Wavelength converters based on four-wave mixing in semiconductor optical amplifiers for advanced modulation formats

Les convertisseurs de longueur d’onde sont essentiels pour la réalisation de réseaux de communications optiques à routage en longueur d’onde. Dans la littérature, les convertisseurs de longueur d’onde basés sur le mélange à quatre ondes dans les amplificateurs optiques à semi-conducteur constituent une solution extrêmement intéressante, et ce, en raison de leurs nombreuses caractéristiques nécessaires à l’implémentation de tels réseaux de communications. Avec l’émergence des systèmes commerciaux de détection cohérente, ainsi qu’avec les récentes avancées dans le domaine du traitement de signal numérique, il est impératif d’évaluer la performance des convertisseurs de longueur d’onde, et ce, dans le contexte des formats de modulation avancés. Les objectifs de cette thèse sont : 1) d’étudier la faisabilité des convertisseurs de longueur d’onde basés sur le mélange à quatre ondes dans les amplificateurs optiques à semi-conducteur pour les formats de modulation avancés et 2) de proposer une technique basée sur le traitement de signal numérique afin d’améliorer leur performance. En premier lieu, une étude expérimentale de la conversion de longueur d’onde de formats de modulation d’amplitude en quadrature (quadrature amplitude modulation - QAM) est réalisée. En particulier, la conversion de longueur d’onde de signaux 16-QAM à 16 Gbaud et 64-QAM à 5 Gbaud dans un amplificateur optique à semi-conducteur commercial est réalisée sur toute la bande C. Les résultats démontrent qu’en raison des distorsions non-linéaires induites sur le signal converti, le point d’opération optimal du convertisseur de longueur d’onde est différent de celui obtenu lors de la conversion de longueur d’onde de formats de modulation en intensité. En effet, dans le contexte des formats de modulation avancés, c’est le compromis entre la puissance du signal converti et les non-linéarités induites qui détermine le point d’opération optimal du convertisseur de longueur d’onde. Les récepteurs cohérents permettent l’utilisation de techniques de traitement de signal numérique afin de compenser la détérioration du signal transmis suite à sa détection. Afin de mettre à profit les nouvelles possibilités offertes par le traitement de signal numérique, une technique numérique de post-compensation des distorsions induites sur le signal converti, basée sur une analyse petit-signal des équations gouvernant la dynamique du gain à l’intérieur des amplificateurs optiques à semi-conducteur, est développée. L’efficacité de cette technique est démontrée à l’aide de simulations numériques et de mesures expérimentales de conversion de longueur d’onde de signaux 16-QAM à 10 Gbaud et 64-QAM à 5 Gbaud. Cette méthode permet d’améliorer de façon significative les performances du convertisseur de longueur d’onde, et ce, principalement pour les formats de modulation avancés d’ordre supérieur tel que 64-QAM. Finalement, une étude expérimentale exhaustive de la technique de post-compensation des distorsions induites sur le signal converti est effectuée pour des signaux 64-QAM. Les résultats démontrent que, même en présence d’un signal à bruité à l’entrée du convertisseur de longueur d’onde, la technique proposée améliore toujours la qualité du signal reçu. De plus, une étude du point d’opération optimal du convertisseur de longueur d’onde est effectuée et démontre que celui-ci varie en fonction des pertes optiques suivant la conversion de longueur d’onde. Dans un réseau de communication optique à routage en longueur d’onde, le signal est susceptible de passer par plusieurs étages de conversion de longueur d’onde. Pour cette raison, l’efficacité de la technique de post-compensation est démontrée, et ce pour la première fois dans la littérature, pour deux étages successifs de conversion de longueur d’onde de signaux 64-QAM à 5 Gbaud. Les résultats de cette thèse montrent que les convertisseurs de longueur d’ondes basés sur le mélange à quatre ondes dans les amplificateurs optiques à semi-conducteur, utilisés en conjonction avec des techniques de traitement de signal numérique, constituent une technologie extrêmement prometteuse pour les réseaux de communications optiques modernes à routage en longueur d’onde.

Cloud-radar observations of insects in the UK convective boundary layer

Radar has been applied to the study of insect migration for almost 40 years, but most entomological radars operate at X-band (9.4 GHz, 3.2 cm wavelength), and can only detect individuals of relatively large species, such as migratory grasshoppers and noctuid moths, over all of their flight altitudes. Many insects (including economically important species) are much smaller than this, but development of the requisite higher power and/or higher frequency radar systems to detect these species is often prohibitively expensive. In this paper, attention is focussed upon the uses of some recently-deployed meteorological sensing devices to investigate insect migratory flight behaviour, and especially its interactions with boundary layer processes. Records were examined from the vertically-pointing 35 GHz ‘Copernicus’ and 94 GHz ‘Galileo’ cloud radars at Chilbolton (Hampshire, England) for 12 cloudless and convective occasions in summer 2003, and one of these occasions (13 July) is presented in detail. Insects were frequently found at heights above aerosol particles, which represent passive tracers, indicating active insect movement. It was found that insect flight above the convective boundary layer occurs most often during the morning. The maximum radar reflectivity (an indicator of aerial insect biomass) was found to be positively correlated with maximum screen temperature.

