Improved Loaded Quality Factor of Cavity Resonators with Cross lris Coupling

The performance of circular, rectangular and cross irises for the coupling of microwave power to rectangular waveguide cavity resonators is discussed. For the measurement of complex permittivity of materials using cavity perturbation techniques, rectangular cavities with high Q-factors are required. Compared to the conventional rectangular and circular irises, the cross Iris coupling structure provides very high loaded quality factor for all the resonant frequencies. The proposes cross iris coupling structure enhances the accuracy of complex permittivity measurements.

Broadband coaxial cavity resonator for complex permittivity measurements of liquids

A novel cavity perturbation technique using coaxial cavity resonators for the measurement of complex permittivity of liquids is presented. The method employs two types of resonators (Resonator I and Resonator II). Resonator I operates in the frequency range 600 MHz-7 GHz and resonator II operates in the frequency range 4 GHz-14 GHz. The introduction of the capillary tube filled with the sample liquid into the coaxial resonator causes shifts in the resonance frequency and loaded Q-factor of the resonator. The shifts in the resonance frequency and loaded Q-factor are used to determine the real and imaginary parts of the complex permittivity of the sample liquid, respectively. Using this technique, the dielectric parameters of water and nitrobenzene are measured. The results are compared with those obtained using other standard methods. The sources of errors are analyzed.

Quantum dynamics of crystals of molecular nanomagnets inside a resonant cavity

It is found that crystals of molecular nanomagnets exhibit enhanced magnetic relaxation when placed inside a resonant cavity. A strong dependence of the magnetization curve on the geometry of the cavity has been observed, providing indirect evidence of the coherent microwave radiation by the crystals. A similar dependence has been found for a crystal placed between the Fabry-Perot superconducting mirrors.

