Comprehensive numerical modelling of the performance of a second harmonic generation stage coupled with a low-gain optical parametric amplifier

We present a comprehensive model for predicting the full performance of a second harmonic generation-optical parametric amplification system that aims at enhancing the temporal contrast of laser pulses. The model simultaneously takes into account all the main parameters at play in the system such as the group velocity mismatch, the beam divergence, the spectral content, the pump depletion, and the length of the nonlinear crystals. We monitor the influence of the initial parameters of the input pulse and the interdependence of the two related non-linear processes on the performance of the system and show its optimum configuration. The influence of the initial beam divergence on the spectral and the temporal characteristics of the generated pulse is discussed. In addition, we show that using a crystal slightly longer than the optimum length and introducing small delay between the seed and the pump ensures maximum efficiency and compensates for the spectral shift in the optical parametric amplification stage in case of chirped input pulse. As an example, calculations for bandwidth transform limited and chirped pulses of sub-picosecond duration in beta barium borate crystal are presented.

Flexible management of bandwidth and redundancy in fieldbuses

Os sistemas distribuídos embarcados (Distributed Embedded Systems – DES) têm sido usados ao longo dos últimos anos em muitos domínios de aplicação, da robótica, ao controlo de processos industriais passando pela aviónica e pelas aplicações veiculares, esperando-se que esta tendência continue nos próximos anos. A confiança no funcionamento é uma propriedade importante nestes domínios de aplicação, visto que os serviços têm de ser executados em tempo útil e de forma previsível, caso contrário, podem ocorrer danos económicos ou a vida de seres humanos poderá ser posta em causa. Na fase de projecto destes sistemas é impossível prever todos os cenários de falhas devido ao não determinismo do ambiente envolvente, sendo necessária a inclusão de mecanismos de tolerância a falhas. Adicionalmente, algumas destas aplicações requerem muita largura de banda, que também poderá ser usada para a evolução dos sistemas, adicionandolhes novas funcionalidades. A flexibilidade de um sistema é uma propriedade importante, pois permite a sua adaptação às condições e requisitos envolventes, contribuindo também para a simplicidade de manutenção e reparação. Adicionalmente, nos sistemas embarcados, a flexibilidade também é importante por potenciar uma melhor utilização dos, muitas vezes escassos, recursos existentes. Uma forma evidente de aumentar a largura de banda e a tolerância a falhas dos sistemas embarcados distribuídos é a replicação dos barramentos do sistema. Algumas soluções existentes, quer comerciais quer académicas, propõem a replicação dos barramentos para aumento da largura de banda ou para aumento da tolerância a falhas. No entanto e quase invariavelmente, o propósito é apenas um, sendo raras as soluções que disponibilizam uma maior largura de banda e um aumento da tolerância a falhas. Um destes raros exemplos é o FlexRay, com a limitação de apenas ser permitido o uso de dois barramentos. Esta tese apresentada e discute uma proposta para usar a replicação de barramentos de uma forma flexível com o objectivo duplo de aumentar a largura de banda e a tolerância a falhas. A flexibilidade dos protocolos propostos também permite a gestão dinâmica da topologia da rede, sendo o número de barramentos apenas limitado pelo hardware/software. As propostas desta tese foram validadas recorrendo ao barramento de campo CAN – Controller Area Network, escolhido devido à sua grande implantação no mercado. Mais especificamente, as soluções propostas foram implementadas e validadas usando um paradigma que combina flexibilidade com comunicações event-triggered e time-triggered: o FTT – Flexible Time- Triggered. No entanto, uma generalização para CAN nativo é também apresentada e discutida. A inclusão de mecanismos de replicação do barramento impõe a alteração dos antigos protocolos de replicação e substituição do nó mestre, bem como a definição de novos protocolos para esta finalidade. Este trabalho tira partido da arquitectura centralizada e da replicação do nó mestre para suportar de forma eficiente e flexível a replicação de barramentos. Em caso de ocorrência de uma falta num barramento (ou barramentos) que poderia provocar uma falha no sistema, os protocolos e componentes propostos nesta tese fazem com que o sistema reaja, mudando para um modo de funcionamento degradado. As mensagens que estavam a ser transmitidas nos barramentos onde ocorreu a falta são reencaminhadas para os outros barramentos. A replicação do nó mestre baseia-se numa estratégia líder-seguidores (leaderfollowers), onde o líder (leader) controla todo o sistema enquanto os seguidores (followers) servem como nós de reserva. Se um erro ocorrer no nó líder, um dos nós seguidores passará a controlar o sistema de uma forma transparente e mantendo as mesmas funcionalidades. As propostas desta tese foram também generalizadas para CAN nativo, tendo sido para tal propostos dois componentes adicionais. É, desta forma possível ter as mesmas capacidades de tolerância a falhas ao nível dos barramentos juntamente com a gestão dinâmica da topologia de rede. Todas as propostas desta tese foram implementadas e avaliadas. Uma implementação inicial, apenas com um barramento foi avaliada recorrendo a uma aplicação real, uma equipa de futebol robótico onde o protocolo FTT-CAN foi usado no controlo de movimento e da odometria. A avaliação do sistema com múltiplos barramentos foi feita numa plataforma de teste em laboratório. Para tal foi desenvolvido um sistema de injecção de faltas que permite impor faltas nos barramentos e nos nós mestre, e um sistema de medida de atrasos destinado a medir o tempo de resposta após a ocorrência de uma falta.

