Characteristics of the spectral dynamics of picosecond modulated AlGaAs/GaAs injection lasers

Breakdown of the optical spectrum of a train of picosecond pulses into components with a distance which exceeds kT (200 cm-1 at λ = 955 nm and T = 300 K) is discovered for the first time in an injection laser. The effect may be caused by combined interaction between photons and phonons, with collective excitations in the degraded electron-hole GaAs plasma, and with the stream of drifting carriers in the active medium of the laser.

Enhanced modulation bandwidth of a Fabry-Perot semiconductor laser subject to light injection from another Fabry-Perot laser

Variations in optical spectrum and modulation band-width of a modulated Fabry-Perot (FP) semiconductor laser subject to the external light injection from another FP Laser is investigated in this paper. Optimal wavelength matching conditions for two FP lasers are discussed. A series of experiments show that two FP lasers should have a central wavelength overlapping and a mode spacing difference of several gigahertz. Under these conditions both the magnitude and phase frequency responses can be improved significantly.

Electric-field tuning s-d exchange interaction in quantum dots

We investigate theoretically the electron-hole pair states in CdTe quantum dot (QD) containing a single Mn2+ ion by the magneto-optical spectrum tuned by the electric field. It is shown that the electric field does not only tune the spin splitting via the sp-d exchange interaction but also affect significantly the anticrossing behavior in the photoluminescence spectrum. This anticrossing is caused by the s-d exchange interaction and/or the hole mixing effect, which depends sensitively on the shape of the QD. (C) 2008 American Institute of Physics.

A silicon light emitting devices in standard CMOS technology

A silicon light emitting device is designed and simulated. It is fabricated in 0.6 mum standard CMOS technology. The device can give more than 1 muW optical power of visible light under reverse breakdown. The device can be turned on at a bias of 0.88 V and work in a large range of voltage: 1.0-6.0 V The external electrical-optical conversion efficiency is more than 10(-6). The optical spectrum of the device is between 540-650 nm, which have a clear peak near 580 nm. The emission mechanism can be explained by a hot carrier direct recombination model.

5.3-W Nd:YVO_4 passively mode-locked laser by a novel semiconductor saturable absorber mirror

We report a diode end-pumped continuous wave (CW) passively mode-locked Nd:YVO4 laser with a homemade semiconductor saturable absorber mirror (SESAM). The maximum average output power is 5.3 W at the incident pump power of 17 W, which corresponds to an optical-optical conversion efficiency of 31.2% and slope efficiency of 34.7%. The corresponding optical spectrum has a 0.2-nm full width at half maximum (FWHM), and the pulse repetition rate is 83 MHz.

X-ray spectra induced by slow highly charged Arq+ ions in collision with Nb surface

The X-ray spectra of Nb surface induced by Arq+ (q = 16,17) ions with the energy range from 10 to 20 keV/q were studied by the optical spectrum technology. The experimental results indicate that the multi-electron excitation occurred as a highly charged Ar16+ ion was neutralized below the metal surface. The K shell electron of Ar16+ was excited and then de-excited cascadly to emit K X-ray. The intensity of the X-ray emitted from K shell of the hollow Ar atom decreased with the increase of projectile kinetic energy. The intensity of the X-ray emitted from L shell of the target atom Nb increased with the increase of projectile kinetic energy. The X-ray yield of Ar17+ is three magnitude orders larger than that of Ar16+.

X-ray spectra induced in highly charged Ar-40(q+) interacting with Au surface

By use of optical spectrum technology, the spectra of X-ray induced by highly charged Ar-40(q+) ions interacting with Au surface have been studied. The results show that the argon K alpha X-ray were emitted from the hollow atoms formed below the surface. There is a process of multi-electron exciting in neutralization of the Ar16+ ion, with electronic configuration 1s(2) in its ground state below the solid surface. The yield of the projectile K alpha X-ray is related to its initial electronic configuration, and the yield of the target X-ray is related to the projectile kinetic energy.

Trace analysis of Zn-doped compound semiconductor material by resonant ionization mass spectrometry

An experimental setup and the procedure for the laser resonant ionization mass spectrometry (RIMS) have been described. Both an optical spectrum and a mass spectum have been shown. The detection limit that can be reached by using this procedure has been estimated.

