基于反射式达曼光栅的频率分辨光学开关装置

采用反射式达曼光栅对飞秒激光进行分束,可以避免材料色散的影响。搭建了利用反射式1×2达曼光栅为基础的频率分辨光学开关(FROG)装置,并把测量结果与传统多发频率分辨光学开关装置的测量结果进行了对比。理论和实验结果表明,当输入脉冲宽度大于50 fs时,用达曼光栅作为分光器和使用分光镜分光的效果是一样的;当输入脉冲的宽度小于50 fs时,用达曼光栅作为分光器引入的展宽量明显小于分光镜引入的展宽量,尤其是当输入脉冲的宽度小于20 fs时用达曼光栅作为分光器的效果更为突出。

Advanced Monte Carlo Simulation and Machine Learning for Frequency Domain Optical Coherence Tomography

Optical Coherence Tomography(OCT) is a popular, rapidly growing imaging technique with an increasing number of bio-medical applications due to its noninvasive nature. However, there are three major challenges in understanding and improving an OCT system: (1) Obtaining an OCT image is not easy. It either takes a real medical experiment or requires days of computer simulation. Without much data, it is difficult to study the physical processes underlying OCT imaging of different objects simply because there aren't many imaged objects. (2) Interpretation of an OCT image is also hard. This challenge is more profound than it appears. For instance, it would require a trained expert to tell from an OCT image of human skin whether there is a lesion or not. This is expensive in its own right, but even the expert cannot be sure about the exact size of the lesion or the width of the various skin layers. The take-away message is that analyzing an OCT image even from a high level would usually require a trained expert, and pixel-level interpretation is simply unrealistic. The reason is simple: we have OCT images but not their underlying ground-truth structure, so there is nothing to learn from. (3) The imaging depth of OCT is very limited (millimeter or sub-millimeter on human tissues). While OCT utilizes infrared light for illumination to stay noninvasive, the downside of this is that photons at such long wavelengths can only penetrate a limited depth into the tissue before getting back-scattered. To image a particular region of a tissue, photons first need to reach that region. As a result, OCT signals from deeper regions of the tissue are both weak (since few photons reached there) and distorted (due to multiple scatterings of the contributing photons). This fact alone makes OCT images very hard to interpret.

This thesis addresses the above challenges by successfully developing an advanced Monte Carlo simulation platform which is 10000 times faster than the state-of-the-art simulator in the literature, bringing down the simulation time from 360 hours to a single minute. This powerful simulation tool not only enables us to efficiently generate as many OCT images of objects with arbitrary structure and shape as we want on a common desktop computer, but it also provides us the underlying ground-truth of the simulated images at the same time because we dictate them at the beginning of the simulation. This is one of the key contributions of this thesis. What allows us to build such a powerful simulation tool includes a thorough understanding of the signal formation process, clever implementation of the importance sampling/photon splitting procedure, efficient use of a voxel-based mesh system in determining photon-mesh interception, and a parallel computation of different A-scans that consist a full OCT image, among other programming and mathematical tricks, which will be explained in detail later in the thesis.

Next we aim at the inverse problem: given an OCT image, predict/reconstruct its ground-truth structure on a pixel level. By solving this problem we would be able to interpret an OCT image completely and precisely without the help from a trained expert. It turns out that we can do much better. For simple structures we are able to reconstruct the ground-truth of an OCT image more than 98% correctly, and for more complicated structures (e.g., a multi-layered brain structure) we are looking at 93%. We achieved this through extensive uses of Machine Learning. The success of the Monte Carlo simulation already puts us in a great position by providing us with a great deal of data (effectively unlimited), in the form of (image, truth) pairs. Through a transformation of the high-dimensional response variable, we convert the learning task into a multi-output multi-class classification problem and a multi-output regression problem. We then build a hierarchy architecture of machine learning models (committee of experts) and train different parts of the architecture with specifically designed data sets. In prediction, an unseen OCT image first goes through a classification model to determine its structure (e.g., the number and the types of layers present in the image); then the image is handed to a regression model that is trained specifically for that particular structure to predict the length of the different layers and by doing so reconstruct the ground-truth of the image. We also demonstrate that ideas from Deep Learning can be useful to further improve the performance.

