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.

An approach to compatible new buildings in historic urban environments : case study in the Arabian Gulf region

Cette thèse contribue à l'état actuel des connaissances sur la compatibilité des nouveaux bâtiments avec les environnements urbains historiques. Elle suit un mode de présentation classique: Introduction, Revue de Littérature, Méthodologie, Résultats, Discussion et Conclusion. Le problème étudié est le manque d'orientation pour intégrer les processus de développement et de sauvegarde dans les contextes établis. La littérature récente révèle que les règles de préservation, aussi appelées normes et lignes directrices, ne peuvent pas garantir une relation compatible entre une intervention et son milieu. La pensée contemporaine dans le domaine de la conservation et de la gestion du patrimoine invite donc l’exploration d'autres moyens pour lier la nouvelle architecture à l'ancienne. Ainsi, le présent projet de recherche explore une approche alternative aux règles de préservation en vue d’atteindre le but de nouveaux bâtiments compatibles et d’améliorer la prise de décision fondée sur les valeurs. Pour produire des résultats spécifiques et convaincants, un cas a été sélectionné. Celui-ci est une ville dans la région du Golfe Arabe : la Ville de Koweït. Le résultat principal est le développement d’une approche, mise en œuvre en posant des questions approfondies sur le lieu, la conception et la construction des nouveaux bâtiments. Les questions suggérées dans la thèse mettent l’accent sur les valeurs patrimoniales et les choix de conception afin de permettre un changement réfléchi au sein des environnements urbains historiques. Elles aident aussi à évaluer les nouvelles propositions de projets au cas par cas. Pour démontrer comment cette approche pourrait être présentée et utilisée par les requérants et les évaluateurs, un modèle théorique est proposé. Ce modèle a ensuite été discuté avec des professionnels locaux et internationaux qui ont identifié ses forces et ses limites. En conclusion, l’ensemble des résultats montre que la mise à disposition de règles et / ou de questions approfondies n’est pas une solution satisfaisante puisqu’il y a d'autres enjeux importants qui devraient être abordés: comment appliquer l'orientation efficacement une fois qu’elle a été créée, comment développer la compétence liée à la prise de décision fondée sur les valeurs et comment insérer la conservation du patrimoine dans la mentalité du gouvernement local et des communautés. Lorsque ces enjeux seront traités, le patrimoine pourra devenir partie intégrante du processus de planification, ce qui est le but ultime. Enfin, cinq axes de recherche sont recommandés pour poursuivre l’exploration des idées introduites dans cette étude.

Modes de conceptualisation métaphoriques et théorie de l’évolution : analyse textuelle et traduction

Éminent naturaliste du XIXe siècle, Charles Darwin publie en 1859 ce qui s'avérera être l’un des textes fondateurs des sciences de la vie : On the origin of species by means of natural selection, or the preservation of favoured races in the struggle for life (ou OS). Ce volumineux ouvrage pose les assises conceptuelles de la théorie darwinienne de l'évolution. Cette dernière suscite encore de nos jours la controverse : certains la nient (créationnisme, dessein intelligent, etc.) alors que d'autres la poussent à l'extrême (eugénisme, darwinisme social, etc.). Vu la grande portée de l'OS, le problème de sa traduction en français se présente de lui-même. Ce champ d'étude reste pourtant largement inexploré. Nous avons donc choisi, dans le présent travail, d’étudier les traductions françaises de l’OS. Notre étude s’inscrivant dans un axe de recherche qui s’intéresse aux modes de conceptualisation métaphorique en usage dans les domaines biomédicaux, ainsi qu’aux problèmes de traduction qu’ils soulèvent, nous avons choisi de nous concentrer plus particulièrement sur les modes de conceptualisation métaphorique présents dans le texte de l'OS, et sur la manière dont ils ont été traduits en français. Pour mener à bien ce projet, nous avons élaboré une méthodologie à partir de celle déjà utilisée avec succès dans des études antérieures menées au sein du même axe de recherche que le nôtre. En plus de l’annotation et l’interrogation informatisée de notre corpus, cette méthodologie consiste en la mise en relation, au plan informatique, de plusieurs traductions d’un même texte. De par sa complexité technique, son élaboration constitue l’un des objectifs majeurs de notre étude. Les résultats obtenus nous ont permis de confirmer deux de nos trois hypothèses : 1) la totalité des modes de conceptualisation identifiés dans notre corpus anglais se retrouvent également dans chacune des traductions, et 2) aucun mode de conceptualisation métaphorique ne peut être dégagé des traductions françaises qui n’est pas déjà présent dans l’original anglais. En plus de nous permettre de comparer chaque traduction à l’original anglais, ces résultats nous ont également permis de comparer entre elles les différentes traductions françaises de l’OS. Ce mémoire de maîtrise comporte six chapitres, qui correspondent tour à tour à : notre cadre théorique, l'état de la question, nos hypothèses et nos objectifs, notre méthodologie, nos résultats et la discussion de ces résultats.

