Distance measurement using the change in junction voltage across a laser diode due to the self-mixing effect

Conventional detection scheme for self-mixing sensors uses an integrated photodiode within the laser package to monitor the self mixing signal. This arrangement can be simplified by directly obtaining the self-mixing signals across the laser diode itself and omitting the photodiode. This work reports on a Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser (VCSEL) based selfmixing sensor using the laser junction voltage to obtain the selfmixing signal. We show that the same information can be obtained with only minor changes to the extraction circuitry leading to potential cost saving with reductions in component costs and complexity and significant increase in bandwidth favoring high speed modulation. Experiments using both photo current and voltage detection were carried out and the results obtained show good agreement with the theory.

Fibre-based devices for next generation photonics communication systems

The future broadband information network will undoubtedly integrate the mobility and flexibility of wireless access systems with the huge bandwidth capacity of photonics solutions to enable a communication system capable of handling the anticipated demand for interactive services. Towards wide coverage and low cost implementations of such broadband wireless photonics communication networks, various aspects of the enabling technologies are continuingly generating intense research interest. Among the core technologies, the optical generation and distribution of radio frequency signals over fibres, and the fibre optic signal processing of optical and radio frequency signals, have been the subjects for study in this thesis. Based on the intrinsic properties of single-mode optical fibres, and in conjunction with the concepts of optical fibre delay line filters and fibre Bragg gratings, a number of novel fibre-based devices, potentially suitable for applications in the future wireless photonics communication systems, have been realised. Special single-mode fibres, namely, the high birefringence (Hi-Bi) fibre and the Er/Yb doped fibre have been employed so as to exploit their merits to achieve practical and cost-effective all-fibre architectures. A number of fibre-based complex signal processors for optical and radio frequencies using novel Hi-Bi fibre delay line filter architectures have been illustrated. In particular, operations such as multichannel flattop bandpass filtering, simultaneous complementary outputs and bidirectional nonreciprocal wavelength interleaving, have been demonstrated. The proposed configurations featured greatly reduced environmental sensitivity typical of coherent fibre delay line filter schemes, reconfigurable transfer functions, negligible chromatic dispersions, and ease of implementation, not easily achievable based on other techniques. A number of unique fibre grating devices for signal filtering and fibre laser applications have been realised. The concept of the superimposed fibre Bragg gratings has been extended to non-uniform grating structures and into Hi-Bi fibres to achieve highly useful grating devices such as overwritten phase-shifted fibre grating structure and widely/narrowly spaced polarization-discriminating filters that are not limited by the intrinsic fibre properties. In terms of the-fibre-based optical millimetre wave transmitters, unique approaches based on fibre laser configurations have been proposed and demonstrated. The ability of the dual-mode distributed feedback (DFB) fibre lasers to generate high spectral purity, narrow linewidth heterodyne signals without complex feedback mechanisms has been illustrated. A novel co-located dual DFB fibre laser configuration, based on the proposed superimposed phase-shifted fibre grating structure, has been further realised with highly desired operation characteristics without the need for costly high frequency synthesizers and complex feedback controls. Lastly, a novel cavity mode condition monitoring and optimisation scheme for short length, linear-cavity fibre lasers has been proposed and achieved. Based on the concept and simplicity of the superimposed fibre laser cavities structure, in conjunction with feedback controls, enhanced output performances from the fibre lasers have been achieved. The importance of such cavity mode assessment and feedback control for optimised fibre laser output performance has been illustrated.

Ultrashort pulse generation from diode laser devices

This thesis presents a detailed, experiment-based study of generation of ultrashort optical pulses from diode lasers. Simple and cost-effective techniques were used to generate high power, high quality optical short pulses at various wavelength windows. The major achievements presented in the thesis is summarised as follows. High power pulses generation is one of the major topics discussed in the thesis. Although gain switching is the simplest way for ultrashort pulse generation, it proves to be quite effective to deliver high energy pulses on condition that the pumping pulses with extremely fast rising time and high enough amplitude are applied on specially designed pulse generators. In the experiment on a grating-coupled surface emitting laser (GCSEL), peak power as high as 1W was achieved even when its spectral bandwidth was controlled within 0.2nm. Another experiment shows violet picosecond pulses with peak power as high as 7W was achieved when the intensive electrical pulses were applied on optimised DC bias to pump on InGaN violet diode laser. The physical mechanism of this phenomenon, as we considered, may attributed to the self-organised quantum dots structure in the laser. Control of pulse quality, including spectral quality and temporal profile, is an important issue for high power pulse generation. The ways to control pulse quality described in the thesis are also based on simple and effective techniques. For instance, GCSEL used in our experiment has a specially designed air-grating structure for out-coupling of optical signals; hence, a tiny flat aluminium mirror was placed closed to the grating section and resulted in a wavelength tuning range over 100nm and the best side band suppression ratio of 40dB. Self-seeding, as an effective technique for spectral control of pulsed lasers, was demonstrated for the first time in a violet diode laser. In addition, control of temporal profile of the pulse is demonstrated in an overdriven DFB laser. Wavelength tuneable fibre Bragg gratings were used to tailor the huge energy tail of the high power pulse. The whole system was compact and robust. The ultimate purpose of our study is to design a new family of compact ultrafast diode lasers. Some practical ideas of laser design based on gain-switched and Q-switched devices are also provided in the end.