It is worth pointing out that solving the inverse problem automatically improves the imaging depth, since previously the lower half of an OCT image (i.e., greater depth) can be hardly seen but now becomes fully resolved. Interestingly, although OCT signals consisting the lower half of the image are weak, messy, and uninterpretable to human eyes, they still carry enough information which when fed into a well-trained machine learning model spits out precisely the true structure of the object being imaged. This is just another case where Artificial Intelligence (AI) outperforms human. To the best knowledge of the author, this thesis is not only a success but also the first attempt to reconstruct an OCT image at a pixel level. To even give a try on this kind of task, it would require fully annotated OCT images and a lot of them (hundreds or even thousands). This is clearly impossible without a powerful simulation tool like the one developed in this thesis.

Characteristics of 980/1550 nm WDM coupler based on planar curved waveguides

A wavelength division multiplexer (WDM) for 980/1550 nm based on planar curved waveguide coupler (CWC) is proposed. Compared with conventional parallel straight waveguide coupler (SWC), this structure has more flexibility with two variable parameters of bending radius R and minimum edge-to-edge spacing do, which are the two main parameters for the splitting ratio of coupler and decrease the complexity of device design and fabrication. Based on coupled mode theory (CMT) and waveguide theory, R and do of the WDM CWC are designed to be R = 13.28 m and d(0) = 4.39 mu m. The contrast ratio (CR) and insertion loss (IL) for 980 and 1550 nm are CR1 = 24.62 dB, CR2 = 24.56 dB and IL1 = 0.014 dB, IL2 = 0.015 dB, respectively. The 3D beam propagation method (BPM) is used to verify the validity of the design result. The influence of R and d(0) variations on the device performance is analyzed. For CR > 20 dB, the variation ranges of R and d(0) should be within -0.10 to +0.44 m and -0.05 to + 0.02 mu m, respectively. (c) 2006 Elsevier GmbH. All rights reserved.

Circadian clock mutants of Drosophila melanogaster

Three mutants of Drosophila melanogaster have been isolated in which the free-running period of the circadian eclosion rhythm and the adult locomotor activity rhythm is affected. One mutant is arrhythmic, another has a short period of 19 hours, and the third has a long period of 28 hours. The mutants retain their phenotypes over the temperature range 18° to 25° C. All three mutants map near the tip of the X chromosome (distal to the centromere). By deficiency mapping, the short-period mutation has been localized to the 3B1-2 region. Complementation tests show that all three mutations affect the same functional gene.

Analysis of activity rhythms of individual mosaic flies indicates that the site of action of the short-period mutation is probably located in the head of the fly. A few activity patterns of split-head and mixed-head mosaics appear to possess both mutant and heterozygous components, suggesting that the fly head may contain two complete clocks capable of maintaining their periodicities independently.

The short-period mutation affects both the duration of the light-insensitive part of the oscillation and the degree to which the clock can be reset during the light-sensitive part of the oscillation.

Both the short-period and long-period mutant eclosion rhythms can be entrained to a period of 24 hours by a 12:12 light-dark cycle having a light intensity at least two orders of magnitude greater than that required to entrain the normal rhythm. The arrhythmic mutant does not entrain under these conditions. In the presence of a temperature cycle, however, the arrhythmic mutant does entrain, but its rhythm damps out when the temperature cycle is removed.

Evidence is presented that Pittendrigh's two-oscillator model for the clock in D. pseudoobscura applies to D. melanogaster as well. The three clock mutations primarily affect the light- sensitive driving oscillator. The arrhythmic mutation appears to have eliminated the driving oscillator while leaving the temperature-sensitive driven oscillator relatively intact.

Referenciação em letras de samba-enredo: o objeto de discurso negro através das décadas

A partir da noção sociocognitiva de língua, texto e gênero do discurso, bem como do processo de referenciação (KOCH, 2009b, CORTEZ, 2003; TEDESCO, 2002, RONCARATI, 2010), o presente trabalho tem por objeto de estudo o samba-enredo (ou samba de enredo), cuja origem é o samba, sendo este um ritmo trazido pelos negros africanos escravizados no Brasil. A partir de um corpus formado por 161 letras de samba-enredo (abrangendo um período que se estende de 1954 a 2010) que trazem como tema alguém ou algo relacionado ao universo africano e/ou afro-brasileiro, ou que pelo menos tangenciem a questão da negritude e afrodescendência, desejamos atingir três objetivos no decorrer dessa pesquisa, quais sejam: a) observar como ocorre o processo de referenciação, isto é, como o referente negro (ou outro termo semanticamente próximo) é ativado, reativado ou desativado em 129 cadeias referenciais, que é um construto linguístico-cognitivo relevante para a formação dos sentidos de um texto; b) quantificar a frequência da temática africana e/ou afrodescendente nos sambas selecionados; c) observar com que frequência um SN complexo é utilizado para introduzir uma cadeia referencial, de modo a imprimir uma marca argumentativa na forma de referir escolhida pelos autores do texto