Transferring ownership of public housing to existing tenants: a mechanism design approach

This paper explores situations where tenants in public houses, in a specific neighborhood, are given the legislated right to buy the houses they live in or can choose to remain in their houses and pay the regulated rent. This type of legislation has been passed in many European countries in the last 30-35 years (the U.K. Housing Act 1980 is a leading example). The main objective with this type of legislation is to transfer the ownership of the houses from the public authority to the tenants. To achieve this goal, selling prices of the public houses are typically heavily subsidized. The legislating body then faces a trade-off between achieving the goals of the legislation and allocating the houses efficiently. This paper investigates this specific trade-off and identifies an allocation rule that is individually rational, equilibrium selecting, and group non-manipulable in a restricted preference domain that contains “almost all” preference profiles. In this restricted domain, the identified rule is the equilibrium selecting rule that transfers the maximum number of ownerships from the public authority to the tenants. This rule is preferred to the current U.K. system by both the existing tenants and the public authority. Finally, a dynamic process for finding the outcome of the identified rule, in a finite number of steps, is provided.

The autotelic experience : a design approach to user experience

Si les principes d’utilisabilité guident la conception de solutions de design interactif pour s’assurer que celles-ci soient « utilisables », quels principes guident la conception d’objets interactifs pour s’assurer que l’expérience subjective de l’usager (UX) soit adéquate et mémorable? Que manque-t-il au cadre de l‘UX pour expliquer, comprendre, et anticiper en tant que designer une expérience mémorable (‘an experience’; Dewey, 1934)? La question centrale est issue d’une double problématique : (1) le cadre théorique de l’UX est incomplet, et (2) les processus et capacités des designers ne sont pas considérés et utilisés à leur pleine capacité en conception UX. Pour répondre à cette question, nous proposons de compléter les modèles de l’UX avec la notion d’expérience autotélique qui appartient principalement à deux cadres théoriques ayant bien cerné l’expérience subjective, soit l’expérience optimale (ou Flow) de Csikszentmihalyi (1988) et l’expérience esthétique selon Schaeffer (2001). L’autotélie est une dimension interne du Flow alors qu’elle couvre toute l’expérience esthétique. L’autotélie est une expérience d’éveil au moment même de l’interaction. Cette prise de conscience est accompagnée d’une imperceptible tension de vouloir faire durer ce moment pour faire durer le plaisir qu’il génère. Trois études exploratoires ont été faites, s’appuyant sur une analyse faite à partir d’un cadre théorique en trois parties : le Flow, les signes d’activité non verbale (les gestes physiques) et verbale (le discours) ont été évalués pour voir comment ceux-ci s’associent. Nos résultats tendent à prouver que les processus spatiaux jouent un rôle de premier plan dans l’expérience autotélique et par conséquent dans une UX optimale. De plus, ils suggèrent que les expériences pragmatique et autotélique sont ancrées dans un seul et même contenu, et que leur différence tient au type d’attention que le participant porte sur l’interaction, l’attention ordinaire ou de type autotélique. Ces résultats nous ont menés à proposer un modèle pour la conception UX. L’élément nouveau, resté jusqu’alors inaperçu, consiste à s’assurer que l’interface (au sens large) appelle une attitude réceptive à l’inattendu, pour qu’une information puisse déclencher les processus spatiaux, offrant une opportunité de passer de l’attention ordinaire à l’attention autotélique. Le nouveau modèle ouvre la porte à une meilleure valorisation des habiletés et processus du designer au sein de l’équipe multidisciplinaire en conception UX.