Aircraft hazard assessment from a clear-air radar and meteorological tower study of gravity wave events /

"June 1983."

Possible hyperdeformed band in (36)Ar observed in (12)C+(24)Mg elastic scattering

Fifteen strongly oscillating angular distributions of the elastic scattering of (12)C + (24)Mg at energies around the Coulomb barrier (E(c.m). = 10.67-16.00 MeV) are reproduced by adding five Breit-Wigner resonance terms to the l = 2, 4, 6, 7, and 8 elastic S matrix. The nonresonant, background elastic scattering S matrix S(l)(0) is calculated using the Sao Paulo potential. The J = 2, 4, 6, 7, and 8 (h) over bar molecular resonances fit well into a rotational molecular band, together with other higher lying resonances observed in the (16)O + (20)Ne elastic scattering. We propose that the presently observed, largely deformed molecular band corresponds to the hyperdeformed band, which has been found previously in alpha-cluster calculations, as well as in a new Nilsson model calculation. Systematic study of its possible clusterizations predicts the preference of the (12)C + (24)Mg and (16)O + (20)Ne molecular structure, in accordance with our present results.

Comparative analysis of triple band S-C-L erbium-doped fibre and semiconductor optical amplifier for CWDM applications

The authors present a comparative analysis between a triple-band S-C-L erbium-doped fibre amplifier and a commercial semiconductor optical amplifier in a CWDM application scenario. Both technologies were characterised for gain and noise figures from 1480 to 1610 nm (S, C and L bands) and their systemic performances were evaluated in terms of bit error rate measurements for a wide range of optical power levels.

Nordisches Plankton : botanischer teil, band 8, [hrsg. von K. Brandt und C. Apstein, unter Mitwirkung von Bergendal ... et al.].

Bd.8,hft.18-22,c.1

Nordisches Plankton : botanischer teil, band 8, [hrsg. von K. Brandt und C. Apstein, unter Mitwirkung von Bergendal ... et al.].

Bd.8,hft.18

Nordisches Plankton : botanischer teil, band 8, [hrsg. von K. Brandt und C. Apstein, unter Mitwirkung von Bergendal ... et al.].

Bd.8,hft.13

Nordisches Plankton : botanischer teil, band 8, [hrsg. von K. Brandt und C. Apstein, unter Mitwirkung von Bergendal ... et al.].

Bd.8,hft.12

Exploration of alpine orographic precipitation patterns with radar image processing and clustering techniques

A methodology of exploratory data analysis investigating the phenomenon of orographic precipitation enhancement is proposed. The precipitation observations obtained from three Swiss Doppler weather radars are analysed for the major precipitation event of August 2005 in the Alps. Image processing techniques are used to detect significant precipitation cells/pixels from radar images while filtering out spurious effects due to ground clutter. The contribution of topography to precipitation patterns is described by an extensive set of topographical descriptors computed from the digital elevation model at multiple spatial scales. Additionally, the motion vector field is derived from subsequent radar images and integrated into a set of topographic features to highlight the slopes exposed to main flows. Following the exploratory data analysis with a recent algorithm of spectral clustering, it is shown that orographic precipitation cells are generated under specific flow and topographic conditions. Repeatability of precipitation patterns in particular spatial locations is found to be linked to specific local terrain shapes, e.g. at the top of hills and on the upwind side of the mountains. This methodology and our empirical findings for the Alpine region provide a basis for building computational data-driven models of orographic enhancement and triggering of precipitation. Copyright (C) 2011 Royal Meteorological Society .

Modelling of weather radar echoes from anomalous propagation using a hybrid parabolic equation method and NWP model data

Contamination of weather radar echoes by anomalous propagation (anaprop) mechanisms remains a serious issue in quality control of radar precipitation estimates. Although significant progress has been made identifying clutter due to anaprop there is no unique method that solves the question of data reliability without removing genuine data. The work described here relates to the development of a software application that uses a numerical weather prediction (NWP) model to obtain the temperature, humidity and pressure fields to calculate the three dimensional structure of the atmospheric refractive index structure, from which a physically based prediction of the incidence of clutter can be made. This technique can be used in conjunction with existing methods for clutter removal by modifying parameters of detectors or filters according to the physical evidence for anomalous propagation conditions. The parabolic equation method (PEM) is a well established technique for solving the equations for beam propagation in a non-uniformly stratified atmosphere, but although intrinsically very efficient, is not sufficiently fast to be practicable for near real-time modelling of clutter over the entire area observed by a typical weather radar. We demonstrate a fast hybrid PEM technique that is capable of providing acceptable results in conjunction with a high-resolution terrain elevation model, using a standard desktop personal computer. We discuss the performance of the method and approaches for the improvement of the model profiles in the lowest levels of the troposphere.