Inverse symmetric Dammann gratings

Inverse symmetric Dammann grating is a special grating, whose transition points are reflection symmetric about the midpoint with inverse phase offset in one period. It can produce even-numbered or odd-numbered array illumination when the phase modulations are pi or a specific value. Numerical solutions optimized by the steepest-descent algorithm for binary phase and multilevel phases with splitting ratio from I x 4 to 1 x 14 are given. Fabrication of 1 x 6 array without the zero-order intensity and 1 x 7 array with the zero-order intensity are made from the same amplitude mask. A 6 x 6 output without the crossed zero-orders was achieved by crossing two one-dimensional 1 x 6 inverse symmetric Dammann gratings. This grating may have potential value for practical applications. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

A mudança organizacional em um estabelecimento de saúde: um estudo da preparação para acreditação

Esse estudo teve por objetivo analisar as dinâmicas de mudanças organizacionais transcorridas em um estabelecimento de saúde. Conduzido através metodologia de estudo de caso descritivo, teve como campo de pesquisa o Instituto de Hematologia do Estado do Rio de Janeiro. Buscando conhecer o papel da preparação para acreditação na dinâmica da mudança em uma organização de saúde essa pesquisa foi assim estruturada: abordagem dos problemas encontrados nas mudanças organizacionais em estabelecimentos de saúde; quadro teórico estruturado com uma revisão de literatura; embasamento da metodologia aplicada, com definição de instrumentos de coletas de dados, de material e atores implicados no levantamento para realização da análise qualitativa. O estudo analisou as seguintes variáveis: a natureza da mudança focalizando a extensão, ritmo e trajetória; as estratégias de ação, contemplando as situações de adesões e resistência e a concepção, verificando se as mudanças foram indutivas ou dedutivas. O resultado demonstrou que a preparação para acreditação naquele hospital, proporcionou mudanças com movimentos lentos, mas com continuidade em todos os setores do estabelecimento. Foi identificada participação mais ativa de um grupo de profissionais identificados como facilitadores, funcionando como multiplicadores. A abrangência das estratégias aplicadas foram desde as reuniões em assembléias gerais, á formação de grupos de estudo por setores para entendimento do manual de padrões de acreditação. Foram realizados processos internos de auto-avaliação com base no manual de acreditação. Em relação á concepção, o processo de mudança foi motivado pela determinação da direção do hospital para obtenção do certificado de acreditação internacional. Quanto á resistência e adesão, o estudo demonstrou que a participação de uma grande maioria dos profissionais foi motivada pelo desejo de aprender e desenvolver novas práticas que proporcionasse a melhoria da qualidade da assistência. A análise de dados aponta certa resistência da categoria médica no início do processo. Do ponto de vista organizacional, foram criadas novas estruturas. A conclusão do estudo: O processo de preparação para acreditação na unidade de saúde estudada demonstrou ser um instrumento capaz de promover mudanças em organizações de saúde.

Noras e sogras: sobre relações familiares, conflitos e imagens

O presente trabalho tem como foco o parentesco por aliança, sendo esta uma relação que se estabelece sem o privilégio da escolha, tão cara aos indivíduos na contemporaneidade. Neste sentido, busca avaliar como se dá o processo de integração e inserção da nora na família por aliança e a percepção da sogra diante da chegada, na família, deste novo membro feminino; como os cônjuges, pivôs do parentesco por aliança, imprimem ritmo à relação com a parentela e ainda, que estratégias constroem para superação de tensões e conflitos. Os efeitos dos diferentes pertencimentos sociais sobre estas relações é um ponto que deve ser considerado na medida em que as trocas materiais são, muitas vezes, responsáveis pela aproximação dos indivíduos na família. Vale ressaltar as imagens de família como instrumento rico para análise das relações.

