Modeling and optimization of cascaded erbium and holmium doped fluoride fiber lasers

Numerical modeling of cascade erbium-doped and holmium-doped fluoride fiber lasers is presented. Fiber lengths were optimized for cascade lasers that had fixed or free-running wavelengths using all known spectroscopic parameters. The performance of the cascade laser was tested against dopant concentration, energy transfer process, heat generation, output coupling, and pump schemes. The results suggest that the slope efficiencies and thresholds for both transitions increase with increasing Ho3+ or Er3+ concentration with the slope efficiency stabilizing after 1 mol% rare earth doping. The heat generation in the Ho3+-based system is lower compared to the Er 3+-based system at low dopant concentration as a result of the lower rates of multiphonon relaxation. Decreasing the output coupling for the upper (∼3 μm) transition decreases the threshold of the lower transition and the upper transition benefits from decreasing the output coupling for the lower transition for both cascade systems. The highest slope efficiency was achieved under counter-propagating pump conditions. Saturation of the output power occurs at comparatively higher pump power with dilute Er3+ doping compared with heavier doping. Overall, we show that the cascade Ho3+ -doped fluoride laser is the best candidate for high power output because of its higher slope efficiency and lower temperature excursion of the core and no saturation of the output. © 2013 IEEE.

All-fiber passively mode-locked picosecond erbium doped fiber laser using a 45-tilted fiber grating ing

We demonstrate an all-fiber erbium doped fiber laser passively mode-locked using a 45° tilted fiber grating and a fiber Bragg grating in the laser cavity. The laser generates 18ps pulses with output pulse energies ~0.2nJ. © 2014 OSA.

Chemical and mineral composition of rocks from the Philippine Sea

The book is devoted to geology of the Philippine Sea floor. This region is studied most extensively among other marginal seas of the Pacific Ocean. Rocks of the sedimentary and basalt layers within this sea have been studied during five legs of D/S Glomar Challenger. International geological expedition on board R/V Dmitry Mendeleev carried out according to the Project ''Ophiolites of Continents and Comparable Rocks of the Ocean Floor''obtained unique collection of rocks from the second and third layers of the ocean crust in the Philippine Sea. The book provides detailed petrographic and geochemical description of igneous and sedimentary formations from the Philippine Sea and compares them with rocks of the continental ophiolite association. An analysis of structure and history of the ocean crust formation in the region is based on all known geological information. The main periods of tectonic movement activation and nature of their manifestations within the sea are shown.

Nanotechnology in food industry II: risk assessment and legislation

Currently, there is increasing use of nanomaterials in the food industry thanks to the many advantages offered and make the products that contain them more competitive in the market. Their physicochemical properties often differ from those of bulk materials, which require specialized risk assessment. This should cover the risks to the health of workers and consumers as well as possible environmental risks. The risk assessment methods must go updating due to more widespread use of nanomaterials, especially now that are making their way down to consumer products. Today there is no specific legislation for nanomaterials, but there are several european dispositions and regulations that include them. This review gives an overview of the risk assessment and the existing current legislation regarding the use of nanotechnology in the food industry.

Utilization of coal combustion residues in glass manufacturing process

The focus of paper is to asses and evaluate new utilisation method of coals combustion resides in glass manufacturing process. Mathematical model of glass manufacturing material balance was used to find favourable proportion of normally used batch materials and coal ash. It was found that possible to substitute up to 20 % of batch with coal ash. On the world glass production scale there is a potential to save 8,4 million tons of silica sand, 6 million tons of dolomite, 3 million tons of clay and 0,2 million tons of lime borate. Furthermore, potential to utilize 2 % of coal combustion products with suggested method.

