Optical limiting behavior of tungstate fluorophosphate glasses

Nonlinear absorption measurements were performed on fluorophosphate glasses with high concentration of tungsten oxide. Large two-photon absorption coefficients, α2, were determined at 660 nm using nanosecond laser pulses. It was observed that α2 increases for increasing tungsten oxide concentrations and therefore the optical limiting performance of this new glass composition can be controlled.

Nonlinear absorption spectrum in perylene derivatives

Knowledge about nonlinear absorption spectra of materials used in photonic devices is of paramount importance in determining their optimum operation wavelengths. In this work, we have investigated the two-photon absorption (2PA) degenerate cross-section spectrum for perylene derivatives using the Z-scan technique with femtosecond laser pulses. All perylene derivatives studied present large 2PA cross-sections, only comparable to the best ones reported in the literature. The results achieved in the present investigation indicate perylene derivatives as promising materials for two-photon applications. ©2005 Optical Society of America.

Compact setup for reflection holography with Bi12TiO 20 crystals

A novel optical setup for imaging through reflection holography with Bi12TiO20 (BTO) sillenite photorefractive crystals is proposed. Aiming a compact, robust and simple optical setup the lensless Denisiuk arrangement was chosen, using a He-Ne red laser as light source. In this setup the holographic medium is placed between the light source and the object. The beam impinging the crystal front face is the reference one, while the light scattered by the surface is the object beam in a holographic recording by diffusion. In order to allow the readout of the diffracted wave only and to keep the setup simplicity a polarizing beam splitter cube (PBS) was positioned at the BTO input. The reference beam is s-polarized (polarization direction perpendicular to the table top) and the crystal. 〈001〉-axis is rotated by an angle γ with respect to the input polarization in order to make the transmitted object beam and the diffracted beam to have orthogonal polarizations. While the transmitted wave is reflected by the PBS at a right angle, the diffracted wave carrying the holographic reconstruction of the object passes through the PBS, being collected by a positive lens in order to form the holographic image at a CCD camera. The holographic recording with the grating vector is parallel to the 〈100〉-axis. An expression for the diffracted wave intensity as a function of γ was derived, and this relation was experimentally investigated. © 2008 American Institute of Physics.

Toxicity of photodynamic therapy with LED associated to Photogem (R): An in vivo study

The aims of this study were to evaluate the effects of PhotogemA (R)-mediated photosensitization on rat palatal mucosa and the biodistribution of the photosensitizer in this tissue. A solution of PhotogemA (R) (500 or 1000 mg/l) was applied to the palatal mucosa for 30 min and the exposure time to blue LED (460 nm) was 20 min (144 J/cm(2)). At 0, 1, 3, and 7 days, palatal mucosa was photographed for macroscopic analysis. After killing, the palate was removed for microscopic analysis. Thermal mapping evaluated temperature change in the tissue during irradiation. All experimental groups revealed intact mucosa in the macroscopic analysis. Tissue alterations were observed microscopically for only four out of 80 animals subjected to PDT. Fluorescence emitted by PhotogemA (R) was identified and was limited to the epithelial layer. A temperature increase from 35 to 41A degrees C was recorded. PhotogemA (R)- mediated PDT was not toxic to the rat palatal mucosa.

Synthese und Struktur-Eigenschafts-Beziehungen von Oligo- und Poly(2,5-dipropoxy-1,4-phenylenethinylen)en

