Broadly tunable quantum-dot based ultra-short pulse laser system with different diffraction grating orders

A broadly tunable quantum-dot based ultra-short pulse master oscillator power amplifier with different diffraction grating orders as an external-cavity resonance feedback is studied. A broader tuning range, narrower optical spectra as well as higher peak power spectal density (maximun of 1.37 W/nm) from the second-order diffraction beam are achieved compared to those from the first-order diffraction beam in spite of slightly broader pulse duration from the secondorder diffraction. © The Institution of Engineering and Technology 2013.

Environmentally stable high-power soliton fiber lasers that use chirped fiber Bragg gratings

Environmentally stable high-power erbium fiber soliton lasers are constructed by Kerr or carrier-type mode locking. We obtain high-energy pulses by using relatively short fiber lengths and providing large amounts of negative dispersion with chirped fiber Bragg gratings. The pulse energies and widths generated with both types of soliton laser are found to scale with the square root of the cavity dispersion. Kerr mode locking requires pulses with an approximately three times higher nonlinear phase shift in the cavity than carrier mode locking, which leads to the generation of slightly shorter pulses with as much as seven times higher pulse energies at the mode-locking threshold.

Novel evaluation procedure for internal and extraction efficiency of high-power blue LEDs

Internal quantum efficiency (IQE) of a high-brightness blue LED has been evaluated from the external quantum efficiency measured as a function of current at room temperature. Processing the data with a novel evaluation procedure based on the ABC-model, we have determined separately IQE of the LED structure and light extraction efficiency (LEE) of UX:3 chip. Full text Nowadays, understanding of LED efficiency behavior at high currents is quite critical to find ways for further improve­ment of III-nitride LED performance [1]. External quantum ef­ficiency ηe (EQE) provides integral information on the recom­bination and photon emission processes in LEDs. Meanwhile EQE is the product of IQE ηi and LEE ηext at negligible car­rier leakage from the active region. Separate determination of IQE and LEE would be much more helpful, providing correla­tion between these parameters and specific epi-structure and chip design. In this paper, we extend the approach of [2,3] to the whole range of the current/optical power variation, provid­ing an express tool for separate evaluation of IQE and LEE. We studied an InGaN-based LED fabricated by Osram OS. LED structure grown by MOCVD on sapphire substrate was processed as UX:3 chip and mounted into the Golden Dragon package without molding. EQE was measured with Labsphere CDS-600 spectrometer. Plotting EQE versus output power P and finding the power Pm corresponding to EQE maximum ηm enables comparing the measurements with the analytical rela­tionships ηi = Q/(Q+p1/2+p-1/2) ,p = P/Pm , and Q = B/(AC) 1/2 where A, Band C are recombination constants [4]. As a result, maximum IQE value equal to QI(Q+2) can be found from the ratio ηm/ηe plotted as a function of p1/2 +p1-1/2 (see Fig.la) and then LEE calculated as ηext = ηm (Q+2)/Q . Experimental EQE as a function of normalized optical power p is shown in Fig. 1 b along with the analytical approximation based on the ABC­model. The approximation fits perfectly the measurements in the range of the optical power (or operating current) variation by eight orders of magnitude. In conclusion, new express method for separate evaluation of IQE and LEE of III-nitride LEDs is suggested and applied to characterization of a high-brightness blue LED. With this method, we obtained LEE from the free chip surface to the air as 69.8% and IQE as 85.7% at the maximum and 65.2% at the operation current 350 rnA. [I] G. Verzellesi, D. Saguatti, M. Meneghini, F. Bertazzi, M. Goano, G. Meneghesso, and E. Zanoni, "Efficiency droop in InGaN/GaN blue light-emitting diodes: Physical mechanisms and remedies," 1. AppL Phys., vol. 114, no. 7, pp. 071101, Aug., 2013. [2] C. van Opdorp and G. W. 't Hooft, "Method for determining effective non radiative lifetime and leakage losses in double-heterostructure las­ers," 1. AppL Phys., vol. 52, no. 6, pp. 3827-3839, Feb., 1981. [3] M. Meneghini, N. Trivellin, G. Meneghesso, E. Zanoni, U. Zehnder, and B. Hahn, "A combined electro-optical method for the determination of the recombination parameters in InGaN-based light-emitting diodes," 1. AppL Phys., vol. 106, no. II, pp. 114508, Dec., 2009. [4] Qi Dai, Qifeng Shan, ling Wang, S. Chhajed, laehee Cho, E. F. Schubert, M. H. Crawford, D. D. Koleske, Min-Ho Kim, and Yongjo Park, "Carrier recombination mechanisms and efficiency droop in GalnN/GaN light-emitting diodes," App/. Phys. Leu., vol. 97, no. 13, pp. 133507, Sept., 2010. © 2014 IEEE.