The VLT-FLAMES survey of massive stars: mass loss and rotation of early-type stars in the SMC

We have studied the optical spectra of a sample of 31 O- and early B-type stars in the Small Magellanic Cloud, 21 of which are associated with the young massive cluster NGC 346. Stellar parameters are determined using an automated fitting method (Mokiem et al. 2005, A&A, 441, 711), which combines the stellar atmosphere code FASTWIND (Puls et al. 2005, A&A, 435, 669) with the genetic algorithm based optimisation routine PIKAIA (Charbonneau 1995, ApJS, 101, 309). Comparison with predictions of stellar evolution that account for stellar rotation does not result in a unique age, though most stars are best represented by an age of 1-3 Myr. The automated method allows for a detailed determination of the projected rotational velocities. The present day v(r) sin i distribution of the 21 dwarf stars in our sample is consistent with an underlying rotational velocity (v(r)) distribution that can be characterised by a mean velocity of about 160-190 km s(-1) and an effective half width of 100-150 km s(-1). The vr distribution must include a small percentage of slowly rotating stars. If predictions of the time evolution of the equatorial velocity for massive stars within the environment of the SMC are correct (Maeder & Meynet 2001, A&A, 373, 555), the young age of the cluster implies that this underlying distribution is representative for the initial rotational velocity distribution. The location in the Hertzsprung-Russell diagram of the stars showing helium enrichment is in qualitative agreement with evolutionary tracks accounting for rotation, but not for those ignoring vr. The mass loss rates of the SMC objects having luminosities of log L-star/L-circle dot greater than or similar to 5.4 are in excellent agreement with predictions by Vink et al. (2001, A&A, 369, 574). However, for lower luminosity stars the winds are too weak to determine. M accurately from the optical spectrum. Three targets were classified as Vz stars, two of which are located close to the theoretical zero-age main sequence. Three lower luminosity targets that were not classified as Vz stars are also found to lie near the ZAMS. We argue that this is related to a temperature effect inhibiting cooler from displaying the spectral features required for the Vz luminosity class.

SUPERNOVA 1996cr: SN 1987A's WILD COUSIN?

We report on new VLT optical spectroscopic and multiwavelength archival observations of SN 1996cr, a previously identified ultraluminous X-ray source known as Circinus galaxy X-2. Our optical spectrum confirms SN 1996cr as a bona fide Type IIn supernova, while archival imaging from the Anglo-Australian Telescope archive isolates the explosion date to between 1995 February 28 and 1996 March 16. SN 1996cr is one of the closest SNe (approximate to 3.8 Mpc) in the last several decades, and in terms of flux ranks among the brightest radio and X-ray SNe ever detected. The wealth of optical, X-ray, and radio observations that exist for this source provide relatively detailed constraints on its postexplosion expansion and progenitor history, including a preliminary angular size constraint from VLBI. Archival X-ray and radio data imply that the progenitor of SN 1996cr evacuated a large cavity just prior to exploding: the blast wave likely spent similar to 1-2 yr in relatively uninhibited expansion before eventually striking the dense circumstellar material which surrounds SN 1996cr. The X-ray and radio emission, which trace the progenitor mass-loss rate, have respectively risen by a factor of greater than or similar to 2 and remained roughly constant over the past 7 years. This behavior is reminiscent of the late rise of SN 1987A, but 1000 times more luminous and much more rapid to onset. SN 1996cr may likewise provide us with a younger example of SN 1978K and SN 1979C, both of which exhibit flat X-ray evolution at late times. Complex oxygen line emission hints at a possible concentric shell or ringlike structure. The discovery of SN 1996cr suggests that a substantial fraction of the closest SNe observed in the last several decades have occurred in wind-blown bubbles, and argues for the phenomena being widespread.

Calculs de modèles d'atmosphères hors-ETL avec métaux pour les étoiles de type sdO : le cas particulier de SDSS J1600+0748