Oligomere mit konjugierten pi-Elektronensystemen sind für die Materialwissenschaften von großer Bedeutung. Die vielfältigen und umfangreichen Forschungen auf diesem Gebiet gründen im Potenzial dieser Substanzklassen, das im Bereich der Laserfarbstoffe, Leuchtdioden, Photoleiter, optische Schalter oder auch der molekularen Elektronik angesiedelt ist. Zu diesen gehören auch die in dieser Arbeit synthetisierten und untersuchten Phenylenethinylene. Die Herstellung der Oligomere erfolgt nach der Methode von Sonogashira und Hagihara. Dabei wird ein Halogenaren mit einer Alkinkomponente zur Reaktion gebracht. Als Katalysator dient dabei ein Gemisch aus Bis(triphenylphosphin-palladiumdichlorid), Kupfer-(I)-iodid und Triphenylphosphin. Verwendung fanden bei der Synthese zwei Arten von Schutzgruppen. Es handelt sich dabei einerseits um die Trimethylsilyl- und die Triisopropylsilyl-Funktion, die unabhängig voneinander in ein System eingeführt werden und selektiv wieder entfernt werden können. Die zweite Art sind die Halogene Brom und Iod, die aufgrund ihrer Eigenschaft vielmehr als 'dormant group' bezeichnet werden müssen. Eine Ethinylierung führt zunächst zur Substitution des Iod- und anschließend des Bromatoms. Die so erhaltenen Oligomere werden mit verschiedenen spektroskopischen Methoden untersucht. Besonderes Interesse liegt dabei auf der Bestimmung der effektiven Konjugationslänge (EKL). Damit ist es möglich, die Länge des konjugierten Systems zu bestimmen, das für die betreffenden Eigenschaften des entsprechenden Polymers maßgeblich ist. Das nichtlineare optische Verhalten der Oligomere wird mittels der Third-Harmonic-Generation-Methode (THG) gemessen. Die resultierende Größe, die Suszeptibilität 3. Ordnung, gibt Aufschluß über mögliche industrielle Anwendungen.

Optische Spektroskopie an Fermium (Z=100)

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde erstmals Laser-Atomspektroskopie an einem Element durchgeführt, für das bisher keine atomaren Niveaus bekannt waren. Die Experimente wurden am Element Fermium mit der Ordnungszahl Z=100 mit der Resonanzionisationsspektroskopie (RIS) in einer Puffergaszelle durchgeführt. Verwendet wurde das Isotop 255Fm mit einer Halbwertszeit von 20.1 h, das im Hochflusskernreaktor des ORNL, Oak Ridge, USA, hergestellt wurde. Die von einem elektrochemischen Filament in das Argon-Puffergas bei einer Temperatur von 960(20)°C abgedampften Fm-Atome wurden mit Lasern in einem Zweistufenprozess resonant ionisiert. Dazu wurde das Licht eines Excimerlaser gepumpten Farbstofflasers für den ersten Anregungsschritt um die Wellenlänge 400 nm durchgestimmt. Ein Teil des Excimer (XeF) Laser Pumplichtes mit den Wellenlänge 351/353 nm wurde für die nicht-resonante Ionisation verwendet. Die Ionen wurden mit Hilfe elektrischer Felder aus der optischen Zelle extrahiert und nach einem Quadrupol Massenfilter mit einem Channeltron-Detektor massenselektiv nachgewiesen. Trotz der geringen Probenmenge von 2.7 x 10^10 eingesetzten Atomen wurden zwei atomare Resonanzen bei Energien von 25099.8(2) cm-1 und 25111.8(2) cm-1 gefunden und das Sättigungsverhalten dieser Linien gemessen. Es wurde ein theoretisches Modell entwickelt, dass sowohl das spektrale Profil der sättigungsverbreiterten Linien als auch die Sättigungskurven beschreibt. Durch Anpassung an die Messdaten konnten die partiellen Übergangsraten in den 3H6 Grundzustand Aki=3.6(7) x 10^6/s und Aki=3.6(6) x 10^6/s bestimmt werden. Der Vergleich der Niveauenergien und Übergangsraten mit Multikonfigurations Dirac-Fock Rechnungen legt die spektroskopische Klassifizierung der beobachteten Niveaus als 5f12 7s7p 5I6 und 5G6 Terme nahe. Weiterhin wurde ein Übergang bei 25740 cm-1 gefunden, der aufgrund der beobachteten Linienbreite von 1000 GHz als Rydbergzustand Zustand mit der Niveauenergie 51480 cm-1 interpretiert wurde und über einen Zweiphotonen Prozess angeregt werden kann. Basierend auf dieser Annahme wurde die Obergrenze für die Ionisationsenergie IP = 52140 cm-1 = 6.5 eV abgeschätzt. In den Messungen wurden Verschiebungen in den Zeitverteilungsspektren zwischen den mono-atomaren Ionen Fm+ und Cf+ und dem Molekül-Ion UO+ festgestellt und auf Driftzeitunterschiede im elektrischen Feld der gasgefüllten optischen Zelle zurückgeführt. Unter einfachen Modellannahmen wurde daraus auf die relativen Unterschiede Delta_r(Fm+,Cf+)/r(Cf+) ˜ -0.2 % und Delta_r(UO+,Cf+)/r(Cf+) ˜ 20 % in den Ionenradien geschlossen. Über die Bestimmung der Abnahme der Fm-a Aktivität des Filamentes auf der einen Seite und die Messung der Resonanzzählrate auf der anderen Seite, wurde die Nachweiseffizienz der Apparatur zu 4.5(3) x 10^-4 bestimmt. Die Nachweisapparatur wurde mit dem Ziel weiterentwickelt, Laserspektroskopie am Isotop 251Fm durchzuführen, das über die Reaktion 249Cf(a,2n)251Fm direkt in der optischen Zelle erzeugt werden soll. Das Verfahren wurde am chemischen Homolog Erbium getestet. Dabei wurde das Isotop 163Er über die Reaktion 161Dy(a,2n)163Er erzeugt und nach Resonanzionisation nachgewiesen. Die Nachweiseffizienz der Methode wurde zu 1 x 10^-4 bestimmt.

