une MAA mixte, où les groupements électroactifs de ferrocène sont isolés par des alkylthiols inactifs. Lorsqu’un potentiel est appliqué, un courant est détecté mais le microcantilevier ne signale aucune déflexion. Ces résultats confirment que la déflexion du microcantilevier est due à une pression latérale provenant du ferrocènium qui se réorganise et qui crée une pression sur ses pairs avoisinants plutôt que du couplage d’anions. L’amplitude de la déflexion verticale du microcantilevier dépend de la structure moléculaire de la MAA et du le type d’anion utilisés lors de la réaction électrochimique. Dans la prochaine partie de la thèse, l’électrochimie et la spectroscopie de résonance de plasmon en surface ont été combinées pour arriver à une description de l’adsorption et de l’agrégation des n-alkyl sulfates à l’interface FcC11SAu/électrolyte. À toutes les concentrations de solution, les molécules d'agent tensio-actif sont empilées perpendiculairement à la surface d'électrode sous forme de monocouche condensé entrecroisé. Cependant, la densité du film spécifiquement adsorbé s'est avérée être affectée par l'état d'organisation des agents tensio-actifs en solution. À faible concentration, où les molécules d'agent tensio-actif sont présentes en tant que monomères solvatés, les monomères peuvent facilement s'adapter à l’évolution de la concentration en surface du ferrocènium lors du balayage du potential. Cependant, lorsque les molécules sont présentes en solution en tant que micelles une densité plus faible d'agent tensio-actif a été trouvée en raison de l'incapacité de répondre effectivement à la surface de ferrocenium générée dynamiquement.

Morphological and functional characterization of placenta during gestation in bovine clones derived by somatic nuclear transfer

La technique de clonage par transfert nucléaire de cellules somatiques (SCNT) présente une page importante dans les annales scientifiques, mais son application pratique demeure incertaine dû à son faible taux de succès. Les anomalies placentaires et de développement fœtal se traduisent par des pertes importantes de gestation et des mortalités néonatales. Dans un premier temps, la présente étude a caractérisé les changements morphologiques des membranes fœtales durant la gestation clonée en les comparant à des gestations contrôles obtenues à partir de l’insémination artificielle. Les différentes anomalies morphologiques des placentomes telles que l’œdème chorioallantoique, la présence de zones hyperéchoiques et irrégulières dans la membrane amniotique et la présence de cellules inflammatoires dégénérées compromettent le développement fœtal normal de la gestation clonée. L’examen ultrasonographique représente une technique diagnostique importante pour faire le suivi d’une gestation et de caractériser les changements placentaires dans le cadre d’évaluation globale du bien-être fœtal. Le profil hormonal de trois stéroïdes (progestérone (P4), estrone sulfate (E1S), et œstradiol (E2)) et de la protéine B spécifique de gestation (PSPB) dans le sérum des vaches porteuses de clones SCNT a été déterminé et associé aux anomalies de gestations clonées. Une diminution de la P4 sérique au jour 80, une élévation du niveau de la concentration de la PSPB au jour 150, et une augmentation de la concentration d’E2 sérique durant le deuxième et troisième tiers de la gestation clonée coïncident avec les anomalies de gestation déjà reportées. Ces changements du profil hormonal associés aux anomalies phénotypiques du placenta compromettent le déroulement normal de la gestation clonée et gênent le développement et le bien-être fœtal. Sur la base des observations faites sur le placenta de gestation clonée, le mécanisme moléculaire pouvant expliquer la disparition de l’épithélium du placenta (l’interface entre le tissue maternel et le placenta) a été étudié. L’étude a identifié des changements dans l’expression de deux protéines d’adhérence (E-cadhérin et β-catenin) de cellules épithéliales pouvant être associées aux anomalies du placenta chez les gestations clonées. Le tissu de cotylédons provenant de gestations clonées et contrôles a été analysé par Western blot, RT-PCR quantitatif, et par immunohistochimie. Les résultats présentaient une diminution significative (p<0.05) de l’expression des dites protéines dans les cellules trophoblastiques chez les gestations clonées. Le RT-PCR quantitatif démontrait que les gènes CCND1, CLDN1 et MSX1 ciblés par la voie de signalisation de la Wnt/β-catenin étaient significativement sous exprimés. La diminution de l’expression des protéines E-cadherin et β-catenin avec une réduction de l’activation de la protéine β-catenin durant le période d’attachement de l’embryon peut potentiellement expliquer l’absence totale ou partielle de l’attachement des membranes fœtales au tissu maternel et éventuellement, l’insuffisance placentaire caractéristique des gestations clonées chez la vache. La caractérisation morphologique et fonctionnelle du placenta durant les gestations clonées à haut risque est essentielle pour évaluer le statut de la gestation. Les résultats de la présente étude permettront de prédire le développement et le bien-être fœtal de façon critique à travers un protocole standardisé et permettre des interventions médicales pour améliorer le taux de succès des gestations clonées chez les bovins.