Design and Development of a Performance Evaluation Prototype for IT Organizations in the Context of Outsourcing

The present study shows design and development of a performance evaluation prototype for IT organizations in the context of outsourcing. The main objective of this research is to help an IT organization in the context of outsourcing to realize its current standing, so it can take corrective steps where ever necessary and strive for continuous improvement. Service level management (SLM) process plays a crucial role in controlling the quality provision for IT service. Out sourcing is the process of entrusting the responsibility of providing certain goods and services to an external party. We have tried to identify as many as twenty complexities and categorized in to four headings. Complexities associated with contracts and SLAs,SLM process,SLM organization and complexities due to intrinsic characteristics. In this study it is possible to measure the quality of the performance of an IT organization in an outsourcing environment effectively

Design. Fabrication and Characterization of Fiber Optic Sensors for Physical and Chemical Applications

Advent of lasers together with the advancement in fiber optics technology has revolutionized the sensor technology. Advancement in the telemetric applications of optical fiber based measurements is an added bonus. The present thesis describes variety of fiber based sensors using techniques like micro bending, long period grating and evanescent waves. Sensors to measure various physical and chemical parameters are described in this thesis.

Design Considerations of Sonar Projector Arrays with Improved Performance

Systems which employ underwater acoustic energy for observation or communication are called sonar systems. The active and passive sonars are the two types of systems used for the detection and localisation of targets in underwater. Active sonar involves the transmission of an acoustic signal which, when reflected from a target, provides the sonar receiver with a basis for the detection and estimation. Passive sonar bases its detection and estimation on sounds which emanate from the target itself--Machinery noise, flow noise, transmission from its own active sonar etc.Electroacoustic transducers are used in sonar systems for the transmission and detection of acoustic energy. The transducer which is used for the transmission of acoustic energy is called projector and the one used for reception is called hydrophone. Since a single transducer is not sufficient enough for long range and directional transmission, a properly distributed array of transducers are to be used [9-11].The need and requirement for spatial processing to generate the most favourable directivity patterns for transducer systems used in underwater applications have already been analysed by several investigators [12-21].The desired directivity pattern can be either generated by the use of suitable focussing techniques or by an array of non-directional sensor elements, whose arrangements, spacing and the mode of excitation provide the required radiation pattern or by the combination of these.While computing that the directivity pattern, it is assumed strength of the elements are unaffected by the the source acoustic pressure at each source. However, in closely packed a r r a y s , the acoustic interaction effects experienced among the elements will modify the behaviour of individual elements and in turn will reduce the acoust ic source leve 1 wi t h respect to the maximum t heoret i cal va 1ue a s well as degrade the beam pa t tern. Th i s ef fect shou 1d be reduced in systems that are intended to generate high acoustic power output and unperturbed beam patterns [2,22-31].The work herein presented includes an approach for designing efficient and well behaved underwater transd~cer arrays, taking into account the acoustic interaction effect experienced among the closely packed multielement arrays.Architectural modifications reducing the interaction effect different radiating apertures.

Design and fabrication of a photothermal spectrometer and investigations of multilayer thin films"

In this work we present the results of our attempt to build a compact photothermal spectrometer capable of both manual and automated mode of operation.The salient features of the system include the ability to analyse thin film, powder and polymer samples. The tool has been in use to investigate thermal, optical and transport properties. Binary and ternary semiconducting thin films were analysed for their thermal diffusivities. The system could perform thickness measurements nondestructively. Ion implanted semiconductors are widely studied for the effect of radiation induced defects. We could perform nondestructive imaging of defects using our spectrometer.The results reported in his thesis on the above in addition to studies on In2S3 and transparent conducting oxide ZnO have been achieved with this spectrometer. Various polymer samples have been easily analysed for their thermal diffusivities. The technique provided ease of analysis not achieved with conventional techniques like TGA and DSC. Industrial application of the tool has also been proved by analyzing defects of welded joints and adhesion of paints. Indigenization of the expensive lock-in-amplifier and automation has been the significant achievement in the course of this dissertation. We are on our way to prove the noise rejection capabilities of our PC LIA.

Studies On Preparation And Characterization Of Hts Current Leads Using Multifilamentary Ag And Ag-Alloy Sheathed (Bi,Pb)-2223 Superconducting Tapes

The application vistas of superconductors have widened very much since the discovery of high TC superconductors (HTS) as many of the applications can be realised at 77 K rather than going down to 4.2 K, the liquid He temperature. One such application is the HTS current lead which is used to connect a superconducting system with a room temperature power source. Minimising heat leak to the cryogenic environment is the main advantage of introducing current leads into superconducting systems. The properties of HTSS likes zero resistance (avoiding joule heating) and very low thermal conductivity (minimized conductive heat transfer) make them ideal candidates to be used as current leads. There are two forms of HTS current leads. (i) bulk form (tube or rod) prepared either from YBCO or BSCCO and (ii) tape form prepared from Bi-2223 multifilamentary tapes. The tape form of current leads has many advantages with respect to the mechanical and thermal stability related criteria. Crucial information on various aspects of HTS current lead development are not available in the literature as those are kept proprietary by various companies around the world. The present work has been undertaken to tailor the properties of multifilamentary tapes for the current lead application and to optimise the processing parameters of the same for enhanced critical current density and field tolerance. Also it is the aim of the present investigation is to prepare prototype current leads engineered for operation in conduction cooled mode and test them for operational stability