Preparation of cold Mg + ion clouds for sympathetic cooling of highly charged ions at SPECTRAP

Die Elektronen in wasserstoff- und lithium-ähnlichen schweren Ionen sind den extrem starken elektrischen und magnetischen Feldern in der Umgebung des Kerns ausgesetzt. Die Laserspektroskopie der Hyperfeinaufspaltung im Grundzustand des Ions erlaubt daher einen sensitiven Test der Quantenelektrodynamik in starken Feldern insbesondere im magnetischen Sektor. Frühere Messungen an wasserstoffähnlichen Systemen die an einer Elektronenstrahl-Ionenfalle (EBIT) und am Experimentierspeicherring (ESR) der GSI Darmstadt durchgeführt wurden, waren in ihrer Genauigkeit durch zu geringe Statistik, einer starken Dopplerverbreiterung und der großen Unsicherheit in der Ionenenergie limitiert. Das ganze Potential des QED-Tests kann nur dann ausgeschöpft werden, wenn es gelingt sowohl wasserstoff- als auch lithium-ähnliche schwere Ionen mit einer um 2-3 Größenordnung gesteigerten Genauigkeit zu spektroskopieren. Um dies zu erreichen, wird gegenwärtig das neue Penningfallensystem SPECTRAP an der GSI aufgebaut und in Betrieb genommen. Es ist speziell für die Laserspektroskopie an gespeicherten hochgeladenen Ionen optimiert und wird in Zukunft von HITRAP mit nierderenergetischen hochgeladenen Ionen versorgt werden.rnrnSPECTRAP ist eine zylindrische Penningfalle mit axialem Zugang für die Injektion von Ionen und die Einkopplung eines Laserstrahls sowie einem radialen optischen Zugang für die Detektion der Fluoreszenz. Um letzteres zu realisieren ist der supraleitende Magnet als Helmholtz-Spulenpaar ausgelegt. Um die gewünschte Genauigkeit bei der Laserspektroskopie zu erreichen, muss ein effizienter und schneller Kühlprozess für die injizierten hochegeladenen Ionen realisiert werden. Dies kann mittels sympathetischer Kühlung in einer lasergekühlten Wolke leichter Ionen realisiert werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Lasersystem und eine Ionenquelle für die Produktion einer solchen 24Mg+ Ionenwolke aufgebaut und erfolgreich an SPECTRAP in Betrieb genommen. Dazu wurde ein Festkörperlasersystem für die Erzeugung von Licht bei 279.6 nm entworfen und aufgebaut. Es besteht aus einem Faserlaser bei 1118 nm der in zwei aufeinanderfolgenden Frequenzverdopplungsstufen frequenzvervierfacht wird. Die Verdopplerstufen sind als aktiv stabilisierte Resonantoren mit nichtlinearen Kristallen ausgelegt. Das Lasersystem liefert unter optimalen Bedingeungen bis zu 15 mW bei der ultravioletten Wellenlänge und erwies sich während der Teststrahlzeiten an SPECTRAP als ausgesprochen zuverlässig. Desweiteren wurde eine Ionequelle für die gepulste Injektion von Mg+ Ionen in die SPECTRAP Falle entwickelt. Diese basiert auf der Elektronenstoßionisation eines thermischen Mg-Atomstrahls und liefert in der gepulsten Extraktion Ionenbündel mit einer kleinen Impuls- und Energieverteilung. Unter Nutzung des Lasersystems konnten damit an SPECTRAP erstmals Ionenwolken mit bis zu 2600 lasergekühlten Mg Ionen erzeugt werden. Der Nachweis erfolgte sowohl mittels Fluoreszenz als auch mit der FFT-ICR Technik. Aus der Analyse des Fluoreszenz-Linienprofils lässt sich sowohl die Sensitivität auf einzelne gespeicherte Ionen als auch eine erreichte Endtemperatur in der Größenordnung von ≈ 100 mK nach wenigen Sekunden Kühlzeit belegen.