The effect of redundancy and neutrality in genetic search

An experimental study aimed at assessing the influence of redundancy and neutrality on the performance of an (1+1)-ES evolution strategy modeled using Markov chains and applied to NK fitness landscapes is presented. For the study, two families of redundant binary representations, one non-neutral family which is based on linear transformations and that allows the phenotypic neighborhoods to be designed in a simple and effective way, and the neutral family based on the mathematical formulation of error control codes are used. The results indicate whether redundancy or neutrality affects more strongly the behavior of the algorithm used.

Correction of transmitter gain and phase errors at the receiver

This paper explores the benefits of compensating transmitter gain and phase inbalances in the receiver for quadrature communication systems. It is assumed that the gain and phase imbalances are introduced at the transmitter only. A simple non-data aided DSP algorithm is used at the reciever to compensate for the imbalances. Computer simulation has been formed to study a coherent QPSK communication system.

Application of Redundancy Analysis for Aerobiological Data

An aerobiological survey was conducted through five consecutive years (2006–2010) at Worcester (England).The concentration of 20 allergenic fungal spore types was measured using a 7-day volumetric spore trap. The relationship between investigated fungal spore genera and selected meteorological parameters (maximum, minimum, mean and dew point temperatures, rainfall, relative humidity, air pressure,wind direction) was examined using an ordination method(redundancy analysis) to determine which environmental factors favoured their most abundance in the air and whether it would be possible to detect similarities between different genera in their distribution pattern. Redundancy analysis provided additional information about the biology of the studied fungi through the results of the Spearman’s rank correlation. Application of the variance inflation factor in canonical correspondence analysis indicated which explanatory variables were auto-correlated and needed to be excluded from further analyses. Obtained information will be consequently implemented in the selection of factors that will be a foundation for forecasting models for allergenic fungal spores in the future.

Evolution of the rbcS gene family in Solanaceae: concerted evolution and gain and loss of introns, with a description of new statistical guidelines for determining the number of unique gene copies.

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2014

Inter-application redundancy elimination in sensor networks with compiler-assisted scheduling

Most current-generation Wireless Sensor Network (WSN) nodes are equipped with multiple sensors of various types, and therefore support for multi-tasking and multiple concurrent applications is becoming increasingly common. This trend has been fostering the design of WSNs allowing several concurrent users to deploy applications with dissimilar requirements. In this paper, we extend the advantages of a holistic programming scheme by designing a novel compiler-assisted scheduling approach (called REIS) able to identify and eliminate redundancies across applications. To achieve this useful high-level optimization, we model each user application as a linear sequence of executable instructions. We show how well-known string-matching algorithms such as the Longest Common Subsequence (LCS) and the Shortest Common Super-sequence (SCS) can be used to produce an optimal merged monolithic sequence of the deployed applications that takes into account embedded scheduling information. We show that our approach can help in achieving about 60% average energy savings in processor usage compared to the normal execution of concurrent applications.