Enhancement of optical absorption by modulation of the oxygen flow of TiO2 films deposited by reactive sputtering

Oxygen-deficient TiO2 films with enhanced visible and near-infrared optical absorption have been deposited by reactive sputtering using a planar diode radio frequency magnetron configuration. It is observed that the increase in the absorption coefficient is more effective when the O-2 gas supply is periodically interrupted rather than by a decrease of the partial O-2 gas pressure in the deposition plasma. The optical absorption coefficient at 1.5 eV increases from about 1 x 10(2) cm(-1) to more than 4 x 10(3) cm(-1) as a result of the gas flow discontinuity. A red-shift of similar to 0.24 eV in the optical absorption edge is also observed. High resolution transmission electron microscopy with composition analysis shows that the films present a dense columnar morphology, with estimated mean column width of 40nm. Moreover, the interruptions of the O-2 gas flow do not produce detectable variations in the film composition along its growing direction. X-ray diffraction and micro-Raman experiments indicate the presence of the TiO2 anatase, rutile, and brookite phases. The anatase phase is dominant, with a slight increment of the rutile and brookite phases in films deposited under discontinued O-2 gas flow. The increase of optical absorption in the visible and near-infrared regions has been attributed to a high density of defects in the TiO2 films, which is consistent with density functional theory calculations that place oxygen-related vacancy states in the upper third of the optical bandgap. The electronic structure calculation results, along with the adopted deposition method and experimental data, have been used to propose a mechanism to explain the formation of the observed oxygen-related defects in TiO2 thin films. The observed increase in sub-bandgap absorption and the modeling of the corresponding changes in the electronic structure are potentially useful concerning the optimization of efficiency of the photocatalytic activity and the magnetic doping of TiO2 films. (C) 2012 American Institute of Physics. [http://dx.doi.org/10.1063/1.4724334]

In vivo study of laser irradiation of fractionated drug administration based mechanism for effective photodynamic therapy in rat liver

Up-regulation of stress-activated proteins in cancer cells plays a protective role against photodynamic induced apoptosis. Post photodynamic therapy extracted normal rat liver tissue usually shows a fraction of surviving cells, the photodynamic resistant cells, residing in the necrotic region. To treat these photo-dynamic resistant cells a technique has been proposed based on fractionated drug administration of diluted photosensitizer, keeping the net concentration (5 mg/kg) constant, and subsequently varying drug light interval (DLI). Flourescence measurements were made for the presence of photosensitizer in a tissue. For qualitative analysis both histological and morphological studies were made. Although preliminary aim of this approach was not achieved but there were some interesting observation made i.e. for higher dilution of photosensitizer there was a sharp boundary between necrotic and normal portion of tissue. An increase in the absorption coefficient (alpha) from 2.7 -> 2.9 was observed as photosensitizer was diluted while the corresponding threshold dose (D (th)) persistently decreases from (0.10 -> 0.02) J/cm(2) when irradiated with a 635 nm laser fluence of 150 J/cm(2).