Low-linewidth and tunable single frequency 1x2 multimode-interferometer-Fabry-Perot laser diode

In this paper, we present a novel 1x2 multi-mode-interferometer-Fabry-Perot (MMI-FP) laser diode, which demonstrated tunable single frequency operation with more than 30dB side mode suppression ratio (SMSR) and a tuning range of 25nm in the C and L bands, as well as a 750 kHz linewidth. These lasers do not require material regrowth and high resolution gratings; resulting in a simpler process that can significantly increase the yield and reduce the cost.

High volume fabrication of laser targets using MEMS techniques

The latest techniques for the fabrication of high power laser targets, using processes developed for the manufacture of Micro-Electro-Mechanical System (MEMS) devices are discussed. These laser targets are designed to meet the needs of the increased shot numbers that are available in the latest design of laser facilities. Traditionally laser targets have been fabricated using conventional machining or coarse etching processes and have been produced in quantities of 10s to low 100s. Such targets can be used for high complexity experiments such as Inertial Fusion Energy (IFE) studies and can have many complex components that need assembling and characterisation with high precision. Using the techniques that are common to MEMS devices and integrating these with an existing target fabrication capability we are able to manufacture and deliver targets to these systems. It also enables us to manufacture novel targets that have not been possible using other techniques. In addition, developments in the positioning systems that are required to deliver these targets to the laser focus are also required and a system to deliver the target to a focus of an F2 beam at 0.1Hz is discussed.

Development of ultra-high-performance concrete (UHPC) using waste glass materials ─ towards innovative eco-friendly concrete