Optimal Design of a Surface Mounted Permanent-Magnet BLDC Motor for Spacecraft Applications

This paper presents the optimal design of a surface mounted permanent-magnet (PM) Brushless direct-current (BLDC) motor meant for spacecraft applications. The spacecraft applications requires the choice of a motor with high torque density, minimum cogging torque, better positional stability and high torque to inertia ratio. Performance of two types of machine configurations viz Slotted PMBLDC and Slotless PMBLDC with Halbach array are compared with the help of analytical and finite element (FE) methods. It is found that unlike a Slotted PMBLDC motor, the Slotless type with Halbach array develops zero cogging torque without reduction in the developed torque. Moreover, the machine being coreless provides high torque to inertia ratio and zero magnetic stiction

A Multi-Mode Sigma-Delta ADC for GSM/WCDMA/ WLAN Applications

The demand for new telecommunication services requiring higher capacities, data rates and different operating modes have motivated the development of new generation multi-standard wireless transceivers. In multistandard design, sigma-delta based ADC is one of the most popular choices. To this end, in this paper we present cascaded 2-2-2 reconfigurable sigma-delta modulator that can handle GSM, WCDMA and WLAN standards. The modulator makes use of a low-distortion swing suppression topology which is highly suitable for wide band applications. In GSM mode, only the first stage (2nd order Σ-Δ ADC) is used to achieve a peak SNDR of 88dB with oversampling ratio of 160 for a bandwidth of 200KHz and for WCDMA mode a 2-2 cascaded structure (4th order) is turned on with 1-bit in the first stage and 2-bit in the second stage to achieve 74 dB peak SNDR with over-sampling ratio of 16 for a bandwidth of 2MHz. Finally, a 2-2-2 cascaded MASH architecture with 4-bit in the last stage is proposed to achieve a peak SNDR of 58dB for WLAN for a bandwidth of 20MHz. The novelty lies in the fact that unused blocks of second and third stages can be made inactive to achieve low power consumption. The modulator is designed in TSMC 0.18um CMOS technology and operates at 1.8 supply voltage

Design and Programming of Cathodic Protection for SHIPS

In order to minimize the risk of failures or major renewals of hull structures during the ship's expected life span, it is imperative that the precaution must be taken with regard to an adequate margin of safety against any one or combination of failure modes including excessive yielding, buckling, brittle fracture, fatigue and corrosion. The most efficient system for combating underwater corrosion is 'cathodic protection'. The basic principle of this method is that the ship's structure is made cathodic, i.e. the anodic (corrosion) reactions are suppressed by the application of an opposing current and the ship is there by protected. This paper deals with state of art in cathodic protection and its programming in ship structure

FEM based Virtual Prototyping and Design of Third Harmonic Excitation System for Low Voltage Brushless Alternators