Nous présentons nos grilles de modèles d'atmosphères pour les étoiles sous-naines chaudes de type O (sdO) soit : des modèles classiques hors-ETL H, He, des modèles hors-ETL avec, en plus, du C, N, O et finalement des modèles incluant C, N, O, Fe. En utilisant les raies de Balmer et d'hélium dans le domaine du visible, nous avons fait des comparaisons entre les spectres théoriques de nos différentes grilles afin de caractériser les effets des métaux. On trouve que ces effets dépendent à la fois de la température et de la gravité. De plus, l'abondance d'hélium a une influence importante sur les effets des métaux; une abondance d'hélium faible (log N(He)/N(H) < -1,5) occasionne des effets assez importants alors qu'une abondance plus élevée tend à réduire ces mêmes effets. Nous avons aussi trouvé que l'ajout du fer (en abondance solaire) ne cause que des changements relativement faibles à la structure en température et, par le fait même, aux profils des raies d'hydrogène et d'hélium, par rapport aux changements déjà produits par le C, N, O (en abondance solaire). Nous avons utilisé nos grilles pour faire une analyse spectroscopique du spectre à haut signal sur bruit (180) et basse résolution (9 Å) de SDSS J160043.6+074802.9 obtenu au télescope Bok. Notre meilleure ajustement a été obtenu avec notre grille de spectres synthétiques incluant C, N, O et Fe en quantité solaire, menant aux paramètres suivants : Teff = 68 500 ± 1770 K, log g = 6,09 ± 0,07, and log N(He)/N(H) = -0,64 ± 0,05, où les incertitudes proviennent uniquement de la procédure d'ajustement. Ces paramètres atmosphériques, particulièrement la valeur de l'abondance d'hélium, placent notre étoile dans une région où les effets des métaux ne sont pas très marqués.

Développement d'un indice de vulnérabilité à l'érosion éolienne à partir d'images satellitales, dans le Bassin arachidier du Sénégal : cas de la région de Thiès.

L’érosion éolienne est un problème environnemental parmi les plus sévères dans les régions arides, semi-arides et les régions sèches sub-humides de la planète. L’érosion des sols accélérée par le vent provoque des dommages à la fois localement et régionalement. Sur le plan local, elle cause la baisse des nutriments par la mobilisation des particules les plus fines et de la matière organique. Cette mobilisation est une des causes de perte de fertilité des sols avec comme conséquence, une chute de la productivité agricole et une réduction de la profondeur de la partie arable. Sur le plan régional, les tempêtes de poussières soulevées par le vent ont un impact non négligeable sur la santé des populations, et la déposition des particules affecte les équipements hydrauliques tels que les canaux à ciel ouvert ainsi que les infrastructures notamment de transport. Dans les régions où les sols sont fréquemment soumis à l’érosion éolienne, les besoins pour des études qui visent à caractériser spatialement les sols selon leur degré de vulnérabilité sont grands. On n’a qu’à penser aux autorités administratives qui doivent décider des mesures à prendre pour préserver et conserver les potentialités agropédologiques des sols, souvent avec des ressources financières modestes mises à leur disposition. Or, dans certaines de ces régions, comme notre territoire d’étude, la région de Thiès au Sénégal, ces études font défaut. En effet, les quelques études effectuées dans cette région ou dans des contextes géographiques similaires ont un caractère plutôt local et les approches suivies (modèles de pertes des sols) nécessitent un nombre substantiel de données pour saisir la variabilité spatiale de la dynamique des facteurs qui interviennent dans le processus de l’érosion éolienne. La disponibilité de ces données est particulièrement problématique dans les pays en voie de développement, à cause de la pauvreté en infrastructures et des problèmes de ressources pour le monitoring continu des variables environnementales. L’approche mise de l’avant dans cette recherche vise à combler cette lacune en recourant principalement à l’imagerie satellitale, et plus particulièrement celle provenant des satellites