Relógios biológicos e padrões de alimentação em camundongos normais e com sobrepeso

A saudável interação entre o indivíduo e o meio depende do alinhamento entre a dinâmica fisiológica do primeiro e os periódicos movimentos da natureza. A interação entre tais ritmos por sua vez constitui-se em base e derivação do processo de evolução. O comprometimento de tal alinhamento representa um risco para a sobrevivência das espécies. Neste contexto, os organismos alinham seus ritmos fisiológicos a diferentes ciclos externos. Desta forma, ciclos endógenos são coordenados por relógios biológicos que determinam em nosso organismo, específicos ritmos em fase com a natureza, tais como ritmos circadianos (RC), cujo período aproxima-se de 24 horas. O peso corporal, a ingestão de alimentos e o consumo de energia são processos caracterizados pelo RC e a obesidade está associada a uma dessincronização deste processo. A modulação do RC é resultado da expressão dos clock gens CLOCK e BMAL1 que formam um heterodímero responsável pela transcrição gênica de Per1, Per2, Per3, Cry1 e Cry2. As proteínas codificadas por estes genes, uma vez sintetizadas, formam dímeros (PER-CRY) no citoplasma que, a partir de determinada concentração, retornam ao núcleo, bloqueando a ação do heterodímero CLOCK/BMAL1 na transcrição dos próprios genes, formando assim uma alça de retroalimentação negativa de transcrição e tradução. Estes genes asseguram a periodicidade e são significativamente expressos no núcleo supraquiasmático (SCN) do hipotálamo. Para estudar esse processo em camundongos normais e hiperalimentados, saciados e em estado de fome, foi utilizado um método de registro do comportamento alimentar baseado no som produzido pela alimentação dos animais, e a correlação destes estados metabólicos com a expressão de CLOCK, BMAL1, Per1, Per2, Per3, bem como das proteínas Cry1 e Cry2 no SCN, por análise de imagens obtidas em microscopia confocal. Camundongos suíços controle em estado de fome (CF) e saciados (CS) foram comparados com animais hiperalimentados com fome (HF) e saciados (HS). Nenhum grupo demonstrou diferença nos conteúdos CLOCK e BMAL1, indicando capacidade potencial para modular os ritmos biológicos. No entanto, as proteínas Per1, Per2, Per3 e Cry1 apresentaram menor expressão no grupo CS, mostrando uma diferença significativa quando comparados com o grupo CF (P<0,05), diferença esta não encontrada na comparação entre os grupos HF e HS. A quantidade de proteína Cry2 não foi diferente na mesma comparação. Os resultados do estudo indicaram que as alterações dos ritmos endógenos e exógenos, refletido pelo comportamento hiperfágico observado em camundongos hiperalimentados, pode ser devido a um defeito no mecanismo de feedback negativo associado ao dímero Cry-Per, que não bloqueia a transcrição de Per1 Per2, Per3 e Cry1 pelo heterodímero CLOCK-BMAL1.

Spin-helical Dirac states in graphene induced by polar-substrate surfaces with giant spin-orbit interaction: a new platform for spintronics

Spintronics, or spin electronics, is aimed at efficient control and manipulation of spin degrees of freedom in electron systems. To comply with demands of nowaday spintronics, the studies of electron systems hosting giant spin-orbit-split electron states have become one of the most important problems providing us with a basis for desirable spintronics devices. In construction of such devices, it is also tempting to involve graphene, which has attracted great attention because of its unique and remarkable electronic properties and was recognized as a viable replacement for silicon in electronics. In this case, a challenging goal is to lift spin degeneracy of graphene Dirac states. Here, we propose a novel pathway to achieve this goal by means of coupling of graphene and polar-substrate surface states with giant Rashba-type spin-splitting. We theoretically demonstrate it by constructing the graphene@BiTeCl system, which appears to possess spin-helical graphene Dirac states caused by the strong interaction of Dirac and Rashba electrons. We anticipate that our findings will stimulate rapid growth in theoretical and experimental investigations of graphene Dirac states with real spin-momentum locking, which can revolutionize the graphene spintronics and become a reliable base for prospective spintronics applications.

Tunable three-dimensional intensity distribution by a pure phase-shifting apodizer

The three-dimensional distribution of light intensity that is modulated by a pure phase-shifting apodizer is studied. Results show that the Strehl ratio can be altered by the proposed apodizer and by the waist width of incident Gaussian beams. By changing geometrical parameters of the proposed apodizer, we can increase the focal depth to several times that of the original system. The proposed apodizer can also be used to realize focal splitting and local minimum of intensity, which may be advantageous for constructing an optical trap. Furthermore, the local minimum of intensity number is tunable by changing the parameters of the apodizer. (c) 2005 Optical Society of America

Making kippers from local herring (Sardinella spp.) smoke-cured in the Torry Kiln

(Sardinella) are available all year round in Sierra Leone. The best time to use them for baiting herrings is during the dry season when they are fattest and feeding well. The most common method of processing herring locally is hot smoking to give either soft, moist and cooked product or a dry, brittle product with very low moisture content. The author describes a curing method intended to add variety to the types of products that can be obtained from local herring. It is only mildly preservative, the product cannot be kept more than 24 hours without refrigeration. Particular attention is paid to the source and quality of the raw material used, and the processing method is detailed with attention to washing, splitting, brining, smoking, and the application of the Torry fish smoking kiln to the process.