Revêtement anti-apoptotique à base de chondroïtine sulfate : vers un stent-graft bioactif

La réparation endovasculaire (EVAR) est une technique minimalement invasive permettant de traiter l’anévrisme de l’aorte abdominale (AAA) par l’entremise d’un stent- graft (SG). L’utilisation d’EVAR est actuellement limitée par de fréquentes complications liées à une guérison inadéquate autour de l’implant. Ce manque de guérison est principalement dû au type de recouvrement polymérique des SG, au milieu pro-apoptotique des AAA et à l’accès réduit aux nutriments et à l’oxygène après EVAR. L’objectif de cette thèse consistait à concevoir un revêtement bioactif permettant d’inhiber l’apoptose et stimuler la croissance des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV), pour ainsi favoriser la guérison des tissus vasculaires autour des SG. La chondroïtine-4-sulfate (CS) a d’abord été choisie, car elle a été identifiée comme un médiateur important de la réparation vasculaire. Il a été démontré que la CS en solution influence directement la résistance à l’apoptose des CMLV, en plus de favoriser la différenciation myofibroblastique chez les fibroblastes. Dans le cadre de ce projet, un premier revêtement à base de CS et de collagène a été créé. Bien que le revêtement permettait d’induire une résistance à l’apoptose chez les CMLV, il se désintégrait trop rapidement dans des conditions aqueuses. Une nouvelle méthodologie a donc été adaptée afin de greffer la CS directement sur des surfaces aminées, à l’aide d’un système utilisant un carbodiimide. Dans le but d’accroître la croissance des CMLV à la surface des revêtements, le facteur de croissance de l’épiderme (EGF) a ensuite été sélectionné. En plus de ses propriétés mitogéniques et chimiotactiques, l’EGF stimule la production d’éléments de la matrice extracellulaire, comme le collagène et la fibronectine. De plus, l’activation du récepteur de l’EGF inhibe également l’apoptose des CMLV. L’EGF a donc été greffé sur la CS. Le revêtement de CS+EGF a démontré une bonne uniformité et bioactivité sur des surfaces de verre aminé. iii iv Dans une 3ème étape, afin de permettre de transposer ce revêtement bioactif sur des implants, plusieurs méthodes permettant de créer des groupements d’amines primaires sur les biomatériaux polymériques comme le PET ou le ePTFE ont été étudiées. La polymérisation par plasma a été choisie pour créer le revêtement CS+EGF à la surface de PET. Une fois de plus, celui-ci a permis d’inhiber l’apoptose des CMLV, dans des conditions pro-apoptotiques, et de favoriser la croissance des cellules. Le revêtement de CS et d’EGF, déposé sur des surfaces aminées, possède des caractéristiques biologiques intéressantes et semble donc prometteur pour favoriser une meilleure guérison autour des SG.

Étude clinique randomisée prospective du taux de survie d'un fil lingual mandibulaire de rétention utilisant les méthodes de collage direct et indirect à court et moyen termes