Narrow-band generation and mode correlations in a short Raman fibre laser

We design a Raman fibre laser with a short cavity providing narrow-band generation. The laser is based on a commercial single-mode fibre (980-HP) span of 12 m length. The laser generates up to 11 W of intracavity power. Even at high generation power, the laser spectrum is narrow (less than 200 pm) - several times narrower than for conventional Raman fibre lasers based on longer fibres. The intensity dynamics reveals indications of mode correlations. © 2014 Astro Ltd.

Efficient yellow-green light generation at 561 nm by frequency-doubling of a QD-FBG laser diode in a PPLN waveguide

A compact high-power yellow-green continuous wave (CW) laser source based on second-harmonic generation (SHG) in a 5% MgO doped periodically poled congruent lithium niobate (PPLN) waveguide crystal pumped by a quantum-dot fiber Bragg grating (QD-FBG) laser diode is demonstrated. A frequency-doubled power of 90.11 mW at the wavelength of 560.68 nm with a conversion efficiency of 52.4% is reported. To the best of our knowledge, this represents the highest output power and conversion efficiency achieved to date in this spectral region from a diode-pumped PPLN waveguide crystal, which could prove extremely valuable for the deployment of such a source in a wide range of biomedical applications.

Laser-Driven Ion Accelerators: State of the Art and Applications

Laser-plasma based accelerators of protons and heavier ions are a source of potential interest for several applications, including in the biomedical area. While the potential future use in cancer hadrontherapy acts as a strong aspirational motivation for this research field, radiobiology employing laser-driven ion bursts is alreadyan active field of research. Here we give a summary of the state of the art in laser driven ion acceleration, of the main challenges currently faced by the research inthis field and of some of the current and future strategies for overcoming them.

@neurIST infrastructure for advanced disease management through integration of heterogeneous data, computing, and complex processing services

The increasing volume of data describing humandisease processes and the growing complexity of understanding, managing, and sharing such data presents a huge challenge for clinicians and medical researchers. This paper presents the@neurIST system, which provides an infrastructure for biomedical research while aiding clinical care, by bringing together heterogeneous data and complex processing and computing services. Although @neurIST targets the investigation and treatment of cerebral aneurysms, the system’s architecture is generic enough that it could be adapted to the treatment of other diseases.Innovations in @neurIST include confining the patient data pertaining to aneurysms inside a single environment that offers cliniciansthe tools to analyze and interpret patient data and make use of knowledge-based guidance in planning their treatment. Medicalresearchers gain access to a critical mass of aneurysm related data due to the system’s ability to federate distributed informationsources. A semantically mediated grid infrastructure ensures that both clinicians and researchers are able to seamlessly access andwork on data that is distributed across multiple sites in a secure way in addition to providing computing resources on demand forperforming computationally intensive simulations for treatment planning and research.

Kolmiulotteisen konenakojärjestelmän soveltuminen matkapuhelimen alikokoonpanojen testaukseen massatuotannossa

Tässä diplomityössä tutkitaan kolmiulotteisen konenak6järjestelmän soveltuvuutta matkapuhelimien alikokoonpanojen testaukseen massatuotannossa. Tavoitteena oli saada tietoa 3D järjestelmän käytettävyydestä suorituskyvyn ja kapasiteetin suhteen sekä selvittää järjestelmän joustavuutta testattavia tuotteita vaihdettaessa. Haluttiin myös selvittää, että ratkaiseeko 3D järjestelmä käytössä olevan 2D järjestelmän kanssa ilmenneitä ongelmia Järjestelmän suorituskykyä tutkittiin tekemällä testiajoja, joista saatuja tuloksia analysoitiin tilastollisella laadunvalvontaohjelmistolla. Varsinaisen kehitystyön teki konenäköjärjestelmiin erikoistunut alihankkija, jolla on kokemusta 3D testauksesta muilta teollisuuden aloilta. Matkapuhelimien alikokoonpanojen testauksessa laatukriteerit ja tarkkuusvaatimukset ovat kuitenkin liian kovia saavutettaviksi 3D lasertriangulaatioon perustuvaa testausjärjestelmää käytettäessä

