Mode analysis of photonic crystal polarization beam splitter and its application in integrated circuits design - art. no. 698437

In this work, the guided modes of a photonic crystal polarization beam splitter (PC-PBS) are studied. We demonstrate that the transmission of a low-loss photonic crystal 120 degrees waveguide bend integrated with the PBS will be influenced if the PBS is multi-moded. We propose a single-moded PC-PBS structure by introducing deformed structures, and it shows twice the enhancement of the transmission. This device with remarkable improvement of performance is promising in the use of photonic crystal integrated circuits design.

A novel ultra-narrow transmission-band fiber Bragg grating and its application in a single-longitudinal-mode fiber laser with improved efficiency

A novel design approach to ultra-narrow transmission-band fiber Bragg grating (FBG) is proposed and demonstrated for the first time. The new grating consists of multiple identical distributed-Bragg reflector (DBR) cavities and a it-phase-shifted gap, and hence, the proposed laser is constructed by the cascade of these identical DBR fiber lasers. By manufacturing the proposed grating in a piece of Er-Yb codoped fiber, a single-wavelength single-longitudinal-mode (SLM) fiber laser with improved efficiency is demonstrated experimentally. The experimental results show that the pump-to-signal conversion efficiency of the proposed laser is improved by a factor of two in comparison with the optimized distributed-feedback (DFB) fiber lasers. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Electrostatic mode envelope excitations in e-p-i plasmas - application in warm pair ion plasmas with a small fraction of stationary ions

The nonlinear propagation of amplitude-modulated electrostatic wavepackets in an electron-positron-ion (e-p-i) plasma is considered, by employing a two-fluid plasma model. Considering propagation parallel to the external magnetic field, two distinct electrostatic modes are obtained, namely a quasi-thermal acoustic-like lower mode and a Langmuir-like optic-type upper one. These results equally apply in warm pair ion ( e. g. fullerene) plasmas contaminated by a small fraction of stationary ions ( or dust), in agreement with experimental observations and theoretical predictions in pair plasmas. Considering small yet weakly nonlinear deviations from equilibrium, and adopting a multiple-scales perturbation technique, the basic set of model equations is reduced to a nonlinear Schrodinger (NLS) equation for the slowly varying electric field perturbation amplitude. The analysis reveals that the lower ( acoustic) mode is mostly stable for large wavelengths, and may propagate in the form of a dark-type envelope soliton ( a void) modulating a carrier wavepacket, while the upper linear mode is intrinsically unstable, and thus favours the formation of bright-type envelope soliton ( pulse) modulated wavepackets. The stability ( instability) range for the acoustic ( Langmuir-like optic) mode shifts to larger wavenumbers as the positive-to-negative ion temperature ( density) ratio increases. These results may be of relevance in astrophysical contexts, where e-p-i plasmas are encountered, and may also serve as prediction of the behaviour of doped ( or dust-contaminated) fullerene plasmas, in the laboratory.

Suivi des vaisseaux sanguins en temps réel à partir d’images ultrasonores mode-B et reconstruction 3D : application à la caractérisation des sténoses artérielles