Thin films of polythiophene: Linear and nonlinear optical characterization

Wir haben die linearen und nichtlinearen optischen Eigenschaften von dünnen Schichten und planaren Wellenleitern aus mehreren konjugierten Polymeren (MEH-PPV und P3AT) und Polymeren mit -Elektronen Systemen in der Seitenkette (PVK und PS) untersucht und verglichen. PVK und PS haben relativ kleine Werte des nichtlinearen Brechungsindex n2 bei 532 nm, nämlich (1,2 ± 0,5)10-14 cm2/W und (2,6 ± 0,5) 10-14 cm2/W.rnWir haben die linearen optischen Konstanten von mehreren P3ATs untersucht, insbesondere den Einfluss der Regioregularität und Kettenlänge der Alkylsubstituenten. Wir haben das am besten geeignete Polymere für Wellenleiter Anwendungen identifiziert, welches P3BT-ra genannt ist. Wir haben die linearen optischen Eigenschaften dünner Schichten des P3BT-ra untersucht, die mit Spincoating aus verschiedenen Lösungsmitteln mit unterschiedlichen Siedetemperaturen präparieret wurden. Wir haben festgestellt, dass P3BT-ra Filme aus Toluol-Lösungen die am besten geeigneten Wellenleiter für die intensitätsabhängigen Prismen-Kopplungs Experimente sind, weil diese geringe Wellenleiterdämpfungsverluste bei = 1064 nm haben. rnWir haben die Dispersionen des Wellenleiterdämfungsverlustes gw, des nichtlinearen Brechungsindex n2 und des nichtlinearen Absorptionskoeffizienten 2 von Wellenleitern aus P3BT-ra im Bereich von 700 - 1500 nm gemessen. Wir haben große Werte des nichtlinearen Brechungsindex bis 1,5x10-13 cm2/W bei 1150 nm beobachtet. Wir haben gefunden, dass die Gütenkriterien (“figures of merit“) für rein optische Schalter im Wellenlängebereich 1050 - 1200 nm erfüllt sind. Dieser Bereich entspricht dem niederenergetischen Ausläufer der Zwei-Photonen-Absorption. Die Gütekriterien von P3BT-ra gehören zu den besten der bisher bekannten Werte von konjugierten Polymeren.rnWir haben gefunden, dass P3BT-ra ein vielversprechender Kandidat für integriert-optische Schalter ist, weil es eine gute Kombination aus großer Nichtlinearität dritter Ordnung, geringen Wellenleiterdämpfungverlusten und ausreichender Photostabilität zeigt. rnWir haben einen Vergleich der gemessenen Dispersion von gw, n2 und 2 mit der Theorie durchgeführt. Durch Kurvenanpassung der Dispersion von gw haben wir gefunden, dass Rayleigh-Streuung der dominierende Dämpfungsmechanismus in MEH-PPV und P3BT-ra Wellenleitern ist. Ein quantenmechanischer Ansatz wurde zur Berechnung der nichtlinearen Suszeptibilität dritter Ordnung (3) verwendet, um die gemessenen Spektren von n2 und 2 von P3BT-ra und MEH-PPV zu simulieren. Dies kann erklären, dass sättigbare Absorption und Zwei-Photonen Absorption die hauptsächlichen Effekte sind, welche die Dispersion von n2 und 2 verursachen. rn

Ein neuartiges Interferometer zur Messung magneto-optischer Effekte an L-Absorptionskanten von ferromagnetischen Metallen mit linearpolarisierter Undulatorstrahlung

Am Mainzer Mikrotron MAMI wurde ein neuartiges Interferometer entwickelt und getestet, mit dem magneto-optische Effekte an dünnen, freitragenden Folien von 3d-Übergangsmetallen wie Eisen, Kobalt oder Nickel an den L_{2,3}-Absorptionskanten (im Spektralbereich der weichen Röntgenstrahlung) gemessen werden können. Es handelt sich um eine Weiterentwicklung eines an MAMI erprobten Interferometers, das im wesentlichen aus einer kollinearen Anordnung zweier identischer Undulatoren, zwischen die die dünne Probefolie eingebracht wird, und einem Gitterspektrometer besteht. Aus den als Funktion des Abstands der Undulatoren beobachtbaren Intensitätsoszillation lassen sich das Dekrement des Realteils δ und der Absorptionskoeffizient β des komplexen Brechungsindex bestimmen.rnIm Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Apparatur derart weiterentwickelt, dass auch die magnetisch zirkulare Doppelbrechung Δδ und der magnetisch zirkulare Dichroismus Δβ an den L_{2,3}-Absorptionskanten von Übergangsmetallen gemessen werden können. Der zweite Undulator wurde um die Elektronenstrahlachse um den Winkel Ψ = ±107° drehbar gemacht. Damit dient er auch als Analysator der aus der Folie austretenden elliptisch polarisierten weichen Röntgenstrahlung, für die - wie bei der Faraday-Rotation - die Polarisationsebene gedreht ist. Weiterhin kann die Spaltbreite der 10-poligen Hybrid-Undulatoren mit einer Periodenlänge von 12 mm und damit der Undulatorparameter über eine Antriebsmechanik kontinuierlich variiert werden, wodurch eine optimale Anpassung der Amplituden der Undulatorstrahlung aus den beiden Undulatoren möglich wird. Der maximale Undulatorparameter beträgt K = 1.1. Auch das Spektrometer, das auf einem selbstfokussierenden Gitter mit variierter Liniendichte (im Mittel 1400 Linien / mm) basiert, wurde weiterentwickelt. Als Detektor kommt jetzt eine fensterlose CCD mit 1024 x 1024 Pixeln und einer Pixelgröße von 13 μm x 13 μm zum Einsatz, die im Bildmodus betrieben wird, was die gleichzeitige Messung eines Energieintervalls von ca. 50 eV ermöglicht. Die totale Linienbreite wurde bei einer vertikalen Strahlfleckausdehnung von σ_y = 70 μm (rms) am Neon 1s-3p Übergang bei (867.18 ±0.02) eV zu Δħω = (0.218 ±0.002) eV (FWHM) gemessen. Das hohe Auflösungsvermögen von 4000 und die Möglichkeit der Eichung gegen den 1s-3p Übergang von Neon wurden ausgenutzt, um die Energie der Maxima an den Absorptionskanten von Nickel (weiße Linien) neu zu bestimmen. Die Ergebnisse E_{L_2}=(869.65_{-0.16}^{+0.27}) eV und E_{L_3}=(852.37_{-0.11}^{+0.16}) eV stellen eine Verbesserung früherer Messungen dar, die große Streuungen aufwiesen.rnAus systematischen Messungen als Funktion des Abstandes der Undulatoren und des Drehwinkels Ψ wurden die magnetisch zirkulare Doppelbrechung Δδ im Energiebereich 834 eV ≤ ħω ≤ 885 eV an einer freitragenden, bis zur Sättigung magnetisierten Nickelfolie der Dicke von (96.4 ±2.7) nm gemessen. Sowohl das Auflösungsvermögen als auch die Genauigkeit der Messungen für Δδ übersteigen bekannte Literaturangaben signifikant, so dass eine bisher nicht bekannte Feinstruktur gefunden werden konnte. Außerdem wurde der Betrag des magnetisch zirkularen Dichroismus |Δβ| im Bereich des Maximums an der L_3-Absorptionskante mit hoher Genauigkeit gemessen.rn