Introduction : Après un traitement orthodontique, la rétention (ou contention) est essentielle pour éviter les récidives vers la malocclusion initiale. Le fil de rétention lingual est un appareil fixe, relativement facile à installer et bien accepté par les patients pour maintenir la position finale des dents antérieures inférieures. Étant de plus en plus utilisé, il devient important de s’assurer de sa fiabilité pour la stabilité de l’alignement dentaire. Objectif : Le but de cette étude clinique randomisée prospective est de déterminer le taux de survie d’un fil lingual mandibulaire de rétention en comparant les méthodes de collage direct et de collage indirect à court et moyen termes. Méthodologie : L’échantillon est constitué de 117 patients consécutifs aléatoirement distribués dans 2 groupes : collage direct (n=58) et collage indirect (n=59). Les fils torsadés de diamètre 0,0175’’ sont préformés par un technicien de laboratoire soit selon la méthode de collage direct, soit selon la méthode de collage indirect. Une matrice de transfert en silicone assure le positionnement précis du fil lingual en bouche. Assure® et Filtek™ Flow ont été utilisés pour le collage direct. Filtek™ Flow, Assure®, and Sondhi™ ont été utilisés pour le collage indirect. Les fils de rétention ont été évalués pour le décollement, l’infiltration, la distorsion et le bris à 2 mois (T1) et 6 mois (T2). Résultats : À T1, le taux de survie du fil de rétention est de 90,2% pour le groupe de collage direct, comparativement à 79,5% pour le groupe de collage indirect (p=0,232). À T2, le fil est resté intact pour 74,1% des participants dans le groupe de collage direct et pour 70,0% des participants dans le groupe de collage indirect (p=0,481). Les différences ne sont pas statistiquement significatives entre les 2 groupes. La fréquence du décollement est plus haute que les autres problèmes enregistrés à T1 (p<0,022), représentant 85,7% des échecs. À T2, le décollement est plus fréquent que la distorsion ou le bris (p<0,04), mais pas statistiquement plus fréquent que l’infiltration (p=0,109). Il représente alors 86,4% des échecs. Conclusion : Le décollement est la principale cause d’échec d’un fil de rétention lingual. Il n’y a pas de différence statistiquement significative du taux de survie d’un fil lingual mandibulaire de rétention entre les techniques de collage direct et de collage indirect à court et moyen termes.

Supramolecular polymers azo-containing : photo-responsive block copolymer elastomers and homopolymers

Beaucoup d'efforts dans le domaine des matériaux polymères sont déployés pour développer de nouveaux matériaux fonctionnels pour des applications spécifiques, souvent très sophistiquées, en employant des méthodes simplifiées de synthèse et de préparation. Cette thèse porte sur les polymères photosensibles – i.e. des matériaux fonctionnels qui répondent de diverses manières à la lumière – qui sont préparés à l'aide de la chimie supramoléculaire – i.e. une méthode de préparation qui repose sur l'auto-assemblage spontané de motifs moléculaires plus simples via des interactions non covalentes pour former le matériau final désiré. Deux types de matériaux photosensibles ont été ciblés, à savoir les élastomères thermoplastiques à base de copolymères à blocs (TPE) et les complexes d'homopolymères photosensibles. Les TPEs sont des matériaux bien connus, et même commercialisés, qui sont généralement composés d’un copolymère tribloc, avec un bloc central très flexible et des blocs terminaux rigides qui présentent une séparation de phase menant à des domaines durs isolés, composés des blocs terminaux rigides, dans une matrice molle formée du bloc central flexible, et ils ont l'avantage d'être recyclable. Pour la première fois, au meilleur de notre connaissance, nous avons préparé ces matériaux avec des propriétés photosensibles, basé sur la complexation supramoléculaire entre un copolymère tribloc simple parent et une petite molécule possédant une fonctionnalité photosensible via un groupe azobenzène. Plus précisément, il s’agit de la complexation ionique entre la forme quaternisée d'un copolymère à blocs, le poly(méthacrylate de diméthylaminoéthyle)-poly(acrylate de n-butyle)-poly(méthacrylate de diméthylaminoéthyle) (PDM-PnBA-PDM), synthétisé par polymérisation radicalaire par transfert d’atomes (ATRP), et l'orange de méthyle (MO), un composé azo disponible commercialement comportant un groupement SO3 -. Le PnBA possède une température de transition vitreuse en dessous de la température ambiante (-46 °C) et les blocs terminaux de PDM complexés avec le MO ont une température de transition vitreuse élevée (140-180 °C, en fonction de la masse molaire). Des tests simples d'élasticité montrent que les copolymères à blocs complexés avec des fractions massiques allant de 20 à 30% présentent un caractère élastomère. Des mesures d’AFM et de TEM (microscopie à force atomique et électronique à ii transmission) de films préparés à l’aide de la méthode de la tournette, montrent une corrélation entre le caractère élastomère et les morphologies où les blocs rigides forment une phase minoritaire dispersée (domaines sphériques ou cylindriques courts). Une phase dure continue (morphologie inversée) est observée pour une fraction massique en blocs rigides d'environ 37%, ce qui est beaucoup plus faible que celle observée pour les copolymères à blocs neutres, dû aux interactions ioniques. La réversibilité de la photoisomérisation a été démontrée pour ces matériaux, à la fois en solution et sous forme de film. La synthèse du copolymère à blocs PDM-PnBA-PDM a ensuite été optimisée en utilisant la technique d'échange d'halogène en ATRP, ainsi qu’en apportant d'autres modifications à la recette de polymérisation. Des produits monodisperses ont été obtenus à la fois pour la macroamorceur et le copolymère à blocs. À partir d'un seul copolymère à blocs parent, une série de copolymères à blocs partiellement/complètement quaternisés et complexés ont été préparés. Des tests préliminaires de traction sur les copolymères à blocs complexés avec le MO ont montré que leur élasticité est corrélée avec la fraction massique du bloc dur, qui peut être ajustée par le degré de quaternisation et de complexation. Finalement, une série de complexes d'homopolymères auto-assemblés à partir du PDM et de trois dérivés azobenzènes portant des groupes (OH, COOH et SO3) capables d'interactions directionnelles avec le groupement amino du PDM ont été préparés, où les dérivés azo sont associés avec le PDM, respectivement, via des interactions hydrogène, des liaisons ioniques combinées à une liaison hydrogène à travers un transfert de proton (acidebase), et des interactions purement ioniques. L'influence de la teneur en azo et du type de liaison sur la facilité d’inscription des réseaux de diffraction (SRG) a été étudiée. L’efficacité de diffraction des SRGs et la profondeur des réseaux inscrits à partir de films préparés à la méthode de la tournette montrent que la liaison ionique et une teneur élevée en azo conduit à une formation plus efficace des SRGs.

