Theory of multidimensional parametric band-gap simultons

Multidimensional spatiotemporal parametric simultons (simultaneous solitary waves) are possible in a nonlinear chi((2)) medium with a Bragg grating structure, where large effective dispersion occurs near two resonant band gaps for the carrier and second-harmonic field, respectively. The enhanced dispersion allows much reduced interaction lengths, as compared to bulk medium parametric simultons. The nonlinear parametric band-gap medium permits higher-dimensional stationary waves to form. In addition, solitons can occur with lower input powers than conventional nonlinear Schrodinger equation gap solitons. In this paper, the equations for electromagnetic propagation in a grating structure with a parametric nonlinearity are derived from Maxwell's equation using a coupled mode Hamiltonian analysis in one, two, and three spatial dimensions. Simultaneous solitary wave solutions are proved to exist by reducing the equations to the coupled equations describing a nonlinear parametric waveguide, using the effective-mass approximation (EMA). Exact one-dimensional numerical solutions in agreement with the EMA solutions are also given. Direct numerical simulations show that the solutions have similar types of stability properties to the bulk case, providing the carrier waves are tuned to the two Bragg resonances, and the pulses have a width in frequency space less than the band gap. In summary, these equations describe a physically accessible localized nonlinear wave that is stable in up to 3 + 1 dimensions. Possible applications include photonic logic and switching devices. [S1063-651X(98)06109-1].

Ideal soliton environment using parametric band gaps

Simultaneous solitary wave solutions for laser propagation in nonlinear parametric media with up to (3 + 1) dimensions are proved to exist. The combination of the large dispersion of a Bragg grating and the strong nonlinearity of chi((2)) optical material results in stable behavior with short interaction distances and low power requirements. The solutions are obtained by using the effective mass approximation to reduce the coupled propagation equations to those describing a dispersive parametric nonlinear waveguide, and are verified by solving the complete set of coupled band-gap equations numerically.

Optical Filter Design Using Background Wavelength Processing Techniques

Amorphous SiC tandem heterostructures are used to filter a specific band, in the visible range. Experimental and simulated results are compared to validate the use of SiC multilayered structures in applications where gain compensation is needed or to attenuate unwanted wavelengths. Spectral response data acquired under different frequencies, optical wavelength control and side irradiations are analyzed. Transfer function characteristics are discussed. Color pulsed communication channels are transmitted together and the output signal analyzed under different background conditions. Results show that under controlled wavelength backgrounds, the device sensitivity is enhanced in a precise wavelength range and quenched in the others, tuning or suppressing a specific band. Depending on the background wavelength and irradiation side, the device acts either as a long-, a short-, or a band-rejection pass filter. An optoelectronic model supports the experimental results and gives insight on the physics of the device.

Fly by data link: feasibility of a relative navigation solution for aviation relying on a future L-band data link

Trabalho final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Electrónica e Telecomunicações

BAW notch filter for WiMAX applications

Als darrers anys la necessitat de connectar-se a internet des de qualsevol lloc s’ha incrementat exponencialment sobretot de manera inalàmbrica. Degut al finit espectre radioelèctric es tendeix a aprofitar totes les franges freqüencials d’aquest convivint diferents sistemes en franges properes podent induir-se interferències mútuament. Per evitar aquestes interferències es requereix de filtres a tots els dispositius els quals aïllin un sistema del adjacent. En aquest projecte es dóna una solució al cas concret de la convivència entre els sistemes Wi-Fi y WiMAX eliminant la banda Wi-Fi interferent en sistemes WiMAX. Aquesta solució consisteix en el disseny d’un filtre banda eliminada d’ordre 3 implementat mitjançant tecnologia BAW a partir de l’estructura y especificacions d’un filtre comercial. A més també es fa un petit estudi per veure si seria interessant una millora en els processos de fabricació del filtre per part del fabricant.

Narrow-band 1, 2, 3, 4, 8, 16 and 24 cycles/360º angular frequency filters

We measured human frequency response functions for seven angular frequency filters whose test frequencies were centered at 1, 2, 3, 4, 8, 16 or 24 cycles/360º using a supra-threshold summation method. The seven functions of 17 experimental conditions each were measured nine times for five observers. For the arbitrarily selected filter phases, the maximum summation effect occurred at test frequency for filters at 1, 2, 3, 4 and 8 cycles/360º. For both 16 and 24 cycles/360º test frequencies, maximum summation occurred at the lower harmonics. These results allow us to conclude that there are narrow-band angular frequency filters operating somehow in the human visual system either through summation or inhibition of specific frequency ranges. Furthermore, as a general result, it appears that addition of higher angular frequencies to lower ones disturbs low angular frequency perception (i.e., 1, 2, 3 and 4 cycles/360º), whereas addition of lower harmonics to higher ones seems to improve detection of high angular frequency harmonics (i.e., 8, 16 and 24 cycles/360º). Finally, we discuss the possible involvement of coupled radial and angular frequency filters in face perception using an example where narrow-band low angular frequency filters could have a major role.