Metodología para ejecución y control de calidad para ortofotos, mediante combinación de sensor digital con LIDAR en zonas rurales

La utilización de una cámara fotogramétrica digital redunda en el aumento demostrable de calidad radiométrica debido a la mejor relación señal/ruido y a los 12 bits de resolución radiométrica por cada pixel de la imagen. Simultáneamente se consigue un notable ahorro de tiempo y coste gracias a la eliminación de las fases de revelado y escaneado de la película y al aumento de las horas de vuelo por día. De otra parte, el sistema láser aerotransportado (LIDAR - Light Detection and Ranging) es un sistema con un elevado rendimiento y rentabilidad para la captura de datos de elevaciones para generar un modelo digital del terreno (MDT) y también de los objetos sobre el terreno, permitiendo así alcanzar alta precisión y densidad de información. Tanto el sistema LIDAR como el sistema de cámara fotogramétrica digital se combinan con otras técnicas bien conocidas: el sistema de posicionamiento global (GPS - Global Positioning System) y la orientación de la unidad de medida inercial (IMU - Inertial Measure Units), que permiten reducir o eliminar el apoyo de campo y realizar la orientación directa de los sensores utilizando datos de efemérides precisas de los satélites. Combinando estas tecnologías, se va a proponer y poner en práctica una metodología para generación automática de ortofotos en países de América del Sur. Analizando la precisión de dichas ortofotos comparándolas con fuente de mayor exactitud y con las especificaciones técnicas del Plan Nacional de Ortofotografía Aérea (PNOA) se determinará la viabilidad de que dicha metodología se pueda aplicar a zonas rurales. ABSTRACT Using a digital photogrammetric camera results in a demonstrable increase of the radiometric quality due to a better improved signal/noise ratio and the radiometric resolution of 12 bits per pixel of the image. Simultaneously a significant saving of time and money is achieved thanks to the elimination of the developing and film scanning stages, as well as to the increase of flying hours per day. On the other hand, airborne laser system Light Detection and Ranging (LIDAR) is a system with high performance and yield for the acquisition of elevation data in order to generate a digital terrain model (DTM), as well as objects on the ground which allows to achieve high accuracy and data density. Both the LIDAR and the digital photogrammetric camera system are combined with other well known techniques: global positioning system (GPS) and inertial measurement unit (IMU) orientation, which are currently in a mature evolutionary stage, which allow to reduce and/or remove field support and perform a direct guidance of sensors using specific historic data from the satellites. By combining these technologies, a methodology for automatic generation of orthophotos in South American countries will be proposed and implemented. Analyzing the accuracy of these orthophotos comparing them with more accurate sources and technical specifications of the National Aerial Orthophoto (PNOA), the viability of whether this methodology should be applied to rural areas, will be determined.