Tilaus-toimitusketjun toimivuus kiinteistö- ja aluepalveluissa kaupunkikonsernin näkökulmasta

Imatralla tilaaja-tuottaja-malliin liittyvä nykyinen sopimusohjausmalli otettiin käyttöön teknisellä toimialalla marraskuussa 2014, jolloin kiinteistö- ja aluepalveluiden tuottamiseen perustettiin oma yhtiö. Tilaaminen ja tuottaminen muodostaa tilaus-toimitusketjun. Tämän työn tarkoituksena oli saada tietoa nykyisen kiinteistö- ja aluepalveluiden tilaus-toimitusketjun toimivuudesta sekä vahvuuksista ja puutteista. Työn teoriaosassa perehdyttiin strategiaprosessiin kunnissa, tilaaja-tuottaja-toimintatapaan sekä yhtiöittämiseen ja tuloksellisuuteen. Käytännön tietoa tilaus-toimitusketjusta saatiin strukturoidulla haastattelulla. Haastattelu jaettiin strategiseen, sopimusohjaustasoon sekä operatiiviseen tasoon. Haastateltavina oli toimitusketjun eri osapuolia. Työn tuloksena voidaan todeta, että strategian täytäntöönpanossa on vielä tekemistä, etenkin operatiivisella puolella. Sopimusohjausmalliin oltiin tyytyväisiä vaikka myös siitä löytyi vielä kehitettävää. Operatiivisella tasolla toiminnan tehokkuus on noussut verrattuna entiseen malliin, tehokkuutta voidaan kuitenkin vielä monin keinoin nostaa. Yleisesti nähtiin, että koko tilaus-toimitusketjun toiminta on tehostunut ja selkiytynyt.

Untersuchungen zu Controlled Traffic Farming und satellitenbasierten Lenksystemen

Diese Arbeit behandelt Controlled Traffic Farming (CTF) Anbausysteme, bei denen für alle Arbeitsgänge satellitengesteuert immer dieselben Fahrspuren benutzt werden. Lässt sich mit CTF die Belastung des Bodens verringern und die Effizienz von Direktsaat-Anbausystemen steigern? Neben agronomischen und bodenphysikalischen Parametern wurden Auswirkungen von Lenksystemen und Umsetzungsmöglichkeiten von CTF in die Praxis untersucht. Die Analyse einer CTF-Umsetzung unter europäischen Bedingungen mit der Verwendung von Standardmaschinen zeigte, dass sich CTF-Anbausysteme mit den heute zur Verfügung stehenden Maschinen für Dauergrünland, Mähdruschfrüchte und Mais auf kleiner und grösser strukturierten Flächen relativ einfach mechanisieren lassen. Bei Zuckerrüben und Kartoffeln können Kompromisse notwendig sein. Generell erfordern CTF-Anbausysteme eine sorgfältige Planung und Umsetzung in die Praxis. Im dreijährigen Feldversuch (Winterweizen, Wintergerste, Kunstwiese mit Kleegrasmischung) auf einem Lehmboden wurde CTF-Direktsaat mit konventionell zufällig befahrenen Direktsaat- und Pflugverfahren verglichen. Unter CTF zeigte sich eine Differenzierung der nicht, gering und intensiv befahrenen Varianten. Auf dem vorliegenden kompakten Boden mit 1150 mm Jahresniederschlag waren die Unterschiede zwischen den nicht befahrenen Flächen und den mit niedrigem Kontaktflächendruck befahrenen Flächen eher gering. In den nicht befahrenen Flächen entwickelten Eindringwiderstand und Kohlendioxidgehalt der Bodenluft nach drei Jahren signifikant bessere Werte. Bodendichte und Porosität zeigten hingegen keinen eindeutig interpretierbaren Trend. Aufgrund teils suboptimaler Feldaufgänge liess sich keine generelle agronomische Tendenz ableiten. Die intensive Befahrung der Pflegefahrgassen zeigte allerdings klar negative bodenkundliche und planzenbauliche Auswirkungen. Es bietet sich daher an, vor allem für Pflegearbeiten permanent dieselben Fahrspuren zu nutzen. In der Untersuchung zu den Auswirkungen von Lenksystemen zeigten sich signifikante Vorteile von Lenksystemen in einer Verminderung der Fahrerbelastung und einer höheren Lenkgenauigkeit vor allem bei grossen Arbeitsbreiten ohne Spuranreisser. Die meisten anderen Messparameter waren mit Lenksystem leicht vorteilhafter als ohne, unterschieden sich aber nicht signifikant voneinander. Fahrer und naturräumliche Gegebenheiten wie die Schlagform hatten einen wesentlich grösseren Einfluss. Gesamthaft betrachtet erweitert CTF in Kombination mit weiteren Bodenschutzmass-nahmen die Möglichkeiten, Bodenverdichtungen zu vermeiden, den Bedarf an energieintensiver Bodenlocke-rung zu reduzieren und die Entwicklung einer stabileren Bodenstruktur mit höherer Tragfähigkeit zu fördern. Zusammen mit einer an Kultur und Anbausystem angepassten Saatbettbereitung und den in geraden Reihen einfacher durchführbaren mechanischen Pflegemassnahmen ergeben sich gute Voraussetzungen für die Gestaltung agronomisch leistungsfähiger und ökologisch nachhaltiger Anbausysteme.