Air-gap based vertical cavity micro-opto-electro-mechanical Fabry-Perot filters

Mikrooptische Filter sind heutzutage in vielen Bereichen in der Telekommunikation unersetzlich. Wichtige Einsatzgebiete sind aber auch spektroskopische Systeme in der Medizin-, Prozess- und Umwelttechnik. Diese Arbeit befasst sich mit der Technologieentwicklung und Herstellung von luftspaltbasierenden, vertikal auf einem Substrat angeordneten, oberflächenmikromechanisch hergestellten Fabry-Perot-Filtern. Es werden zwei verschiedene Filtervarianten, basierend auf zwei verschiedenen Materialsystemen, ausführlich untersucht. Zum einen handelt es sich dabei um die Weiterentwicklung von kontinuierlich mikromechanisch durchstimmbaren InP / Luftspaltfiltern; zum anderen werden neuartige, kostengünstige Siliziumnitrid / Luftspaltfilter wissenschaftlich behandelt. Der Inhalt der Arbeit ist so gegliedert, dass nach einer Einleitung mit Vergleichen zu Arbeiten und Ergebnissen anderer Forschergruppen weltweit, zunächst einige theoretische Grundlagen zur Berechnung der spektralen Reflektivität und Transmission von beliebigen optischen Schichtanordnungen aufgezeigt werden. Auß erdem wird ein kurzer theoretischer Ü berblick zu wichtigen Eigenschaften von Fabry-Perot-Filtern sowie der Möglichkeit einer mikromechanischen Durchstimmbarkeit gegeben. Daran anschließ end folgt ein Kapitel, welches sich den grundlegenden technologischen Aspekten der Herstellung von luftspaltbasierenden Filtern widmet. Es wird ein Zusammenhang zu wichtigen Referenzarbeiten hergestellt, auf denen diverse Weiterentwicklungen dieser Arbeit basieren. Die beiden folgenden Kapitel erläutern dann ausführlich das Design, die Herstellung und die Charakterisierung der beiden oben erwähnten Filtervarianten. Abgesehen von der vorangehenden Epitaxie von InP / GaInAs Schichten, ist die Herstellung der InP / Luftspaltfilter komplett im Institut durchgeführt worden. Die Herstellungsschritte sind ausführlich in der Arbeit erläutert, wobei ein Schwerpunktthema das trockenchemische Ä tzen von InP sowie GaInAs, welches als Opferschichtmaterial für die Herstellung der Luftspalte genutzt wurde, behandelt. Im Verlauf der wissenschaftlichen Arbeit konnten sehr wichtige technische Verbesserungen entwickelt und eingesetzt werden, welche zu einer effizienteren technologischen Herstellung der Filter führten und in der vorliegenden Niederschrift ausführlich dokumentiert sind. Die hergestellten, für einen Einsatz in der optischen Telekommunikation entworfenen, elektrostatisch aktuierbaren Filter sind aus zwei luftspaltbasierenden Braggspiegeln aufgebaut, welche wiederum jeweils 3 InP-Schichten von (je nach Design) 357nm bzw. 367nm Dicke aufweisen. Die Filter bestehen aus im definierten Abstand parallel übereinander angeordneten Membranen, die über Verbindungsbrücken unterschiedlicher Anzahl und Länge an Haltepfosten befestigt sind. Da die mit 357nm bzw. 367nm vergleichsweise sehr dünnen Schichten freitragende Konstrukte mit bis zu 140 nm Länge bilden, aber trotzdem Positionsgenauigkeiten im nm-Bereich einhalten müssen, handelt es sich hierbei um sehr anspruchsvolle mikromechanische Bauelemente. Um den Einfluss der zahlreichen geometrischen Strukturparameter studieren zu können, wurden verschiedene laterale Filterdesigns implementiert. Mit den realisierten Filter konnte ein enorm weiter spektraler Abstimmbereich erzielt werden. Je nach lateralem Design wurden internationale Bestwerte für durchstimmbare Fabry-Perot-Filter von mehr als 140nm erreicht. Die Abstimmung konnte dabei kontinuierlich mit einer angelegten Spannung von nur wenigen Volt durchgeführt werden. Im Vergleich zu früher berichteten Ergebnissen konnten damit sowohl die Wellenlängenabstimmung als auch die dafür benötigte Abstimmungsspannung signifikant verbessert werden. Durch den hohen Brechungsindexkontrast und die geringe Schichtdicke zeigen die Filter ein vorteilhaftes, extrem weites Stopband in der Größ enordnung um 550nm. Die gewählten, sehr kurzen Kavitätslängen ermöglichen einen freien Spektralbereich des Filters welcher ebenfalls in diesen Größ enordnungen liegt, so dass ein weiter spektraler Einsatzbereich ermöglicht wird. Während der Arbeit zeigte sich, dass Verspannungen in den freitragenden InPSchichten die Funktionsweise der mikrooptischen Filter stark beeinflussen bzw. behindern. Insbesondere eine Unterätzung der Haltepfosten und die daraus resultierende Verbiegung der Ecken an denen sich die Verbindungsbrücken befinden, führte zu enormen vertikalen Membranverschiebungen, welche die Filtereigenschaften verändern. Um optimale Ergebnisse zu erreichen, muss eine weitere Verbesserung der Epitaxie erfolgen. Jedoch konnten durch den zusätzlichen Einsatz einer speziellen Schutzmaske die Unterätzung der Haltepfosten und damit starke vertikale Verformungen reduziert werden. Die aus der Verspannung resultierenden Verformungen und die Reaktion einzelner freistehender InP Schichten auf eine angelegte Gleich- oder Wechselspannung wurde detailliert untersucht. Mittels Weisslichtinterferometrie wurden lateral identische Strukturen verglichen, die aus unterschiedlich dicken InP-Schichten (357nm bzw. 1065nm) bestehen. Einen weiteren Hauptteil der Arbeit stellen Siliziumnitrid / Luftspaltfilter dar, welche auf einem neuen, im Rahmen dieser Dissertation entwickelten, technologischen Ansatz basieren. Die Filter bestehen aus zwei Braggspiegeln, die jeweils aus fünf 590nm dicken, freistehenden Siliziumnitridschichten aufgebaut sind und einem Abstand von 390nm untereinander aufweisen. Die Filter wurden auf Glassubstraten hergestellt. Der Herstellungsprozess ist jedoch auch mit vielen anderen Materialien oder Prozessen kompatibel, so dass z.B. eine Integration mit anderen Bauelemente relativ leicht möglich ist. Die Prozesse dieser ebenfalls oberflächenmikromechanisch hergestellten Filter wurden konsequent auf niedrige Herstellungskosten optimiert. Als Opferschichtmaterial wurde hier amorph abgeschiedenes Silizium verwendet. Der Herstellungsprozess beinhaltet die Abscheidung verspannungsoptimierter Schichten (Silizium und Siliziumnitrid) mittels PECVD, die laterale Strukturierung per reaktiven Ionenätzen mit den Gasen SF6 / CHF3 / Ar sowie Fotolack als Maske, die nasschemische Unterätzung der Opferschichten mittels KOH und das Kritisch-Punkt-Trocken der Proben. Die Ergebnisse der optischen Charakterisierung der Filter zeigen eine hohe Ü bereinstimmung zwischen den experimentell ermittelten Daten und den korrespondierenden theoretischen Modellrechnungen. Weisslichtinterferometermessungen der freigeätzten Strukturen zeigen ebene Filterschichten und bestätigen die hohe vertikale Positioniergenauigkeit, die mit diesem technologischen Ansatz erreicht werden kann.