Use of magnitude-squared coherence to identify the maximum driving response band of the somatosensory evoked potential

The present study proposes to apply magnitude-squared coherence (MSC) to the somatosensory evoked potential for identifying the maximum driving response band. EEG signals, leads [Fpz'-Cz'] and [C3'-C4'], were collected from two groups of normal volunteers, stimulated at the rate of 4.91 (G1: 26 volunteers) and 5.13 Hz (G2: 18 volunteers). About 1400 stimuli were applied to the right tibial nerve at the motor threshold level. After applying the anti-aliasing filter, the signals were digitized and then further low-pass filtered (200 Hz, 6th order Butterworth and zero-phase). Based on the rejection of the null hypothesis of response absence (MSC(f) > 0.0060 with 500 epochs and the level of significance set at a = 0.05), the beta and gamma bands, 15-66 Hz, were identified as the maximum driving response band. Taking both leads together ("logical-OR detector", with a false-alarm rate of a = 0.05, and hence a = 0.0253 for each derivation), the detection exceeded 70% for all multiples of the stimulation frequency within this range. Similar performance was achieved for MSC of both leads but at 15, 25, 35, and 40 Hz. Moreover, the response was detected in [C3'-C4'] at 35.9 Hz and in [Fpz'-Cz'] at 46.2 Hz for all members of G2. Using the "logical-OR detector" procedure, the response was detected at the 7th multiple of the stimulation frequency for the series as a whole (considering both groups). Based on these findings, the MSC technique may be used for monitoring purposes.

Development And Analysis Of A Compact Coplanar Antenna With Flared Monopole For Dual Band Applications

Department of Electronics, Cochin University of Science and Technology

Development and Analysis of a Compact Dual-Band Coplanar Antenna

The coplanar wave guide is an attractive device in microwave integrated circuits due to its uniplanar nature, ease of fabrication and low production cost. Several attempts are already done to explore the radiating modes in coplanar wave guide transmission lines. Usually coplanar wave guides are excited by an SMA connector with its centre conductor connected to the exact middle of the centre strip and the outer ground conductor to the two ground strips. The mode excited on it is purely a bound mode. The E-field distribution in the two slots are out of phase and there for cancels at the far field. This thesis addresses an attempt to excite an in phase E-field distribution in the two slots of the co planar wave guide by employing a feed asymmetry, in order to get radiation from the two large slot discontinuities of the coplanar waveguide. The omni directional distribution of the radiating energy can be achieved by widening the centre strip.The first part of the thesis deals with the investigations on the resonance phenomena of conventional coplanar waveguides at higher frequency bands. Then an offset fed open circuited coplanar waveguide supporting resonance/radiation phenomena is analyzed. Finally, a novel compact co planar antenna geometry with dual band characteristics, suitable for mobile terminal applications is designed and characterized using the inferences from the above study.

A compact dual-band modified T-shaped CPW-fed monopole antenna

A compact, dual band coplanar waveguide fed modified T-shaped uniplanar antenna is presented. The antenna has resonances at 1.77 and 5.54 GHz with a wide band from 1.47–1.97 GHz and from 5.13–6.48 GHz with an impedance bandwidth of 34% and 26%, respectively. Also the antenna has an average gain of 3 dBi in lower band and 3.5 dBi in higher band with an average efficiency of 90%.

Ultra-wideband slot antenna with band-notch characteristics for wireless USB dongle applications

A compact ultra-wideband (UWB) printed slot antenna is described, suitable for integration with the printed circuit board (PCB) of a wireless, universal, serial-bus dongle. The design comprises of a near-rectangular slot fed by a coplanar waveguide (CPW) printed on a PCB of size 20 × 30 mm2. It has a large bandwidth covering the 3.1–10.6 GHz UWB band, with omnidirectional radiation patterns. Further, a notched band centered at 5.45 GHz wireless local area network bands is obtained within the wide bandwidth by inserting a narrow slot inside the tuning stub. Details of the antenna design are described, and the experimental results of the constructed prototype are presented. The time domain studies on the antenna shows a linear phase response throughout the band except at the notched frequency. The transient analysis of the antenna indicates very little pulse distortion confirming its suitability for high speed wireless connectivity.