Morphology and structure of particles produced by femtosecond laser ablation of fused silica

The aim of the present work was to study the morphology and structure of the nanoparticles produced by femtosecond laser ablation of fused silica. Ultrashort laser pulses of 1030 nm wavelength and 550 fs duration were tightly focused by a high numerical aperture microscope objective at the surface of fused silica samples while scanning the sample in relation to the stationary laser beam. Laser tracks were created with pulse energies in the range 5-100 mu J, resulting in ablation debris of different morphologies. The debris were examined by scanning and transmission electron microscopy for their morphology and crystal structure in relation to the incident laser pulse energy. Ejected particles with sizes ranging from a few nanometers to a few microns were found. Their morphologies can be broadly classified into three categories: very fine round nanoparticles with diameters lower than 20 nm, nanoparticles with intermediate sizes between 50 and 200 nm, and big irregular particles with typical size between 0.5 and 1.5 mu m. The fine nanoparticles of the first category are predominantly observed at higher pulse energies and tend to aggregate to form web-like and arborescent-like structures. The nanoparticles with intermediate sizes are observed for all pulse energies used and may appear isolated or aggregated in clusters. Finally, the larger irregular particles of the third category are observed for all energies and appear normally isolated.

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.

Radiative Behaviour of Gd2O3:Er/Yb nanoparticles under near infrared illumination

Upconverting nanoparticles have attracted much attention in science recently, specifically in view of medical and biological applications such as live imaging of cell temperatures or cancer treatment. The previously studied system of gadolinium oxide nanorods co-doped with erbium and ytterbium and decorated with different number densities of gold nanoparticles has been studied. So far, these particles have been proven as efficient nanothermometers in a temperature range from 300 up to 2000 K. In this work, a more detailed study on the morphological and radiative behaviour of these particles has been conducted. It was found that the laser power threshold for the onset of the black body radiation decreases strongly with the increase in the gold concentration. The temperature of the onset itself seems to remain approximately constant. The heating efficiency was determined to increase significantly with the gold concentration. The morphological study revealed that the temperature at the black body radiation threshold was not enough to induce any significant transformation in neither the nanorods nor the gold nanoparticles, as was expected from comparison with literature. However, significant changes in radiative properties and the morphology were detected for powders that underwent strong laser heating until the emission of brightly visible black body radiation.

An Investigation of Waste Glass-Based Geopolymers Supplemented with Alumina

An increased consideration of sustainability throughout society has resulted in a surge of research investigating sustainable alternatives to existing construction materials. A new binder system, called a geopolymer, is being investigated to supplement ordinary portland cement (OPC) concrete, which has come under scrutiny because of the CO2 emissions inherent in its production. Geopolymers are produced from the alkali activation of a powdered aluminosilicate source by an alkaline solution, which results in a dense three-dimensional matrix of tetrahedrally linked aluminosilicates. Geopolymers have shown great potential as a building construction material, offering similar mechanical and durability properties to OPC. Additionally, geopolymers have the added value of a considerably smaller carbon footprint than OPC. This research considered the compressive strength, microstructure and composition of geopolymers made from two types of waste glass with varying aluminum contents. Waste glass shows great potential for mainstream use in geopolymers due to its chemical and physical homogeneity as well as its high content of amorphous silica, which could eliminate the need for sodium silicate. However, the lack of aluminum is thought to negatively affect the mechanical performance and alkali stability of the geopolymer system. Mortars were designed using various combinations of glass and metakaolin or fly ash to supplement the aluminum in the system. Mortar made from the high-Al glass (12% Al2O3) reached over 10,000 psi at six months. Mortar made from the low-Al glass (<1% Al2O3) did not perform as well and remained sticky even after several weeks of curing, most likely due to the lack of Al which is believed to cause hardening in geopolymers. A moderate metakaolin replacement (25-38% by mass) was found to positively affect the compressive strength of mortars made with either type of glass. Though the microstructure of the mortar was quite indicative of mechanical performance, composition was also found to be important. The initial stoichiometry of the bulk mixture was maintained fairly closely, especially in mixtures made with fine glass. This research has shown that glass has great potential for use in geopolymers, when care is given to consider the compositional and physical properties of the glass in mixture design.