Improving QPF by blending techniques at the Meteorological Service of Catalonia

The current operational very short-term and short-term quantitative precipitation forecast (QPF) at the Meteorological Service of Catalonia (SMC) is made by three different methodologies: Advection of the radar reflectivity field (ADV), Identification, tracking and forecasting of convective structures (CST) and numerical weather prediction (NWP) models using observational data assimilation (radar, satellite, etc.). These precipitation forecasts have different characteristics, lead time and spatial resolutions. The objective of this study is to combine these methods in order to obtain a single and optimized QPF at each lead time. This combination (blending) of the radar forecast (ADV and CST) and precipitation forecast from NWP model is carried out by means of different methodologies according to the prediction horizon. Firstly, in order to take advantage of the rainfall location and intensity from radar observations, a phase correction technique is applied to the NWP output to derive an additional corrected forecast (MCO). To select the best precipitation estimation in the first and second hour (t+1 h and t+2 h), the information from radar advection (ADV) and the corrected outputs from the model (MCO) are mixed by using different weights, which vary dynamically, according to indexes that quantify the quality of these predictions. This procedure has the ability to integrate the skill of rainfall location and patterns that are given by the advection of radar reflectivity field with the capacity of generating new precipitation areas from the NWP models. From the third hour (t+3 h), as radar-based forecasting has generally low skills, only the quantitative precipitation forecast from model is used. This blending of different sources of prediction is verified for different types of episodes (convective, moderately convective and stratiform) to obtain a robust methodology for implementing it in an operational and dynamic way.

Effects of anomalous propagation conditions on weather radar observations

In this chapter our objective is to provide an overview of the effects of anomalous propagation conditions on weather radar observations, based mostly on studies performed by the authors during the last decade, summarizing results from recent publications, presentations, or unpublished material. We believe this chapter may be useful as an introductory text for graduate students, or researchers and practitioners dealing with this topic. Throughout the text a spherical symmetric atmosphere is assumed and the focus is on the occurrence of ground and sea clutter and subsequent problems for weather radar applications. Other related topics such as long-path, over-the-horizon propagation and detection of radar targets (either clutter or weather systems) at long ranges is not considered here; however readers should be aware of the potential problems these phenomena may have as range aliasing may cause these echoes appear nearer than they are ¿ for more details see the discussion about second trip echoes by Zrnic, this volume.

L’utilisation de la polarimétrie radar et de la décomposition de Touzi pour la caractérisation et la classification des physionomies végétales des milieux humides : le cas du Lac Saint-Pierre.