La maladie des artères périphériques (MAP) se manifeste par une réduction (sténose) de la lumière de l’artère des membres inférieurs. Elle est causée par l’athérosclérose, une accumulation de cellules spumeuses, de graisse, de calcium et de débris cellulaires dans la paroi artérielle, généralement dans les bifurcations et les ramifications. Par ailleurs, la MAP peut être causée par d`autres facteurs associés comme l’inflammation, une malformation anatomique et dans de rares cas, au niveau des artères iliaques et fémorales, par la dysplasie fibromusculaire. L’imagerie ultrasonore est le premier moyen de diagnostic de la MAP. La littérature clinique rapporte qu’au niveau de l’artère fémorale, l’écho-Doppler montre une sensibilité de 80 à 98 % et une spécificité de 89 à 99 % à détecter une sténose supérieure à 50 %. Cependant, l’écho-Doppler ne permet pas une cartographie de l’ensemble des artères des membres inférieurs. D’autre part, la reconstruction 3D à partir des images échographiques 2D des artères atteintes de la MAP est fortement opérateur dépendant à cause de la grande variabilité des mesures pendant l’examen par les cliniciens. Pour planifier une intervention chirurgicale, les cliniciens utilisent la tomodensitométrie (CTA), l’angiographie par résonance magnétique (MRA) et l’angiographie par soustraction numérique (DSA). Il est vrai que ces modalités sont très performantes. La CTA montre une grande précision dans la détection et l’évaluation des sténoses supérieures à 50 % avec une sensibilité de 92 à 97 % et une spécificité entre 93 et 97 %. Par contre, elle est ionisante (rayon x) et invasive à cause du produit de contraste, qui peut causer des néphropathies. La MRA avec injection de contraste (CE MRA) est maintenant la plus utilisée. Elle offre une sensibilité de 92 à 99.5 % et une spécificité entre 64 et 99 %. Cependant, elle sous-estime les sténoses et peut aussi causer une néphropathie dans de rares cas. De plus les patients avec stents, implants métalliques ou bien claustrophobes sont exclus de ce type d`examen. La DSA est très performante mais s`avère invasive et ionisante. Aujourd’hui, l’imagerie ultrasonore (3D US) s’est généralisée surtout en obstétrique et échocardiographie. En angiographie il est possible de calculer le volume de la plaque grâce à l’imagerie ultrasonore 3D, ce qui permet un suivi de l’évolution de la plaque athéromateuse au niveau des vaisseaux. L’imagerie intravasculaire ultrasonore (IVUS) est une technique qui mesure ce volume. Cependant, elle est invasive, dispendieuse et risquée. Des études in vivo ont montré qu’avec l’imagerie 3D-US on est capable de quantifier la plaque au niveau de la carotide et de caractériser la géométrie 3D de l'anastomose dans les artères périphériques. Par contre, ces systèmes ne fonctionnent que sur de courtes distances. Par conséquent, ils ne sont pas adaptés pour l’examen de l’artère fémorale, à cause de sa longueur et de sa forme tortueuse. L’intérêt pour la robotique médicale date des années 70. Depuis, plusieurs robots médicaux ont été proposés pour la chirurgie, la thérapie et le diagnostic. Dans le cas du diagnostic artériel, seuls deux prototypes sont proposés, mais non commercialisés. Hippocrate est le premier robot de type maitre/esclave conçu pour des examens des petits segments d’artères (carotide). Il est composé d’un bras à 6 degrés de liberté (ddl) suspendu au-dessus du patient sur un socle rigide. À partir de ce prototype, un contrôleur automatisant les déplacements du robot par rétroaction des images échographiques a été conçu et testé sur des fantômes. Le deuxième est le robot de la Colombie Britannique conçu pour les examens à distance de la carotide. Le mouvement de la sonde est asservi par rétroaction des images US. Les travaux publiés avec les deux robots se limitent à la carotide. Afin d’examiner un long segment d’artère, un système robotique US a été conçu dans notre laboratoire. Le système possède deux modes de fonctionnement, le mode teach/replay (voir annexe 3) et le mode commande libre par l’utilisateur. Dans ce dernier mode, l’utilisateur peut implémenter des programmes personnalisés comme ceux utilisés dans ce projet afin de contrôler les mouvements du robot. Le but de ce projet est de démontrer les performances de ce système robotique dans des conditions proches au contexte clinique avec le mode commande libre par l’utilisateur. Deux objectifs étaient visés: (1) évaluer in vitro le suivi automatique et la reconstruction 3D en temps réel d’une artère en utilisant trois fantômes ayant des géométries réalistes. (2) évaluer in vivo la capacité de ce système d'imagerie robotique pour la cartographie 3D en temps réel d'une artère fémorale normale. Pour le premier objectif, la reconstruction 3D US a été comparée avec les fichiers CAD (computer-aided-design) des fantômes. De plus, pour le troisième fantôme, la reconstruction 3D US a été comparée avec sa reconstruction CTA, considéré comme examen de référence pour évaluer la MAP. Cinq chapitres composent ce mémoire. Dans le premier chapitre, la MAP sera expliquée, puis dans les deuxième et troisième chapitres, l’imagerie 3D ultrasonore et la robotique médicale seront développées. Le quatrième chapitre sera consacré à la présentation d’un article intitulé " A robotic ultrasound scanner for automatic vessel tracking and three-dimensional reconstruction of B-mode images" qui résume les résultats obtenus dans ce projet de maîtrise. Une discussion générale conclura ce mémoire. L’article intitulé " A 3D ultrasound imaging robotic system to detect and quantify lower limb arterial stenoses: in vivo feasibility " de Marie-Ange Janvier et al dans l’annexe 3, permettra également au lecteur de mieux comprendre notre système robotisé. Ma contribution dans cet article était l’acquisition des images mode B, la reconstruction 3D et l’analyse des résultats pour le patient sain.