Thermal diffusivity of rhodamine 6G incorporated in silver nanofluid measured using mode-matched thermal lens technique

Dual beam mode-matched thermal lens method has been employed to measure the heat diffusion in nanofluid of silver with various volumes of rhodamine 6G, both dispersed in water. The important observation is an indication of temperature dependent diffusivity and that the overall heat diffusion is slower in the chemically prepared Ag sol compared to that of water. The experimental results can be explained assuming that Brownian motion is the main mechanism of heat transfer under the present experimental conditions. Light induced aggregation of the nanoparticles can also result in an anomalous diffusion behavior.

Thermal characterization of intrinsic and extrinsic InP using photoacoustic technique

An open photoacoustic cell operating in the low range of chopping frequency has been employed to evaluate the thermal diffusivity values of intrinsic InP and InP doped with S, Sn and Fe. The experimental set-up is calibrated by the evaluation of thermal diffusivity value of pure Si and GaAs. The present investigation shows that doped samples show a reduced value for thermal diffusivity compared to intrinsic sample. From the analysis of data it is also seen that nature of dopant clearly influences the thermal diffusivity value of semiconductors. The results are explained in terms of phonon assisted heat transfer mechanism in semiconductors

Thermal characterization of intrinsic and extrinsic InP using photoacoustic technique

An open photoacoustic cell operating in the low range of chopping frequency has been employed to evaluate the thermal diffusivity values of intrinsic InP and InP doped with S, Sn and Fe. The experimental set-up is calibrated by the evaluation of thermal diffusivity value of pure Si and GaAs. The present investigation shows that doped samples show a reduced value for thermal diffusivity compared to intrinsic sample. From the analysis of data it is also seen that nature of dopant clearly influences the thermal diffusivity value of semiconductors. The results are explained in terms of phonon assisted heat transfer mechanism in semiconductors

Thermal characterization of intrinsic and extrinsic InP using photoacoustic technique