Les milieux humides remplissent plusieurs fonctions écologiques d’importance et contribuent à la biodiversité de la faune et de la flore. Même s’il existe une reconnaissance croissante sur l’importante de protéger ces milieux, il n’en demeure pas moins que leur intégrité est encore menacée par la pression des activités humaines. L’inventaire et le suivi systématique des milieux humides constituent une nécessité et la télédétection est le seul moyen réaliste d’atteindre ce but. L’objectif de cette thèse consiste à contribuer et à améliorer la caractérisation des milieux humides en utilisant des données satellites acquises par des radars polarimétriques en bande L (ALOS-PALSAR) et C (RADARSAT-2). Cette thèse se fonde sur deux hypothèses (chap. 1). La première hypothèse stipule que les classes de physionomies végétales, basées sur la structure des végétaux, sont plus appropriées que les classes d’espèces végétales car mieux adaptées au contenu informationnel des images radar polarimétriques. La seconde hypothèse stipule que les algorithmes de décompositions polarimétriques permettent une extraction optimale de l’information polarimétrique comparativement à une approche multipolarisée basée sur les canaux de polarisation HH, HV et VV (chap. 3). En particulier, l’apport de la décomposition incohérente de Touzi pour l’inventaire et le suivi de milieux humides est examiné en détail. Cette décomposition permet de caractériser le type de diffusion, la phase, l’orientation, la symétrie, le degré de polarisation et la puissance rétrodiffusée d’une cible à l’aide d’une série de paramètres extraits d’une analyse des vecteurs et des valeurs propres de la matrice de cohérence. La région du lac Saint-Pierre a été sélectionnée comme site d’étude étant donné la grande diversité de ses milieux humides qui y couvrent plus de 20 000 ha. L’un des défis posés par cette thèse consiste au fait qu’il n’existe pas de système standard énumérant l’ensemble possible des classes physionomiques ni d’indications précises quant à leurs caractéristiques et dimensions. Une grande attention a donc été portée à la création de ces classes par recoupement de sources de données diverses et plus de 50 espèces végétales ont été regroupées en 9 classes physionomiques (chap. 7, 8 et 9). Plusieurs analyses sont proposées pour valider les hypothèses de cette thèse (chap. 9). Des analyses de sensibilité par diffusiogramme sont utilisées pour étudier les caractéristiques et la dispersion des physionomies végétales dans différents espaces constitués de paramètres polarimétriques ou canaux de polarisation (chap. 10 et 12). Des séries temporelles d’images RADARSAT-2 sont utilisées pour approfondir la compréhension de l’évolution saisonnière des physionomies végétales (chap. 12). L’algorithme de la divergence transformée est utilisé pour quantifier la séparabilité entre les classes physionomiques et pour identifier le ou les paramètres ayant le plus contribué(s) à leur séparabilité (chap. 11 et 13). Des classifications sont aussi proposées et les résultats comparés à une carte existante des milieux humide du lac Saint-Pierre (14). Finalement, une analyse du potentiel des paramètres polarimétrique en bande C et L est proposé pour le suivi de l’hydrologie des tourbières (chap. 15 et 16). Les analyses de sensibilité montrent que les paramètres de la 1re composante, relatifs à la portion dominante (polarisée) du signal, sont suffisants pour une caractérisation générale des physionomies végétales. Les paramètres des 2e et 3e composantes sont cependant nécessaires pour obtenir de meilleures séparabilités entre les classes (chap. 11 et 13) et une meilleure discrimination entre milieux humides et milieux secs (chap. 14). Cette thèse montre qu’il est préférable de considérer individuellement les paramètres des 1re, 2e et 3e composantes plutôt que leur somme pondérée par leurs valeurs propres respectives (chap. 10 et 12). Cette thèse examine également la complémentarité entre les paramètres de structure et ceux relatifs à la puissance rétrodiffusée, souvent ignorée et normalisée par la plupart des décompositions polarimétriques. La dimension temporelle (saisonnière) est essentielle pour la caractérisation et la classification des physionomies végétales (chap. 12, 13 et 14). Des images acquises au printemps (avril et mai) sont nécessaires pour discriminer les milieux secs des milieux humides alors que des images acquises en été (juillet et août) sont nécessaires pour raffiner la classification des physionomies végétales. Un arbre hiérarchique de classification développé dans cette thèse constitue une synthèse des connaissances acquises (chap. 14). À l’aide d’un nombre relativement réduit de paramètres polarimétriques et de règles de décisions simples, il est possible d’identifier, entre autres, trois classes de bas marais et de discriminer avec succès les hauts marais herbacés des autres classes physionomiques sans avoir recours à des sources de données auxiliaires. Les résultats obtenus sont comparables à ceux provenant d’une classification supervisée utilisant deux images Landsat-5 avec une exactitude globale de 77.3% et 79.0% respectivement. Diverses classifications utilisant la machine à vecteurs de support (SVM) permettent de reproduire les résultats obtenus avec l’arbre hiérarchique de classification. L’exploitation d’une plus forte dimensionalitée par le SVM, avec une précision globale maximale de 79.1%, ne permet cependant pas d’obtenir des résultats significativement meilleurs. Finalement, la phase de la décomposition de Touzi apparaît être le seul paramètre (en bande L) sensible aux variations du niveau d’eau sous la surface des tourbières ouvertes (chap. 16). Ce paramètre offre donc un grand potentiel pour le suivi de l’hydrologie des tourbières comparativement à la différence de phase entre les canaux HH et VV. Cette thèse démontre que les paramètres de la décomposition de Touzi permettent une meilleure caractérisation, de meilleures séparabilités et de meilleures classifications des physionomies végétales des milieux humides que les canaux de polarisation HH, HV et VV. Le regroupement des espèces végétales en classes physionomiques est un concept valable. Mais certaines espèces végétales partageant une physionomie similaire, mais occupant un milieu différent (haut vs bas marais), ont cependant présenté des différences significatives quant aux propriétés de leur rétrodiffusion.

A novel radar-absorbing-material based on EBG structure

An innovative phaseshifterless, wideband, micrustrip leaky-wave antenna with an electronically steerable dual-pencil-beam pattern in the H-plane is presented. The log-periodic geometry of the leaky slots of the antenna results in a wide bandwidth of 25.19%. The Jan beam can he steered up to 14° over the wide resonating band of the anteww. The beam is also steerable at a fixed frequency. by reactivelty loading the slots and a maximum steering angle of about 14° is ohserved. for different capacitor values with an improved bandwidth of 33 _i%. This concept is studied using passive components but it can be extended to varactors