Micro-electromechanical structural design and optimization of vertical cavity photonic devices with wide continuous tuning

Diese Arbeit umfaßt das elektromechanische Design und die Designoptimierung von weit durchstimmbaren optischen multimembranbasierten Bauelementen, mit vertikal orientierten Kavitäten, basierend auf der Finiten Element Methode (FEM). Ein multimembran InP/Luft Fabry-Pérot optischer Filter wird dargestellt und umfassend analysiert. In dieser Arbeit wird ein systematisches strukturelles Designverfahren dargestellt. Genaue analytische elektromechanischer Modelle für die Bauelemente sind abgeleitet worden. Diese können unschätzbare Werkzeuge sein, um am Anfang der Designphase schnell einen klaren Einblick zur Verfügung zu stellen. Mittels des FEM Programms ist der durch die nicht-lineare Verspannung hervorgerufene versteifende Effekt nachgeforscht und sein Effekt auf die Verlängerung der mechanischen Durchstimmungsstrecke der Bauelemente demonstriert worden. Interessant war auch die Beobachtung, dass die normierte Relation zwischen Ablenkung und Spannung ein unveränderliches Profil hat. Die Deformation der Membranflächen der in dieser Arbeit dargestellten Bauelementformen erwies sich als ein unerwünschter, jedoch manchmal unvermeidbarer Effekt. Es zeigt sich aber, dass die Wahl der Größe der strukturellen Dimensionen den Grad der Membrandeformation im Falle der Aktuation beeinflusst. Diese Arbeit stellt ein elektromechanisches in FEMLAB implementierte quasi-3D Modell, das allgemein für die Modellierung dünner Strukturen angewendet werden kann, dar; und zwar indem man diese als 2D-Objekte betrachtet und die dritte Dimension als eine konstante Größe (z.B. die Schichtdicke) oder eine Größe, welche eine mathematische Funktion ist, annimmt. Diese Annahme verringert drastisch die Berechnungszeit sowie den erforderlichen Arbeitsspeicherbedarf. Weiter ist es für die Nachforschung des Effekts der Skalierung der durchstimmbaren Bauelemente verwendet worden. Eine neuartige Skalierungstechnik wurde abgeleitet und verwendet. Die Ergebnisse belegen, dass das daraus resultierende, skalierte Bauelement fast genau die gleiche mechanische Durchstimmung wie das unskalierte zeigt. Die Einbeziehung des Einflusses von axialen Verspannungen und Gradientenverspannungen in die Berechnungen erforderte die Änderung der Standardimplementierung des 3D Mechanikberechnungsmodus, der mit der benutzten FEM Software geliefert wurde. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen einen großen Einfluss der Verspannung auf die Durchstimmungseigenschaften der untersuchten Bauelemente. Ferner stimmten die Ergebnisse der theoretischen Modellrechnung mit den experimentellen Resultaten sehr gut überein.