Landsat-5 et Landsat-7. Les images Landsat couvrent la presque totalité de la zone optique du spectre exploitable par télédétection (visible, proche infrarouge, infrarouge moyen et thermique) à des résolutions relativement fines (quelques dizaines de mètres). Elles permettant ainsi d’étudier la distribution spatiale des niveaux de vulnérabilité des sols avec un niveau de détails beaucoup plus fin que celui obtenu avec des images souvent utilisées dans des études environnementales telles que AVHRR de la série de satellites NOAA (résolution kilométrique). De plus, l’archive complet des images Landsat-5 et Landsat-7 couvrant une période de plus de 20 ans est aujourd’hui facilement accessible. Parmi les paramètres utilisés dans les modèles d’érosion éolienne, nous avons identifiés ceux qui sont estimables par l’imagerie satellitale soit directement (exemple, fraction du couvert végétal) soit indirectement (exemple, caractérisation des sols par leur niveau d’érodabilité). En exploitant aussi le peu de données disponibles dans la région (données climatiques, carte morphopédologique) nous avons élaboré une base de données décrivant l’état des lieux dans la période de 1988 à 2002 et ce, selon les deux saisons caractéristiques de la région : la saison des pluies et la saison sèche. Ces données par date d’acquisition des images Landsat utilisées ont été considérées comme des intrants (critères) dans un modèle empirique que nous avons élaboré en modulant l’impact de chacun des critères (poids et scores). À l’aide de ce modèle, nous avons créé des cartes montrant les degrés de vulnérabilité dans la région à l’étude, et ce par date d’acquisition des images Landsat. Suite à une série de tests pour valider la cohérence interne du modèle, nous avons analysé nos cartes afin de conclure sur la dynamique du processus pendant la période d’étude. Nos principales conclusions sont les suivantes : 1) le modèle élaboré montre une bonne cohérence interne et est sensible aux variations spatiotemporelles des facteurs pris en considération 2); tel qu’attendu, parmi les facteurs utilisés pour expliquer la vulnérabilité des sols, la végétation vivante et l’érodabilité sont les plus importants ; 3) ces deux facteurs présentent une variation importante intra et inter-saisonnière de sorte qu’il est difficile de dégager des tendances à long terme bien que certaines parties du territoire (Nord et Est) aient des indices de vulnérabilité forts, peu importe la saison ; 4) l’analyse diachronique des cartes des indices de vulnérabilité confirme le caractère saisonnier des niveaux de vulnérabilité dans la mesure où les superficies occupées par les faibles niveaux de vulnérabilité augmentent en saison des pluies, donc lorsque l’humidité surfacique et la végétation active notamment sont importantes, et décroissent en saison sèche ; 5) la susceptibilité, c’est-à-dire l’impact du vent sur la vulnérabilité est d’autant plus forte que la vitesse du vent est élevée et que la vulnérabilité est forte. Sur les zones où la vulnérabilité est faible, les vitesses de vent élevées ont moins d’impact. Dans notre étude, nous avons aussi inclus une analyse comparative entre les facteurs extraits des images Landsat et celles des images hyperspectrales du satellite expérimental HYPERION. Bien que la résolution spatiale de ces images soit similaire à celle de Landsat, les résultats obtenus à partir des images HYPERION révèlent un niveau de détail supérieur grâce à la résolution spectrale de ce capteur permettant de mieux choisir les bandes spectrales qui réagissent le plus avec le facteur étudié. Cette étude comparative démontre que dans un futur rapproché, l’amélioration de l’accessibilité à ce type d’images permettra de raffiner davantage le calcul de l’indice de vulnérabilité par notre modèle. En attendant cette possibilité, on peut de contenter de l’imagerie Landsat qui offre un support d’informations permettant tout de même d’évaluer le niveau de fragilisation des sols par l’action du vent et par la dynamique des caractéristiques des facteurs telles que la couverture végétale aussi bien vivante que sénescente.