A compact, portable and low cost generic interrogation strain sensor system using an embedded VCSEL, detector and fibre Bragg grating

We present a compact, portable and low cost generic interrogation strain sensor system using a fibre Bragg grating configured in transmission mode with a vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL) light source and a GaAs photodetector embedded in a polymer skin. The photocurrent value is read and stored by a microcontroller. In addition, the photocurrent data is sent via Bluetooth to a computer or tablet device that can present the live data in a real time graph. With a matched grating and VCSEL, the system is able to automatically scan and lock the VCSEL to the most sensitive edge of the grating. Commercially available VCSEL and photodetector chips are thinned down to 20 µm and integrated in an ultra-thin flexible optical foil using several thin film deposition steps. A dedicated micro mirror plug is fabricated to couple the driving optoelectronics to the fibre sensors. The resulting optoelectronic package can be embedded in a thin, planar sensing sheet and the host material for this sheet is a flexible and stretchable polymer. The result is a fully embedded fibre sensing system - a photonic skin. Further investigations are currently being carried out to determine the stability and robustness of the embedded optoelectronic components. © 2012 Copyright Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE).

A compact, portable and low cost generic interrogation strain sensor system using an embedded VCSEL, detector and fibre Bragg grating

We present a compact, portable and low cost generic interrogation strain sensor system using a fibre Bragg grating configured in transmission mode with a vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL) light source and a GaAs photodetector embedded in a polymer skin. The photocurrent value is read and stored by a microcontroller. In addition, the photocurrent data is sent via Bluetooth to a computer or tablet device that can present the live data in a real time graph. With a matched grating and VCSEL, the system is able to automatically scan and lock the VCSEL to the most sensitive edge of the grating. Commercially available VCSEL and photodetector chips are thinned down to 20 µm and integrated in an ultra-thin flexible optical foil using several thin film deposition steps. A dedicated micro mirror plug is fabricated to couple the driving optoelectronics to the fibre sensors. The resulting optoelectronic package can be embedded in a thin, planar sensing sheet and the host material for this sheet is a flexible and stretchable polymer. The result is a fully embedded fibre sensing system - a photonic skin. Further investigations are currently being carried out to determine the stability and robustness of the embedded optoelectronic components. © 2012 Copyright Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE).

Creating New Design-Build-Test Experiences as Outputs of Undergraduate Design-Build-Test Projects

This paper describes a methodology of using individual engineering undergraduate student projects as a means of effectively and efficiently developing new Design-Build-Test (DBT) learning experiences and challenges.
A key aspect of the rationale for this approach is that it benefits all parties. The student undertaking the individual project gets an authentic experience of producing a functional artefact, which has been the result of a design process that addresses conception, design, implementation and operation. The supervising faculty member benefits from live prototyping of new curriculum content and resources with a student who is at a similar level of knowledge and experience as the intended end users of the DBT outputs. The multiple students who ultimately undertake the DBT experiences / challenges benefit from the enhanced nature of a learning experience which has been “road tested” and optimised.
To demonstrate the methodology the paper will describe a case study example of an individual project completed in 2015. This resulted in a DBT design challenge with a theme of designing a catapult for throwing table tennis balls, the device being made from components laser cut from medium density fibreboard (MDF). Further three different modes of operation will be described which use the same resource materials but operate over different timescales and with different learning outcomes, from an icebreaker exercise focused on developing team dynamics through to full DBT where students get an opportunity to experience the full impact of their design decisions by competing against other students with a catapult they have designed and built themselves.