A Packet/Frame sync detector based on statistical mode with application to wireless-USB

Wireless Personal Area Networks (WPANs) are offering high data rates suitable for interconnecting high bandwidth personal consumer devices (Wireless HD streaming, Wireless-USB and Bluetooth EDR). ECMA-368 is the Physical (PHY) and Media Access Control (MAC) backbone of many of these wireless devices. WPAN devices tend to operate in an ad-hoc based network and therefore it is important to successfully latch onto the network and become part of one of the available piconets. This paper presents a new algorithm for detecting the Packet/Fame Sync (PFS) signal in ECMA-368 to identify piconets and aid symbol timing. The algorithm is based on correlating the received PFS symbols with the expected locally stored symbols over the 24 or 12 PFS symbols, but selecting the likely TFC based on the highest statistical mode from the 24 or 12 best correlation results. The results are very favorable showing an improvement margin in the order of 11.5dB in reference sensitivity tests between the required performance using this algorithm and the performance of comparable systems.

A new application of an evolving tree to failure mode and effect analysis methodology

Failure Mode and Effect Analysis (FMEA) is a popular safety and reliability analysis methodology for examining potential failure modes of products, process, designs, or services, in a wide range of industries. Despite its popularity, there are a number of limitations of FMEA, and two highlighted issues are the bulky FMEA form and its intricacy of use. To overcome these shortcomings, we introduce the idea of visualisation pertaining to the failure modes or control actions in FMEA. A visualisation model with an incremental learning feature, i.e., the evolving tree (ETree), is adopted to allow the failure modes or control actions in FMEA to be clustered and visualized. The failure modes or control actions are grouped and visualized with consideration of their Severity, Occurrence, and Detection scores. Our proposed approach allows the failure modes or control actions to be mapped into a tree structure for visualisation. The devised approach is evaluated with a benchmark problem. The experiments show that the control actions of FMEA can be visualised through the tree structure, which provides a quick and easily understandable platform of the FMEA spreadsheet to facilitate decision making tasks.

A clustering-based failure mode and effect analysis model and its application to the edible bird nest industry

Failure mode and effect analysis (FMEA) is a popular safety and reliability analysis tool in examining potential failures of products, process, designs, or services, in a wide range of industries. While FMEA is a popular tool, the limitations of the traditional Risk Priority Number (RPN) model in FMEA have been highlighted in the literature. Even though many alternatives to the traditional RPN model have been proposed, there are not many investigations on the use of clustering techniques in FMEA. The main aim of this paper was to examine the use of a new Euclidean distance-based similarity measure and an incremental-learning clustering model, i.e., fuzzy adaptive resonance theory neural network, for similarity analysis and clustering of failure modes in FMEA; therefore, allowing the failure modes to be analyzed, visualized, and clustered. In this paper, the concept of a risk interval encompassing a group of failure modes is investigated. Besides that, a new approach to analyze risk ordering of different failure groups is introduced. These proposed methods are evaluated using a case study related to the edible bird nest industry in Sarawak, Malaysia. In short, the contributions of this paper are threefold: (1) a new Euclidean distance-based similarity measure, (2) a new risk interval measure for a group of failure modes, and (3) a new analysis of risk ordering of different failure groups. © 2014 The Natural Computing Applications Forum.

A linearly tunable low-voltage CMOS transconductor with improved common-mode stability and its application to (gm)-C filters

A linearly tunable low-voltage CMOS transconductor featuring a new adaptative-bias mechanism that considerably improves the stability of the processed-signal common,mode voltage over the tuning range, critical for very-low voltage applications, is introduced. It embeds a feedback loop that holds input devices on triode region while boosting the output resistance. Analysis of the integrator frequency response gives an insight into the location of secondary poles and zeros as function of design parameters. A third-order low-pass Cauer filter employing the proposed transconductor was designed and integrated on a 0.8-mum n-well CMOS standard process. For a 1.8-V supply, filter characterization revealed f(p) = 0.93 MHz, f(s) = 1.82 MHz, A(min) = 44.08, dB, and A(max) = 0.64 dB at nominal tuning. Mined by a de voltage V-TUNE, the filter bandwidth was linearly adjusted at a rate of 11.48 kHz/mV over nearly one frequency decade. A maximum 13-mV deviation on the common-mode voltage at the filter output was measured over the interval 25 mV less than or equal to V-TUNE less than or equal to 200 mV. For V-out = 300 mV(pp) and V-TUNE = 100 mV, THD was -55.4 dB. Noise spectral density was 0.84 muV/Hz(1/2) @1 kHz and S/N = 41 dB @ V-out = 300 mV(pp) and 1-MHz bandwidth. Idle power consumption was 1.73 mW @V-TUNE = 100 mV. A tradeoff between dynamic range, bandwidth, power consumption, and chip area has then been achieved.