A compact CPW fed slot antenna for ultra wide band applications

A printed compact coplanar waveguide fed triangular slot antenna for ultra wide band (UWB) communication systems is presented. The antenna comprises of a triangular slot loaded ground plane with a T shaped strip radiator to enhance the bandwidth and radiation. This compact antenna has a dimension of 26mm×26mm when printed on a substrate of dielectric constant 4.4 and thickness 1.6mm. Design equations are implemented and validated for different substrates. The pulse distortion is insignificant and is verified by the measured antenna performance with high signal fidelity and virtually steady group delay. The simulation and experiment reveal that the proposed antenna exhibits good impedance match, stable radiation patterns and constant gain and group delay over the entire operating band

Folded SIR with CSRRs for Ultra Wide Band Applications

The paper presents a maximally flat compact planar filter employing folded Stepped Impedance Resonators (SIR) and Complementary Split Ring Resonators (CSRR), for Ultra Wide Band (UWB) applications. An interdigital quarter wavelength coupled line is used for achieving the band pass characteristics. The filter has low insertion loss in its pass band and steep roll off rate and good attenuation in its lower and upper stop bands. The measured microwave characteristics of the fabricated filter show good agreement with the simulated response

Characterization of Novel Fabry Pérot Filter Arrays for Nanospectrometers in Medical Applications

Optische Spektroskopie ist eine sehr wichtige Messtechnik mit einem hohen Potential für zahlreiche Anwendungen in der Industrie und Wissenschaft. Kostengünstige und miniaturisierte Spektrometer z.B. werden besonders für moderne Sensorsysteme “smart personal environments” benötigt, die vor allem in der Energietechnik, Messtechnik, Sicherheitstechnik (safety and security), IT und Medizintechnik verwendet werden. Unter allen miniaturisierten Spektrometern ist eines der attraktivsten Miniaturisierungsverfahren das Fabry Pérot Filter. Bei diesem Verfahren kann die Kombination von einem Fabry Pérot (FP) Filterarray und einem Detektorarray als Mikrospektrometer funktionieren. Jeder Detektor entspricht einem einzelnen Filter, um ein sehr schmales Band von Wellenlängen, die durch das Filter durchgelassen werden, zu detektieren. Ein Array von FP-Filter wird eingesetzt, bei dem jeder Filter eine unterschiedliche spektrale Filterlinie auswählt. Die spektrale Position jedes Bandes der Wellenlänge wird durch die einzelnen Kavitätshöhe des Filters definiert. Die Arrays wurden mit Filtergrößen, die nur durch die Array-Dimension der einzelnen Detektoren begrenzt werden, entwickelt. Allerdings erfordern die bestehenden Fabry Pérot Filter-Mikrospektrometer komplizierte Fertigungsschritte für die Strukturierung der 3D-Filter-Kavitäten mit unterschiedlichen Höhen, die nicht kosteneffizient für eine industrielle Fertigung sind. Um die Kosten bei Aufrechterhaltung der herausragenden Vorteile der FP-Filter-Struktur zu reduzieren, wird eine neue Methode zur Herstellung der miniaturisierten FP-Filtern mittels NanoImprint Technologie entwickelt und präsentiert. In diesem Fall werden die mehreren Kavitäten-Herstellungsschritte durch einen einzigen Schritt ersetzt, die hohe vertikale Auflösung der 3D NanoImprint Technologie verwendet. Seit dem die NanoImprint Technologie verwendet wird, wird das auf FP Filters basierende miniaturisierte Spectrometer nanospectrometer genannt. Ein statischer Nano-Spektrometer besteht aus einem statischen FP-Filterarray auf einem Detektorarray (siehe Abb. 1). Jeder FP-Filter im Array besteht aus dem unteren Distributed Bragg Reflector (DBR), einer Resonanz-Kavität und einen oberen DBR. Der obere und untere DBR sind identisch und bestehen aus periodisch abwechselnden dünnen dielektrischen Schichten von Materialien mit hohem und niedrigem Brechungsindex. Die optischen Schichten jeder dielektrischen Dünnfilmschicht, die in dem DBR enthalten sind, entsprechen einen Viertel der Design-Wellenlänge. Jeder FP-Filter wird einer definierten Fläche des Detektorarrays zugeordnet. Dieser Bereich kann aus einzelnen Detektorelementen oder deren Gruppen enthalten. Daher werden die Seitenkanal-Geometrien der Kavität aufgebaut, die dem Detektor entsprechen. Die seitlichen und vertikalen Dimensionen der Kavität werden genau durch 3D NanoImprint Technologie aufgebaut. Die Kavitäten haben Unterschiede von wenigem Nanometer in der vertikalen Richtung. Die Präzision der Kavität in der vertikalen Richtung ist ein wichtiger Faktor, der die Genauigkeit der spektralen Position und Durchlässigkeit des Filters Transmissionslinie beeinflusst.