Salient pole brushless alternators coupled to IC engines are extensively used as stand-by power supply units for meeting in- dustrial power demands. Design of such generators demands high power to weight ratio, high e ciency and low cost per KVA out- put. Moreover, the performance characteristics of such machines like voltage regulation and short circuit ratio (SCR) are critical when these machines are put into parallel operation and alterna- tors for critical applications like defence and aerospace demand very low harmonic content in the output voltage. While designing such alternators, accurate prediction of machine characteristics, including total harmonic distortion (THD) is essential to mini- mize development cost and time. Total harmonic distortion in the output voltage of alternators should be as low as possible especially when powering very sophis- ticated and critical applications. The output voltage waveform of a practical AC generator is replica of the space distribution of the ux density in the air gap and several factors such as shape of the rotor pole face, core saturation, slotting and style of coil disposition make the realization of a sinusoidal air gap ux wave impossible. These ux harmonics introduce undesirable e ects on the alternator performance like high neutral current due to triplen harmonics, voltage distortion, noise, vibration, excessive heating and also extra losses resulting in poor e ciency, which in turn necessitate de-rating of the machine especially when connected to non-linear loads. As an important control unit of brushless alternator, the excitation system and its dynamic performance has a direct impact on alternator's stability and reliability. The thesis explores design and implementation of an excitation i system utilizing third harmonic ux in the air gap of brushless al- ternators, using an additional auxiliary winding, wound for 1=3rd pole pitch, embedded into the stator slots and electrically iso- lated from the main winding. In the third harmonic excitation system, the combined e ect of two auxiliary windings, one with 2=3rd pitch and another third harmonic winding with 1=3rd pitch, are used to ensure good voltage regulation without an electronic automatic voltage regulator (AVR) and also reduces the total harmonic content in the output voltage, cost e ectively. The design of the third harmonic winding by analytic methods demands accurate calculation of third harmonic ux density in the air gap of the machine. However, precise estimation of the amplitude of third harmonic ux in the air gap of a machine by conventional design procedures is di cult due to complex geome- try of the machine and non-linear characteristics of the magnetic materials. As such, prediction of the eld parameters by conven- tional design methods is unreliable and hence virtual prototyping of the machine is done to enable accurate design of the third har- monic excitation system. In the design and development cycle of electrical machines, it is recognized that the use of analytical and experimental methods followed by expensive and in exible prototyping is time consum- ing and no longer cost e ective. Due to advancements in com- putational capabilities over recent years, nite element method (FEM) based virtual prototyping has become an attractive al- ternative to well established semi-analytical and empirical design methods as well as to the still popular trial and error approach followed by the costly and time consuming prototyping. Hence, by virtually prototyping the alternator using FEM, the important performance characteristics of the machine are predicted. Design of third harmonic excitation system is done with the help of results obtained from virtual prototype of the machine. Third harmonic excitation (THE) system is implemented in a 45 KVA ii experimental machine and experiments are conducted to validate the simulation results. Simulation and experimental results show that by utilizing third harmonic ux in the air gap of the ma- chine for excitation purposes during loaded conditions, triplen harmonic content in the output phase voltage is signi cantly re- duced. The prototype machine with third harmonic excitation system designed and developed based on FEM analysis proved to be economical due to its simplicity and has the added advan- tage of reduced harmonics in the output phase voltage.

Development of directly modulated high speed telecommunication lasers based on surface defined feedback gratings

High-speed semiconductor lasers are an integral part in the implemen- tation of high-bit-rate optical communications systems. They are com- pact, rugged, reliable, long-lived, and relatively inexpensive sources of coherent light. Due to the very low attenuation window that exists in the silica based optical fiber at 1.55 μm and the zero dispersion point at 1.3 μm, they have become the mainstay of optical fiber com- munication systems. For the fabrication of lasers with gratings such as, distributed bragg reflector or distributed feedback lasers, etching is the most critical step. Etching defines the lateral dimmensions of the structure which determines the performance of optoelectronic devices. In this thesis studies and experiments were carried out about the exist- ing etching processes for InP and a novel dry etching process was de- veloped. The newly developed process was based on Cl2/CH4/H2/Ar chemistry and resulted in very smooth surfaces and vertical side walls. With this process the grating definition was significantly improved as compared to other technological developments in the respective field. A surface defined grating definition approach is used in this thesis work which does not require any re-growth steps and makes the whole fabrication process simpler and cost effective. Moreover, this grating fabrication process is fully compatible with nano-imprint lithography and can be used for high throughput low-cost manufacturing. With usual etching techniques reported before it is not possible to etch very deep because of aspect ratio dependent etching phenomenon where with increasing etch depth the etch rate slows down resulting in non-vertical side walls and footing effects. Although with our de- veloped process quite vertical side walls were achieved but footing was still a problem. To overcome the challenges related to grating defini- tion and deep etching, a completely new three step gas chopping dry etching process was developed. This was the very first time that a time multiplexed etching process for an InP based material system was demonstrated. The developed gas chopping process showed extra ordinary results including high mask selectivity of 15, moderate etch- ing rate, very vertical side walls and a record high aspect ratio of 41. Both the developed etching processes are completely compatible with nano imprint lithography and can be used for low-cost high-throughput fabrication. A large number of broad area laser, ridge waveguide laser, distributed feedback laser, distributed bragg reflector laser and coupled cavity in- jection grating lasers were fabricated using the developed one step etch- ing process. Very extensive characterization was done to optimize all the important design and fabrication parameters. The devices devel- oped have shown excellent performance with a very high side mode suppression ratio of more than 52 dB, an output power of 17 mW per facet, high efficiency of 0.15 W/A, stable operation over temperature and injected currents and a threshold current as low as 30 mA for almost 1 mm long device. A record high modulation bandwidth of 15 GHz with electron-photon resonance and open eye diagrams for 10 Gbps data transmission were also shown.