DESIGN, MODELING, AND FABRICATION OF MICROROBOT LEGS

This dissertation presents work done in the design, modeling, and fabrication of magnetically actuated microrobot legs. Novel fabrication processes for manufacturing multi-material compliant mechanisms have been used to fabricate effective legged robots at both the meso and micro scales, where the meso scale refers to the transition between macro and micro scales. This work discusses the development of a novel mesoscale manufacturing process, Laser Cut Elastomer Refill (LaCER), for prototyping millimeter-scale multi-material compliant mechanisms with elastomer hinges. Additionally discussed is an extension of previous work on the development of a microscale manufacturing process for fabricating micrometer-sale multi-material compliant mechanisms with elastomer hinges, with the added contribution of a method for incorporating magnetic materials for mechanism actuation using externally applied fields. As both of the fabrication processes outlined make significant use of highly compliant elastomer hinges, a fast, accurate modeling method for these hinges was desired for mechanism characterization and design. An analytical model was developed for this purpose, making use of the pseudo rigid-body (PRB) model and extending its utility to hinges with significant stretch component, such as those fabricated from elastomer materials. This model includes 3 springs with stiffnesses relating to material stiffness and hinge geometry, with additional correction factors for aspects particular to common multi-material hinge geometry. This model has been verified against a finite element analysis model (FEA), which in turn was matched to experimental data on mesoscale hinges manufactured using LaCER. These modeling methods have additionally been verified against experimental data from microscale hinges manufactured using the Si/elastomer/magnetics MEMS process. The development of several mechanisms is also discussed: including a mesoscale LaCER-fabricated hexapedal millirobot capable of walking at 2.4 body lengths per second; prototyped mesoscale LaCER-fabricated underactuated legs with asymmetrical features for improved performance; 1 centimeter cubed LaCER-fabricated magnetically-actuated hexapods which use the best-performing underactuated leg design to locomote at up to 10.6 body lengths per second; five microfabricated magnetically actuated single-hinge mechanisms; a 14-hinge, 11-link microfabricated gripper mechanism; a microfabricated robot leg mechansim demonstrated clearing a step height of 100 micrometers; and a 4 mm x 4 mm x 5 mm, 25 mg microfabricated magnetically-actuated hexapod, demonstrated walking at up to 2.25 body lengths per second.

Light-emitting diode and laser fluorescence-based devices in detecting occlusal caries

The aim of this study was to assess the performance of two light-emitting diode (LED)- and two laser fluorescence-based devices in detecting occlusal caries in vitro. Ninety-seven permanent molars were assessed twice by two examiners using two LED- (Midwest Caries - MID and VistaProof - VP) and two laser fluorescence-based (DIAGNOdent 2095 - LF and DIAGNOdent pen 2190 - LFpen) devices. After measuring, the teeth were histologically prepared and classified according to lesion extension. At D1 the specificities were 0.76 (LF and LFpen), 0.94 (MID), and 0.70 (VP); the sensitivities were 0.70 (LF), 0.62 (LFpen), 0.31 (MID), and 0.75 (VP). At D(3) threshold the specificities were 0.88 (LF), 0.87 (LFpen), 0.90 (MID), and 0.70 (VP); the sensitivities were 0.63 (LF and LFpen), 0.70 (MID), and 0.96 (VP). Spearman's rank correlations with histology were 0.56 (LF), 0.51 (LFpen), 0.55 (MID), and 0.58 (VP). Inter- and intraexaminer ICC values were high and varied from 0.83 to 0.90. Both LF devices seemed to be useful auxiliary tools to the conventional methods, presenting good reproducibility and better accuracy at D(3) threshold. MID was not able to differentiate sound surfaces from enamel caries and VP still needs improvement on the cut-off limits for its use.

Pulsed laser deposited ZnO/ZnO:Li multilayer for blue light emitting diodes

Thin films of ZnO, Li doped ZnO (ZLO) and multilayer of ZnO and ZLO (ZnO/ZLO) were grown on silicon and corning glass substrates by pulsed laser deposition technique. Single phase formation and the crystalline qualities of the films were analyzed by X-ray diffraction and Li composition in the film was investigated to be 15 wt% by X-ray photoelectron spectroscopy. Raman spectrum reveals the hexagonal wurtzite structure of ZnO, ZLO and ZnO/ZLO multilayer and confirms the single phase formation. Films grown on corning glass shows more than 80% transmittance in the visible region and the optical band gaps were calculated to be 3.245, 3.26 and 3.22 eV for ZnO, ZLO and ZnO/ZLO, respectively. An efficient blue emission was observed in all films which were grown on silicon (1 0 0) substrate by photoluminescence (PL). PL measurements at different temperatures reveal that the PL emission intensity of ZnO/ZLO multilayer was weakly dependent on temperature as compared to the single layers of ZnO and ZLO and the wavelength of emission was independent of temperature. Our results indicate that ZnO/ZLO multilayer can be used for the fabrication of blue light emitting diodes. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.