Le béton conventionnel (BC) a de nombreux problèmes tels que la corrosion de l’acier d'armature et les faibles résistances des constructions en béton. Par conséquent, la plupart des structures fabriquées avec du BC exigent une maintenance fréquent. Le béton fibré à ultra-hautes performances (BFUP) peut être conçu pour éliminer certaines des faiblesses caractéristiques du BC. Le BFUP est défini à travers le monde comme un béton ayant des propriétés mécaniques, de ductilité et de durabilité supérieures. Le BFUP classique comprend entre 800 kg/m³ et 1000 kg/m³ de ciment, de 25 à 35% massique (%m) de fumée de silice (FS), de 0 à 40%m de poudre de quartz (PQ) et 110-140%m de sable de quartz (SQ) (les pourcentages massiques sont basés sur la masse totale en ciment des mélanges). Le BFUP contient des fibres d'acier pour améliorer sa ductilité et sa résistance aux efforts de traction. Les quantités importantes de ciment utilisées pour produire un BFUP affectent non seulement les coûts de production et la consommation de ressources naturelles comme le calcaire, l'argile, le charbon et l'énergie électrique, mais affectent également négativement les dommages sur l'environnement en raison de la production substantielle de gaz à effet de serre dont le gas carbonique (CO[indice inférieur 2]). Par ailleurs, la distribution granulométrique du ciment présente des vides microscopiques qui peuvent être remplis avec des matières plus fines telles que la FS. Par contre, une grande quantité de FS est nécessaire pour combler ces vides uniquement avec de la FS (25 à 30%m du ciment) ce qui engendre des coûts élevés puisqu’il s’agit d’une ressource limitée. Aussi, la FS diminue de manière significative l’ouvrabilité des BFUP en raison de sa surface spécifique Blaine élevée. L’utilisation du PQ et du SQ est également coûteuse et consomme des ressources naturelles importantes. D’ailleurs, les PQ et SQ sont considérés comme des obstacles pour l’utilisation des BFUP à grande échelle dans le marché du béton, car ils ne parviennent pas à satisfaire les exigences environnementales. D’ailleurs, un rapport d'Environnement Canada stipule que le quartz provoque des dommages environnementaux immédiats et à long terme en raison de son effet biologique. Le BFUP est généralement vendu sur le marché comme un produit préemballé, ce qui limite les modifications de conception par l'utilisateur. Il est normalement transporté sur de longues distances, contrairement aux composantes des BC. Ceci contribue également à la génération de gaz à effet de serre et conduit à un coût plus élevé du produit final. Par conséquent, il existe le besoin de développer d’autres matériaux disponibles localement ayant des fonctions similaires pour remplacer partiellement ou totalement la fumée de silice, le sable de quartz ou la poudre de quartz, et donc de réduire la teneur en ciment dans BFUP, tout en ayant des propriétés comparables ou meilleures. De grandes quantités de déchets verre ne peuvent pas être recyclées en raison de leur fragilité, de leur couleur, ou des coûts élevés de recyclage. La plupart des déchets de verre vont dans les sites d'enfouissement, ce qui est indésirable puisqu’il s’agit d’un matériau non biodégradable et donc moins respectueux de l'environnement. Au cours des dernières années, des études ont été réalisées afin d’utiliser des déchets de verre comme ajout cimentaire alternatif (ACA) ou comme granulats ultrafins dans le béton, en fonction de la distribution granulométrique et de la composition chimique de ceux-ci. Cette thèse présente un nouveau type de béton écologique à base de déchets de verre à ultra-hautes performances (BEVUP) développé à l'Université de Sherbrooke. Les bétons ont été conçus à l’aide de déchets verre de particules de tailles variées et de l’optimisation granulaire de la des matrices granulaires et cimentaires. Les BEVUP peuvent être conçus avec une quantité réduite de ciment (400 à 800 kg/m³), de FS (50 à 220 kg/m³), de PQ (0 à 400 kg/m³), et de SQ (0-1200 kg/m³), tout en intégrant divers produits de déchets de verre: du sable de verre (SV) (0-1200 kg/m³) ayant un diamètre moyen (d[indice inférieur 50]) de 275 µm, une grande quantité de poudre de verre (PV) (200-700 kg/m³) ayant un d50 de 11 µm, une teneur modérée de poudre de verre fine (PVF) (50-200 kg/m³) avec d[indice inférieur] 50 de 3,8 µm. Le BEVUP contient également des fibres d'acier (pour augmenter la résistance à la traction et améliorer la ductilité), du superplastifiants (10-60 kg/m³) ainsi qu’un rapport eau-liant (E/L) aussi bas que celui de BFUP. Le remplacement du ciment et des particules de FS avec des particules de verre non-absorbantes et lisse améliore la rhéologie des BEVUP. De plus, l’utilisation de la PVF en remplacement de la FS réduit la surface spécifique totale nette d’un mélange de FS et de PVF. Puisque la surface spécifique nette des particules diminue, la quantité d’eau nécessaire pour lubrifier les surfaces des particules est moindre, ce qui permet d’obtenir un affaissement supérieur pour un même E/L. Aussi, l'utilisation de déchets de verre dans le béton abaisse la chaleur cumulative d'hydratation, ce qui contribue à minimiser le retrait de fissuration potentiel. En fonction de la composition des BEVUP et de la température de cure, ce type de béton peut atteindre des résistances à la compression allant de 130 à 230 MPa, des résistances à la flexion supérieures à 20 MPa, des résistances à la traction supérieure à 10 MPa et un module d'élasticité supérieur à 40 GPa. Les performances mécaniques de BEVUP sont améliorées grâce à la réactivité du verre amorphe, à l'optimisation granulométrique et la densification des mélanges. Les produits de déchets de verre dans les BEVUP ont un comportement pouzzolanique et réagissent avec la portlandite générée par l'hydratation du ciment. Cependant, ceci n’est pas le cas avec le sable de quartz ni la poudre de quartz dans le BFUP classique, qui réagissent à la température élevée de 400 °C. L'addition des déchets de verre améliore la densification de l'interface entre les particules. Les particules de déchets de verre ont une grande rigidité, ce qui augmente le module d'élasticité du béton. Le BEVUP a également une très bonne durabilité. Sa porosité capillaire est très faible, et le matériau est extrêmement résistant à la pénétration d’ions chlorure (≈ 8 coulombs). Sa résistance à l'abrasion (indice de pertes volumiques) est inférieure à 1,3. Le BEVUP ne subit pratiquement aucune détérioration aux cycles de gel-dégel, même après 1000 cycles. Après une évaluation des BEVUP en laboratoire, une mise à l'échelle a été réalisée avec un malaxeur de béton industriel et une validation en chantier avec de la construction de deux passerelles. Les propriétés mécaniques supérieures des BEVUP a permis de concevoir les passerelles avec des sections réduites d’environ de 60% par rapport aux sections faites de BC. Le BEVUP offre plusieurs avantages économiques et environnementaux. Il réduit le coût de production et l’empreinte carbone des structures construites de béton fibré à ultra-hautes performances (BFUP) classique, en utilisant des matériaux disponibles localement. Il réduit les émissions de CO[indice inférieur 2] associées à la production de clinkers de ciment (50% de remplacement du ciment) et utilise efficacement les ressources naturelles. De plus, la production de BEVUP permet de réduire les quantités de déchets de verre stockés ou mis en décharge qui causent des problèmes environnementaux et pourrait permettre de sauver des millions de dollars qui pourraient être dépensés dans le traitement de ces déchets. Enfin, il offre une solution alternative aux entreprises de construction dans la production de BFUP à moindre coût.