Mikromechanisch durchstimmbare, dielektrische Fabry-Pérot-Filter im nahen Infrarot-Bereich: Konzept, Herstellung und Charakterisierung

Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Herstellung und Charakterisierung mikromechanisch durchstimmbarer, dielektrischer Fabry-Pérot-Filter im nahen Infrarot-Bereich bei einer Zentralwellenlänge von λc = 950 nm. Diese Bauelemente wurden auf Basis kostengünstiger Technologien realisiert, dank deren Entwicklung extreme Miniaturisierung und gleichzeitig hohe spektrale Anforderungen möglich sind. Der Vorteil solcher Filter liegt darin, dass sie direkt in einen Photodetektor integriert werden können und mit ganz wenigen Komponenten zu einem kompakten Spektrometermodul zusammengesetzt werden können. Die Baugröße ist nur durch die Größe des Photodetektors limitiert und die gesamte Intensität des einfallenden Lichts kann vorteilhaft auf eine einzelne Filtermembran des Fabry-Pérot-Filters fokussiert werden. Für den Filteraufbau werden zwei hochreflektierende, dielektrische DBR-Spiegel, ein organisches Opferschichtmaterial, welches zur Erzeugung einer Luftkavität im Filter dient, und zwei unterschiedliche Elektroden aus ITO und Aluminium verwendet. Die mikromechanische Auslenkung der freigelegten Filtermembran geschieht mittels elektrostatischer Aktuation, wobei auf diese Weise die Kavitätshöhe des Fabry-Pérot-Filters geändert wird und somit dieser im erforderlichen Spektralbereich optisch durchgestimmt wird. Das in dieser Arbeit gewählte Filterkonzept stellt eine Weiterentwicklung eines bereits bestehenden Filterkonzepts für den sichtbaren Spektralbereich dar. Zum Einen wurden in dieser Arbeit das vertikale und das laterale Design der Filterstrukturen geändert. Eine entscheidende Änderung lag im mikromechanisch beweglichen Teil des Fabry-Pérot-Filters. Dieser schließt den oberen DBR-Spiegel und ein aus dielektrischen Schichten und der oberen Aluminium-Elektrode bestehendes Membranhaltesystem ein, welches später durch Entfernung der Opferschicht freigelegt wird. Die Fläche des DBR-Spiegels wurde auf die Fläche der Filtermembran reduziert und auf dem Membranhaltesystem positioniert. Zum Anderen wurde im Rahmen dieser Arbeit der vertikale Schichtaufbau des Membranhaltesystems variiert und der Einfluss der gewählten Materialien auf die Krümmung der freistehenden Filterstrukturen, auf das Aktuationsverhalten und auf die spektralen Eigenschaften des gesamten Filters untersucht. Der Einfluss der mechanischen Eigenschaften dieser Materialien spielt nämlich eine bedeutende Rolle bei der Erhaltung der erforderlichen optischen Eigenschaften des gesamten Filters. Bevor Fabry-Pérot-Filter ausgeführt wurden, wurde die mechanische Spannung in den einzelnen Materialien des Membranhaltesystems bestimmt. Für die Messung wurde Substratkrümmungsmethode angewendet. Es wurde gezeigt, dass die Plasmaanregungsfrequenzen der plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidung bei einer Prozesstemperatur von 120 °C die mechanische Spannung von Si3N4 enorm beeinflussen. Diese Ergebnisse wurden im Membranhaltesystem umgesetzt, wobei verschiedene Filter mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften des Membranhaltesystems gezeigt wurden. Darüber hinaus wurden optische Eigenschaften der Filter unter dem Einfluss des lateralen Designs der Filterstrukturen untersucht. Bei den realisierten Filtern wurden ein optischer Durchstimmbereich von ca. 70 nm und eine spektrale Auflösung von 5 nm erreicht. Die erreichte Intensität der Transmissionslinie liegt bei 45-60%. Diese Parameter haben für den späteren spektroskopischen Einsatz der realisierten Fabry-Pérot-Filter eine hohe Bedeutung. Die Anwendung soll erstmalig in einem „Proof of Concept“ stattfinden, wobei damit die Oberflächentemperatur eines GaAs-Wafers über die Messung der spektralen Lage seiner Bandlücke bestimmt werden kann.