Nitrogen fertilizer and seed rate effects on Hagberg failing number of hybrid wheats and their parents are associated with alpha-amylase activity, grain cavity size and dormancy

Field experiments were carried out to assess the effects of nitrogen fertilization and seed rate on the Hagberg falling number (HFN) of commercial wheat hybrids and their parents. Applying nitrogen (200 kg N ha(-1)) increased HFN in two successive years. The HFN of the hybrid Hyno Esta was lower than either of its parents (Estica and Audace), particularly when nitrogen was not applied. Treatment effects on HFN were negatively associated with a-amylase activity. Phadebas grain blotting suggested two populations of grains with different types of a-amylase activity: Estica appeared to have a high proportion of grains with low levels of late maturity endosperm a-amylase activity (LMEA); Audace had a few grains showing high levels of germination amylase; and the hybrid, Hyno Esta, combined the sources from both parents to show heterosis for a-amylase activity. Applying nitrogen reduced both apparent LMEA and germination amylase. The effects on LMEA were associated with the size and disruption of the grain cavity, which was greater in Hyno Esta and Estica and in zero-nitrogen treatments. External grain morphology failed to explain much of the variation in LMEA and cavity size, but there was a close negative correlation between cavity size and protein content. Applying nitrogen increased post-harvest dormancy of the grain. Dormancy was greatest in Estica and least in Audace. It is proposed that effects of seed rate, genotype and nitrogen fertilizer on HFN are mediated through factors affecting the size and disruption of the grain cavity and therefore LMEA, and through factors affecting dormancy and therefore germination amylase. (c) 2004 Society of Chemical Industry.

Cavity-enhanced absorption: detection of nitrogen dioxide and iodine monoxide using a violet laser diode

We present an application of cavity-enhanced absorption spectroscopy with an off-axis alignment of the cavity formed by two spherical mirrors and with time integration of the cavity-output intensity for detection of nitrogen dioxide (NO2) and iodine monoxide (IO) radicals using a violet laser diode at lambda = 404.278 nm. A noise-equivalent (1sigma = root-mean-square variation of the signal) fractional absorption for one optical pass of 4.5x10(-8) was demonstrated with a mirror reflectivity of similar to0.99925, a cavity length of 0.22 m and a lock-in-amplifier time constant of 3 s. Noise-equivalent detection sensitivities towards nitrogen dioxide of 1.8x10(10) molecule cm(-3) and towards the IO radical of 3.3x10(9) molecule cm(-3) were achieved in flow tubes with an inner diameter of 4 cm for a lock-in-amplifier time constant of 3 s. Alkyl peroxy radicals were detected using chemical titration with excess nitric oxide (RO2 + NO --> RO + NO2). Measurement of oxygen-atom concentrations was accomplished by determining the depletion of NO2 in the reaction NO2 + O --> NO + O-2. Noise-equivalent concentrations of alkyl peroxy radicals and oxygen atoms were 3x10(10) molecule cm(-3) in the discharge-flow-tube experiments.

Eddy-driven exchange between the open ocean and a sub-ice shelf cavity

The exchange between the open ocean and sub-ice shelf cavities is important to both water mass transformations and ice shelf melting. Here we use a high-resolution (500 m) numerical model to investigate to which degree eddies produced by frontal instability at the edge of a polynya are capable of transporting dense High Salinity Shelf Water (HSSW) underneath an ice shelf. The applied surface buoyancy flux and ice shelf geometry is based on Ronne Ice Shelf in the southern Weddell Sea, an area of intense wintertime sea ice production where a flow of HSSW into the cavity has been observed. Results show that eddies are able to enter the cavity at the southwestern corner of the polynya where an anticyclonic rim current intersects the ice shelf front. The size and time scale of simulated eddies are in agreement with observations close to the Ronne Ice Front. The properties and strength of the inflow are sensitive to the prescribed total ice production, flushing the ice shelf cavity at a rate of 0.2–0.4 × 106 m3 s−1 depending on polynya size and magnitude of surface buoyancy flux. Eddy-driven HSSW transport into the cavity is reduced by about 50% if the model grid resolution is decreased to 2-5 km and eddies are not properly resolved.

Influence of water flow rate on shear bond strength of resin composite to Er : YAG cavity preparation