Vector control of a high power induction machine

The design and implementation of a high-power (2 MW peak) vector control drive is described. The inverter switching frequency is low, resulting in high-harmonic-content current waveforms. A block diagram of the physical system is given, and each component is described in some detail. The problem of commanded slip noise sensitivity, inherent in high-power vector control drives, is discussed, and a solution is proposed. Results are given which demonstrate the successful functioning of the system

Neuroprotective effects of low-dose lithium in individuals at ultra-high risk for psychosis. A longitudinal MRI/MRS study

Objectives: To investigate if low-dose lithium may counteract the microstructural and metabolic brain changes proposed to occur in individuals at ultra-high risk (UHR) for psychosis. Methods: Hippocampal T2 relaxation time (HT2RT) and proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) measurements were performed prior to initiation and following three months of treatment in 11 UHR patients receiving low-dose lithium and 10 UHR patients receiving treatment as usual (TAU). HT2RT and 1H-MRS percentage change scores between scans were compared using one-way ANOVA and correlated with behavioural change scores. Results: Low-dose lithium significantly reduced HT2RT compared to TAU (p=0.018). No significant group by time effects were seen for any brain metabolites as measured with 1H-MRS, although myo-inositol, creatine, choline-containing compounds and NAA increased in the group receiving low-dose lithium and decreased or remained unchanged in subjects receiving TAU. Conclusions: This pilot study suggests that low-dose lithium may protect the microstructure of the hippocampus in UHR states as reflected by significantly decreasing HT2RT. Larger scale replication studies in UHR states using T2 relaxation time as a proxy for emerging brain pathology seem a feasible mean to test neuroprotective strategies such as low-dose lithium as potential treatments to delay or even prevent the progression to full-blown disorder.

Accuracy of FEM and BEM for electromagnetic flux calculations in high power applications

The development and design of electric high power devices with electromagnetic computer-aided engineering (EM-CAE) software such as the Finite Element Method (FEM) and Boundary Element Method (BEM) has been widely adopted. This paper presents the analysis of a Fault Current Limiter (FCL), which acts as a high-voltage surge protector for power grids. A prototype FCL was built. The magnetic flux in the core and the resulting electromagnetic forces in the winding of the FCL were analyzed using both FEM and BEM. An experiment on the prototype was conducted in a laboratory. The data obtained from the experiment is compared to the numerical solutions to determine the suitability and accuracy of the two methods.

A high frequency current source converter with adjustable magnitude to drive high power piezoelectric transducers

A general electrical model of a piezoelectric transducer for ultrasound applications consists of a capacitor in parallel with RLC legs. A high power voltage source converter can however generate significant voltage stress across the transducer that creates high leakage currents. One solution is to reduce the voltage stress across the piezoelectric transducer by using an LC filter, however a main drawback is changing the piezoelectric resonant frequency and its characteristics. Thereby it reduces the efficiency of energy conversion through the transducer. This paper proposes that a high frequency current source converter is a suitable topology to drive high power piezoelectric transducers efficiently.

Power electronic converters for high power ultrasound transducers

Piezoelectric transducers convert electrical energy to mechanical energy and play a great role in ultrasound systems. Ultrasound power transducer performance is strongly related to the applied electrical excitation. To have a suitable excitation for maximum energy conversion, it is required to analyze the effects of input signal waveform, medium and input signal distortion on the characteristic of a high power ultrasound system (including ultrasound transducer). In this research, different input voltage signals are generated using a single-phase power inverter and a linear power amplifier to excite a high power ultrasound transducer in different medium (water and oil) in order to study the characteristic of the system. We have also considered and analyzed the effect of power converter output voltage distortions on the performance of the high power ultrasound transducer using a passive filter.