Os caminhos de Os caminhos do conhecer: um estudo sobre Angela Melim

A partir do pequeno livro Os caminhos do Conhecer, publicado em 1981 pela Editora Noa Noa, esta dissertação procurou analisar os principais aspectos da obra da poeta Angela Melim, tal como pensar sua escrita, com relação à poesia contemporânea brasileira. Primeiramente, traçamos um breve panorama do contexto no qual surgiu a poeta, os ávidos anos 70, para em seguida entender o que foi a poesia marginal e qual relação Melim manteve com ela. Detivemo-nos, depois, na leitura e análise de Os caminhos do Conhecer e nas importantes questões que ele suscita, como, por exemplo, a relação entre sujeito e paisagem, o feminino na literatura, o tempo e o espaço literários, o ritmo, o gênero do texto etc. Usamos, para tal, os conceitos de (des)limites entre poesia e prosa (a partir de Agamben e de Masé Lemos), de gênero (segundo Derrida), de outramento (Evando Nascimento), de tempo (Maurice Blanchot), entre outros

Dinâmica de crescimento de Centrolobium robustum (Vell.) Mart. ex Benth. (Leguminosae-Papilionoideae) na Floresta Atlântica, Rio de Janeiro, Brasil

O conhecimento sobre o ritmo de crescimento radial e a idade das árvores é um aspecto básico para compreender a dinâmica das populações, bem como o desenvolvimento e a sobrevivência das espécies. Nos trópicos, entretanto, estudos populacionais com este enfoque ainda são escassos, a despeito da urgente necessidade de preservação e manejo de suas florestas. Este trabalho tem por objetivo: i) Descrever a atividade cambial e o comportamento fenológico de Centrolobium robustum (Vell.) Mart. ex Benth., correlacionando estes parâmetros entre si; ii) Avaliar a influência da sazonalidade climática e do fotoperíodo sobre a atividade cambial e o comportamento fenológico e iii) Caracterizar o padrão estrutural dos anéis de crescimento e determinar, a partir destes, a idade e as taxas de crescimento radial da espécie na Reserva Biológica do Tinguá, RJ. Para a análise da atividade cambial, amostras de câmbio foram coletadas trimestralmente, processadas segundo técnicas usuais de anatomia vegetal e observadas sob microscopia ótica de campo claro, de fluorescência, de polarização e microscopia eletrônica de transmissão. O acompanhamento fenológico foi realizado mensalmente e os índices de atividade e de intensidade foram utilizados para analisar as fenofases reprodutivas e vegetativas, respectivamente. Para a investigação dendrocronológica, foram coletadas amostras com auxílio de sonda de Pressler, as quais foram polidas e observadas sob microscópio estereoscópico. Os resultados evidenciaram um ciclo anual de atividade e dormência cambial, caracterizados, respectivamente, pela presença de células em processo de divisão e diferenciação junto ao câmbio e de células completamente diferenciadas e deposição de calose em elementos de tubo crivado adjacentes à zona cambial. A dormência cambial coincidiu com a senescência e queda foliar, enquanto a atividade foi mais evidente na presença de folhas adultas na copa. A sazonalidade da atividade cambial apresentou correlação significativa com os dados de temperatura, precipitação e fotoperíodo do mês de realização das coletas. Foi constatado o regime sazonal da atividade cambial em associação ao clima e ao comportamento fenológico da espécie, conferindo caráter anual aos anéis de crescimento. Os resultados permitiram estabelecer o padrão dendroecológico de C. robustum e as idades e taxas de crescimento da população estudada.

Defect and structural imperfection effects on the electronic properties of BiTeI surfaces

The surface electronic structure of the narrow-gap seminconductor BiTeI exhibits a large Rashba-splitting which strongly depends on the surface termination. Here we report on a detailed investigation of the surface morphology and electronic properties of cleaved BiTeI single crystals by scanning tunneling microscopy, photoelectron spectroscopy (ARPES, XPS), electron diffraction (SPA-LEED) and density functional theory calculations. Our measurements confirm a previously reported coexistence of Te- and I-terminated surface areas