Purpose: To evaluate in vitro the influence of water flow rate on shear bond strength of a resin composite to enamel and dentin after Er:YAG cavity preparation. Methods: Ten bovine incisors were selected and roots removed. Crowns were sectioned in four pieces, resulting in 40 samples that were individually embedded in polyester resin (n=10), and ground to plane the enamel and expose the dentin. The bonding site was delimited and samples were randomly assigned according to cavity preparation: (1) Er:YAG/1.0 mL/minute; (2) Er:YAG/1.5 mL/minute; (3) Er:YAG/2.0 mL/minute and (4) High speed handpiece/bur (control group). Samples were fixed to a metallic device, where composite resin cylinders were prepared. Subsequently, they were stored for 24 hours and subjected to a shear bond strength test (500N at 0.5 mm/minute). Results: Means (MPa) were: enamel: 1: 12.8; 2: 16.8; 3: 17.5; 4: 36.0 and Dentin: 1: 13.6; 2: 18.7; 3: 12.1; 4: 21.3. Data were submitted to ANOVA and Tukey`s test. Adhesion to enamel was more efficient than for dentin. The cavities prepared with conventional bur (control) presented higher statistically significant bond strength values (P<0.05) than for Er:YAG laser for both enamel and dentin. No significant differences were observed between water flow rates employed during enamel ablation. For dentin, the shear bond strength of 2.0 mL/minute water flow rate was lower than for 1.5 mL/minute and 1.0 mL/minute rates. The Er:YAG laser adversely affected shear bond strength of resin composite to both enamel and dentin, regardless of the water flow rate used.

Conceptus-mediated endometrial vascular changes during early pregnancy in mares: an anatomic, histomorphometric, and vascular endothelial growth factor receptor system immunolocalization and gene expression study

This work examined how the conceptus modulates endometrial tissue remodeling and vascular development prior to implantation in mares. A macroscopic uterine examination was completed at day 21 of pregnancy. In situ morphology revealed that the endometrium involved in encroachment is restricted to the dorsal endometrium immediately overlying the yolk sac. The amount of stromal area occupied by blood vessels and the number of endometrial glands were increased during early pregnancy. Endometrial histomorphometry as well as the endometrial mRNA abundance and immunolocalization of VEGF, VEGFR1, VEGFR2, and Ki-67 was completed at days 14 and 21 of pregnancy, at day 10 of the estrous cycle, and during estrus. No obvious differences in VEGF and VEGFR1 protein localization were detected between pregnant and cycling mares but differential staining pattern for VEGFR2 and Ki-67 was observed. VEGFR2 localized to luminal and glandular epithelium of pregnant mares, while luminal epithelium was negative in cycling mares. Ki-67 staining was weak during the luteal phase but exhibited prominent luminal epithelium staining during estrus. In pregnant mares, all endometrial layers were Ki-67 positive. Quantitative RT-PCR revealed a greater abundance of VEGF mRNA during pregnancy. VEGFR2 transcript abundance was greatest in pregnant mares on day 21. This study supports the concept that the conceptus plays an active role in directing vasculogenesis within the uterus and thereby establishing hemotrophic nutrition that supports pregnancy after implantation. Reproduction (2011) 142 593-603

Influence of dentin cavity surface finishing on micro-tensile bond strength of adhesives

The current trend toward minimal-invasive dentistry has introduced innovative techniques for cavity preparation. Chemical vapor deposition (CVD) and laser-irradiation technology have been employed as an alternative to the common use of regular burs in high-speed turbines. Objectives. The purpose of this study was to assess the influence of alternative techniques for cavity preparation on the bonding effectiveness of different adhesives to dentin, and to evaluate the morphological characteristics of dentin prepared with those techniques. Methods. One etch&rinse adhesive (OptiBond FL, Kerr) and three self-etch systems (Adper Prompt L-Pop, 3M ESPE; Clearfil SE Bond, Kuraray; Clearfil S3 Bond, Kuraray) were applied on dentin prepared with a regular bur in a turbine, with a CVD bur in a turbine, with a CVD tip in ultrasound and with an ErCr:YSGG laser. The micro-tensile bond strength (mu TBS) was determined after storage in water for 24 h at 37 degrees C, and morphological evaluation was performed by means of field -emission -gun scanning electron microscopy (Feg-SEM). Results. Feg-SEM evaluation revealed different morphological features on the dentin surface after the usage of both the conventional and alternative techniques for cavity preparation, more specifically regarding smear-layer thickness and surface roughness. CVD bur-cut, CVD ultra-sonoabraded and laser-irradiated dentin resulted in lower mu TBSs than conventionally bur-cut dentin, irrespective of the adhesive employed. Significance. The techniques, such as CVD diamond-bur cutting, CVD diamond ultra-sonoabrasion and laser-irradiation, used for cavity preparation may affect the bonding effectiveness of adhesives to dentin, irrespective of their acidity or approach. (C) 2007 Academy of Dental Materials. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.