Grado de aclaramiento de tatuajes y eventos adversos, posterior a una sesión con láser q-switch

Introducción: Los resultados de la remoción de tatuajes con láser de sesión a sesión según los parámetros utilizados son limitados en la literatura. Objetivo: Evaluar los cambios en el aclaramiento de tatuajes y factores asociados posterior a una sesión con láser y los efectos adversos. Materiales y Métodos: Estudio longitudinal retrospectivo de antes y después de 1 sesión de con láser para remoción de tatuajes, donde se determinaron parámetros del tratamiento, aclaramiento y efectos adversos. Resultados: Se evaluaron 35 pacientes para un total de 98 sesiones, fototipo de piel II y IV. Equipos utilizados laser Q-Switch Nd Yag 1064 (83.3%), láser Q-Switch Nd YAG 532(11.3%) y laser Q-Switch Rubí (4.1%). El aclaramiento posterior a la sesión de láser fue evaluado por dos evaluadores independientes, mostrando concordancia significativa (Kappa de 0.615, p<0.001), con aclaración en un 96% de los tatuajes después de la sesión de láser. (p< 0.001). Se encontraron cambios significativos entre la densidad de energía aplicada y las categorías de aclaramiento de la escala de 0 a 3, siendo a mayor densidad mayor el nivel de aclaramiento (p= 0.05). No se encontró asociación significativa entre el número de pases y el aclaramiento del tatuaje. Los efectos adversos fueron del 5.4%. Cicatriz 2%, hiperpigmentación 2% y hipopigmentación 1%. Conclusión: Posterior a una sesión de remoción de tatuajes con láser Q-Switch hay un aclaramiento significativo en un 96% asociado con la densidad de energía, a mayor densidad de energía mayor el nivel de aclaramiento y no al número de pases realizados.

Liquid-vapour homogenisation of fluid inclusions in stalagmites: Evaluation of a new thermometer for paleoclimate research

We present a new approach to determine palaeotemperatures (mean annual surface temperatures) based on measurements of the liquid–vapour homogenisation temperature of fluid inclusions in stalagmites. The aim of this study is to explore the potential and the limitations of this new palaeothermometer and to develop a reliable methodology for routine applications in palaeoclimate research. Therefore, we have investigated recent fluid inclusions from the top part of actively growing stalagmites that have formed at temperatures close to the present-day cave air temperature. A precondition for measuring homogenisation temperatures of originally monophase inclusions is the nucleation of a vapour bubble by means of single ultra-short laser pulses. Based on the observed homogenisation temperatures (Th(obs)) and measurements of the vapour bubble diameter at a known temperature, we calculated stalagmite formation temperatures (Tf) by applying a thermodynamic model that takes into account the effect of surface tension on liquid–vapour homogenisation. Results from recent stalagmite samples demonstrate that calculated stalagmite formation temperatures match the present-day cave air temperature within ± 0.2 °C. To avoid artificially induced changes of the fluid density we defined specific demands on the selection, handling and preparation of the stalagmite samples. Application of the method is restricted to stalagmites that formed at cave temperatures greater than ~ 9–11 °C.