An open photoacoustic cell operating in the low range of chopping frequency has been employed to evaluate the thermal diffusivity values of intrinsic InP and InP doped with S, Sn and Fe. The experimental set-up is calibrated by the evaluation of thermal diffusivity value of pure Si and GaAs. The present investigation shows that doped samples show a reduced value for thermal diffusivity compared to intrinsic sample. From the analysis of data it is also seen that nature of dopant clearly influences the thermal diffusivity value of semiconductors. The results are explained in terms of phonon assisted heat transfer mechanism in semiconductors

Characterization of Selected Photonic Materials and Systems Using Photoacoustic Technique

The photoacoustic investigations carried out on different photonic materials are presented in this thesis. Photonic materials selected for the investigation are tape cast ceramics, muItilayer dielectric coatings, organic dye doped PVA films and PMMA matrix doped with dye mixtures. The studies are performed by the measurement of photoacoustic signal generated as a result of modulated cw laser irradiation of samples. The gas-microphone scheme is employed for the detection of photoacoustic signal. The different measurements reported here reveal the adaptability and utility of the PA technique for the characterization of photonic materials.Ceramics find applications in the field of microelectronics industry. Tape cast ceramics are the building blocks of many electronic components and certain ceramic tapes are used as thermal barriers. The thermal parameters of these tapes will not be the same as that of thin films of the same materials. Parameters are influenced by the presence of foreign bodies in the matrix and the sample preparation technique. Measurements are done on ceramic tapes of Zirconia, Zirconia-Alumina combination, barium titanate, barium tin titanate, silicon carbide, lead zirconate titanateil'Z'T) and lead magnesium niobate titanate(PMNPT). Various configurations viz. heat reflection geometry and heat transmission geometry of the photoacoustic technique have been used for the evaluation of different thermal parameters of the sample. Heat reflection geometry of the PA cell has been used for the evaluation of thermal effusivity and heat transmission geometry has been made use of in the evaluation of thermal diffusivity. From the thermal diffusivity and thermal effusivity values, thermal conductivity is also calculated. The calculated values are nearly the same as the values reported for pure materials. This shows the feasibility of photoacoustic technique for the thermal characterization of ceramic tapes.Organic dyes find applications as holographic recording medium and as active media for laser operations. Knowledge of the photochemical stability of the material is essential if it has to be used tor any of these applications. Mixing one dye with another can change the properties of the resulting system. Through careful mixing of the dyes in appropriate proportions and incorporating them in polymer matrices, media of required stability can be prepared. Investigations are carried out on Rhodamine 6GRhodamine B mixture doped PMMA samples. Addition of RhB in small amounts is found to stabilize Rh6G against photodegradation and addition of Rh6G into RhB increases the photosensitivity of the latter. The PA technique has been successfully employed for the monitoring of dye mixture doped PMMA sample. The same technique has been used for the monitoring of photodegradation ofa laser dye, cresyl violet doped polyvinyl alcohol also.Another important application of photoacoustic technique is in nondestructive evaluation of layered samples. Depth profiling capability of PA technique has been used for the non-destructive testing of multilayer dielectric films, which are highly reflecting in the wavelength range selected for investigations. Eventhough calculation of thickness of the film is not possible, number of layers present in the system can be found out using PA technique. The phase plot has clear step like discontinuities, the number of which coincides with the number of layers present in the multilayer stack. This shows the sensitivity of PA signal phase to boundaries in a layered structure. This aspect of PA signal can be utilized in non-destructive depth profiling of reflecting samples and for the identification of defects in layered structures.

Characterization of Photonic Materials Using Thermal Lens Technique

The subject of Photonics is concerned with the generation,control and utilization of photons for performing a variety of tasks.It came to existence as a consequence of the harmonious fusion of optical methods with electronic technology.Wide spread use of laser based methods in electronics is slowly replacing elecrtons with photons in the field of Communication,Control and Computing .Therefore,there is a need to promote the R & D activities in the area of Photonics and to generate well trained manpower in laser related fields.Development and characterization of photonic materials is an important subject of research in the field of Photonics.Optical and thermal characterization of photonic materials using thermal lens technique is a PhD thesis in the field of Photonics in which the author describes how thermal lens effect can be used to characterize themal and optical properties of photonic materials.Plausibility of thermal lens based logic gates is also presented in this thesis.