DEVELOPMENT OF A LOW COST IMPEDANCE TUBE TO MEASURE THE ACOUSTIC ABSORPTION AND TRANSMISSION LOSS OF MATERIALS

Traditional methods of measuring sound absorption coefficient and sound transmission loss of a material are time consuming. To overcome this limitation, normal incidence sound absorption and transmission loss measurement technique was developed. Unfortunately the equipment required for this task is equally expensive. Hence efforts are taken to develop a cost-effective equipment for measuring normal incidence sound absorption coefficient and transmission loss. An impedance tube capable of measure absorption coefficient and transmission loss is designed and built under a budget of $1500 for educational institutes. A background study is performed to gain knowledge and understanding of the normal incidence measurements technique. Based on the literature review, parameters involved such as tube material, source and microphone properties, sample holders, etc. are discussed in depth. Based on these parameters, design options are generated to meet the cost and functionality targets pre-assigned. After selection of materials and components, an impedance tube is built and tested using three fibrous absorption materials for absorption and a barrier for transmission loss performance. These measured results then compared with those obtained with the help of industry recognized Brüel & Kjær impedance tube. The results show performances are comparable, hence validation the new built tube.

Solar radiation over and under sea ice and photographic quantification of Ice algal aggregates during the POLARSTERN cruise ARK-XXVII/3 (IceArc) in summer 2012

The ice cover of the Arctic Ocean has been changing dramatically in the last decades and the consequences for the sea-ice associated ecosystem remain difficult to assess. Algal aggregates underneath sea ice have been described sporadically but the frequency and distribution of their occurrence is not well quantified. We used upward looking images obtained by a remotely operated vehicle (ROV) to derive estimates of ice algal aggregate biomass and to investigate their spatial distribution. During the IceArc expedition (ARK-XXVII/3) of RV Polarstern in late summer 2012, different types of algal aggregates were observed floating underneath various ice types in the Central Arctic basins. Our results show that the floe scale distribution of algal aggregates in late summer is very patchy and determined by the topography of the ice underside, with aggregates collecting in dome shaped structures and at the edges of pressure ridges. The buoyancy of the aggregates was also evident from analysis of the aggregate size distribution. Different approaches used to estimate aggregate biomass yield a wide range of results. This highlights that special care must be taken when upscaling observations and comparing results from surveys conducted using different methods or on different spatial scales.

(Table 1) Attenuation coefficient of lateral propagating light in sea ice, southern Beaufort Sea

The attenuation property of a lateral propagating light (LPL) in sea ice was measured using an artificial lamp in the Canadian Arctic during the 2007/2008 winter. A measurement method is proposed and applied whereby a recording instrument is buried in the sea ice and an artificial lamp is moved across the instrument. The apparent attenuation coefficient µ(lamda) for the lateral propagating light is obtained from the measured logarithmic relative variation rate. With the exception of blue and red lights, the attenuation coefficient changed little with wavelength, but changed considerably with depth. The vertical decrease of the attenuation coefficient was found to be correlated with salinity: the greater the salinity, the greater the attenuation coefficient. A clear linear relation of salinity and the lateral attenuation coefficient with R2 = 0.939 exists to address the close correlation of the attenuation of LPL with the scattering from the brine. The observed attenuation coefficient of LPL is much larger than that of the vertical propagation light, which we speculate to be caused by scattering. Part of this scattered component is transmitted out of the sea ice from the upper and lower surfaces.