Predictors of first-year survival in patients with advanced COPD treated using long-term oxygen therapy

Little evidence-based guidance is available to aid clinicians in determining short-term prognoses in very severe COPD patients. Therefore, the present study was designed to provide a prospective assessment (1) of the mortality rates and (2) whether the baseline measurements may be determinants of 1-year mortality in hypoxemic COPD patients receiving long-term oxygen therapy (LTOT).Seventy-eight clinically stable patients with advanced COPD treated using LTOT were enrolled in a prospective cohort study. Outcome variable: first-year mortality. Baseline measurements: categorical variables: age (<60 or >= 60 years); gender; body mass index (<20 or >= 20 kg/m(2)); fat-free mass (FFM) index (<16 [men] and <15kg/m(2) [women]; baseline dyspnea index (BDI) (<= 3 or >3); and corticosteroid use. Continuous variables: smoking history; lung function; FFM; fat mass; hemoglobin; hematocrit; arterial blood gases; forearm muscle strength; St. George's Respiratory Questionnaire (SGRQ); and comorbidity score. By the end of 1-year of follow-up, 12 patients (15.4%) had died. Kaplan-Meier curves showed that BDI <= 3 was the only variable associated with higher mortality. Cox proportional hazards analysis revealed that tower PaO2 and SPO2, higher PaCO2 and SGRQ scores were associated with reduced survival. In the multivariate analysis, BDI remained predictive of mortality (hazard ratio [HR], 0.50; 95% confidence interval [CI], 0.31-0.81), as did PaO2 (HR, 0.49; 95% CI, 0.26-0.95). These data suggest that readily available parameters as dyspnea intensity and hypoxemia severity may be useful in predicting first-year survival rates in advanced COPD patients receiving LTOT (C) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Método de detecção interferométrica de fase, com baixa profundidade de modulação, aplicado à medição de deslocamentos nanométricos em atuadores e mini-manipuladores piezoelétricos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Entwicklung des Laserionenquellen und -fallenprojekts LIST für Ultraspurendetektion und Grundlagenforschung

Die vorliegende Dissertation beschreibt die Realisation des neuartigen Konzepts der Laserionenquellenfalle für die on-line Produktion exotischer Nuklide und für den Nachweis von Spurenisotopen in Proben mit starken Isobarenkontaminationen. Ziel dieser Entwicklung ist eine wesentliche Steigerung der Isobarenselektivität einer herkömmlichen Laserionenquelle, sowie die Erzeugung zeitlich kontrollierter Ionenpulse mit hervorragender Strahlqualität. Es konnte die prizipielle Funktionsfähigkeit des Systems in Kombination mit einem Titan:Saphir-Lasersystem für die Elemente Gallium, Calcium und Nickel demonstriert und Ionenpulse mit einer minimalen Pulslänge von 1 µs erzeugt werden. Nach ersten Abschätzungen ist die Effizienz des Systems etwa einen Faktor 2500 geringer als die einer herkömmlichen Laserionenquelle. Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit dem spurenanalytischen Nachweis von 99-Tc, mit dem Ziel, das Verhalten von 99-Tc in der Umgebung eines möglichen Endlagers für nukleare Abfälle studieren zu können. Hier wurden erste Studien mit dem kurzlebigen Isomer 99m-Tc zur Wechselwirkung von Tc(VII) mit Huminsäure und Kaolinit durchgeführt. Für den Einsatz der Laserionenquellenfalle in der Ultraspurenanalyse, wurde ein effizientes Anregungsschema für Titan:Saphir-Laser entwickelt und 99-Tc in einer herkömmlichen Ionenquelle nachgewiesen. Der letzte Teil der Arbeit beschreibt Machbarkeitsstudien zum Aufbau einer Laserionenquelle auf Basis eines Titan:Sahphir-Lasersystems, die parallel zu oben genannten Entwicklungen am Oak Ridge National Laboratory durchgeführt wurden. Im Rahmen dieser Messungen wurden Anregungsschemata für die resonante Anregung und Ionisation von Kupfer und Palladium für Titan:Saphir-Laser getestet. Dabei konnte zum ersten Mal frequenzvervierfachtes Laserlicht in einer Laserionenquelle eingesetzt werden. Am ORNL wurden Studien zur Zeitstruktur von Laserionenpulsen, sowie Emittanzmessungen von Laser- und Oberflächenionenstrahlen durchgeführt werden.