Modèles d'atmosphères hors-ETL avec métaux : applications aux étoiles sous-naines chaudes

Avec la mise en place dans les dernières années d'une grappe d'ordinateurs (CALYS) dédiés aux calculs de modèles stellaires pour notre groupe de recherche, il nous est désormais possible d'exploiter à leur plein potentiel les modèles d'atmosphères hors équilibre thermodynamique local (HETL) en y incluant des éléments métalliques. Ce type de modèles, plutôt exigeant en temps de calcul, est toutefois essentiel pour analyser correctement les spectres d'étoiles chaudes comme les sous-naines de type O (sdO). Les travaux effectués dans le cadre de cette thèse ont comme point commun l'utilisation de tels modèles d'atmosphères pour faire l'analyse spectroscopique d'étoiles sous-naines chaudes dans des contextes variés. Le coeur de cette thèse porte sur Bd+28 4211, une étoile standard de type sdO très chaude, dans laquelle le problème des raies de Balmer, qui empêche de reproduire ces dernières avec une unique, et réaliste, combinaison de paramètres atmosphériques, est bien présent. Dans un premier temps nous présentons une analyse approfondie de son spectre ultraviolet (UV). Cela nous permet de déterminer les abondances de métaux dans l'atmosphère de l'étoile et de contraindre sa température effective et sa gravité de surface. Par la suite, ces résultats servent de point de départ à l'analyse du spectre optique de l'étoile, dans lequel le problème des raies de Balmer se fait sentir. Cette analyse nous permet de conclure que l'inclusion des abondances métalliques propres à l'étoile dans les modèles d'atmosphères HETL n'est pas suffisant pour surmonter le problème des raies de Balmer. Toutefois, en y incluant des abondances dix fois solaires, nous arrivons à reproduire correctement les raies de Balmer et d'hélium présentes dans les spectres visibles lors d'un ajustement de paramètres. De plus, les paramètres résultants concordent avec ceux indiqués par le spectre UV. Nous concluons que des sources d'opacité encore inconnues ou mal modélisées sont à la source de ce problème endémique aux étoiles chaudes. Par la suite nous faisons une étude spectroscopique de Feige 48, une étoile de type sdB pulsante particulièrement importante. Nous arrivons à reproduire très bien le spectre visible de cette étoile, incluant les nombreuses raies métalliques qui s'y trouvent. Les paramètres fondamentaux obtenus pour Feige 48 corroborent ceux déjà présents dans la littérature, qui ont été obtenus avec des types de modèles d'atmosphères moins sophistiqués, ce qui implique que les effets HETL couplés à la présence de métaux ne sont pas importants dans l'atmosphère de cette étoile particulière. Nous pouvons donc affirmer que les paramètres de cette étoile sont fiables et peuvent servir de base à une future étude astérosismologique quantitative. Finalement, 38 étoiles sous-naines chaudes appartenant à l'amas globulaire omega Centauri ont été analysées afin de déterminer, outre leur température et gravité de surface, leurs abondances d'hélium et de carbone. Nous montrons qu'il existe une corrélation entre les abondances photosphériques de ces deux éléments. Nous trouvons aussi des différences entre les étoiles riches en hélium de l'amas du celles du champ. Dans leur ensemble, nos résultats remettent en question notre compréhension du mécanisme de formation des sous-naines riches en hélium.

Complex extreme learning machine applications in terahertz pulsed signals feature sets

This paper presents a novel approach to the automatic classification of very large data sets composed of terahertz pulse transient signals, highlighting their potential use in biochemical, biomedical, pharmaceutical and security applications. Two different types of THz spectra are considered in the classification process. Firstly a binary classification study of poly-A and poly-C ribonucleic acid samples is performed. This is then contrasted with a difficult multi-class classification problem of spectra from six different powder samples that although have fairly indistinguishable features in the optical spectrum, they also possess a few discernable spectral features in the terahertz part of the spectrum. Classification is performed using a complex-valued extreme learning machine algorithm that takes into account features in both the amplitude as well as the phase of the recorded spectra. Classification speed and accuracy are contrasted with that achieved using a support vector machine classifier. The study systematically compares the classifier performance achieved after adopting different Gaussian kernels when separating amplitude and phase signatures. The two signatures are presented as feature vectors for both training and testing purposes. The study confirms the utility of complex-valued extreme learning machine algorithms for classification of the very large data sets generated with current terahertz imaging spectrometers. The classifier can take into consideration heterogeneous layers within an object as would be required within a tomographic setting and is sufficiently robust to detect patterns hidden inside noisy terahertz data sets. The proposed study opens up the opportunity for the establishment of complex-valued extreme learning machine algorithms as new chemometric tools that will assist the wider proliferation of terahertz sensing technology for chemical sensing, quality control, security screening and clinic diagnosis. Furthermore, the proposed algorithm should also be very useful in other applications requiring the classification of very large datasets.

The periodicity of the eta Carinae events

Extensive spectral observations of eta Carinae over the last cycle, and particularly around the 2003.5 low-excitation event, have been obtained. The variability of both narrow and broad lines, when combined with data taken from two earlier cycles, reveal a common and well-defined period. We have combined the cycle lengths derived from the many lines in the optical spectrum with those from broad-band X-rays, optical and near-infrared observations, and obtained a period length of P(pres) = 2022.7 +/- 1.3 d. Spectroscopic data collected during the last 60 yr yield an average period of P(avg) = 2020 +/- 4 d, consistent with the present-day period. The period cannot have changed by more than Delta P/P = 0.0007 since 1948. This confirms the previous claims of a true, stable periodicity, and gives strong support to the binary scenario. We have used the disappearance of the narrow component of He I 6678 to define the epoch of the Cycle 11 minimum, T(0) = JD 245 2819.8. The next event is predicted to occur on 2009 January 11 (+/- 2 d). The dates for the start of the minimum in other spectral features and broad-bands are very close to this date, and have well-determined time-delays from the He I epoch.