Multi-wavelength ultra-long Raman fibre laser based on Rayleigh-scattering feedback

We experimentally demonstrate a Raman fiber laser with linear cavity based on point-action fibre Bragg grating reflectors and random distributed feedback via Rayleigh scattering in the long fibre providing stable multiple wavelengths (close to ITU grid) output at Watts level. ©2010 IEEE.

Descending Control of Limb Movements in Drosophila melanogaster

Because the interactions between feedforward influences are inextricably linked during many motor outputs (including but not limited to walking), the contribution of descending inputs to the generation of movements is difficult to study. Here we take advantage of the relatively small number of descending neurons (DNs) in the Drosophila melanogaster model system. We first characterize the number and distribution of the DN populations, then present a novel load free preparation, which enables the study of descending control on limb movements in a context where sensory feedback can be is reduced while leaving the nervous system, musculature, and cuticle of the animal relatively intact. Lastly we use in-vivo whole cell patch clamp electrophysiology to characterize the role of individual DNs in response to specific sensory stimuli and in relationship to movement. We find that there are approximately 1100 DNs in Drosophila that are distributed across six clusters. Input from these DNs is not necessary for coordinated motor activity, which can be generated by the thoracic ganglion, but is necessary for the specific combinations of joint movements typically observed in walking. Lastly, we identify a particular cluster of DNs that are tuned to sensory stimuli and innervate the leg neuromeres. We propose that a multi-layered interaction between these DNs, other DNs, and motor circuits in the thoracic ganglia enable the diverse but well-coordinated range of motor outputs an animal might exhibit.

Inhibitory Control is a Rate-Limiting Factor to Preschoolers' Use of Irregular Inflection

We investigated whether children’s inhibitory control is associated with their ability to produce irregular verb forms as well as learn from corrective feedback following their use of an over-regularized form. Forty-eight 3.5 to 4.5 year old children were tested on the irregular past tense and provided with adult corrective input via models of correct use or recasts of errors following ungrammatical responses. Inhibitory control was assessed with a three-item battery of tasks that required suppressing a prepotent response in favor of a non-canonical one. Results showed that inhibitory control was predictive of children’s initial production of irregular forms and not associated with their post-feedback production of irregulars. These findings show that children’s executive functioning skills may be a rate-limiting factor on their ability to produce correct forms, but might not interact with their ability to learn from input in this domain. Findings are discussed in terms of current theories of past-tense acquisition and learning from input more broadly.

Digital geometric-sequence control technique for bidirectional dual active bridge DC-DC converters used in future electric vehicles

Bidirectional DC-DC converters are widely used in different applications such as energy storage systems, Electric Vehicles (EVs), UPS, etc. In particular, future EVs require bidirectional power flow in order to integrate energy storage units into smart grids. These bidirectional power converters provide Grid to Vehicle (V2G)/ Vehicle to Grid (G2V) power flow capability for future EVs. Generally, there are two control loops used for bidirectional DC-DC converters: The inner current loop and The outer loop. The control of DAB converters used in EVs are proved to be challenging due to the wide range of operating conditions and non-linear behavior of the converter. In this thesis, the precise mathematical model of the converter is derived and non-linear control schemes are proposed for the control system of bidirectional DC-DC converters based on the derived model. The proposed inner current control technique is developed based on a novel Geometric-Sequence Control (GSC) approach. The proposed control technique offers significantly improved performance as compared to one for conventional control approaches. The proposed technique utilizes a simple control algorithm which saves on the computational resources. Therefore, it has higher reliability, which is essential in this application. Although, the proposed control technique is based on the mathematical model of the converter, its robustness against parameter uncertainties is proven. Three different control modes for charging the traction batteries in EVs are investigated in this thesis: the voltage mode control, the current mode control, and the power mode control. The outer loop control is determined by each of the three control modes. The structure of the outer control loop provides the current reference for the inner current loop. Comprehensive computer simulations have been conducted in order to evaluate the performance of the proposed control methods. In addition, the proposed control have been verified on a 3.3 kW experimental prototype. Simulation and experimental results show the superior performance of the proposed control techniques over the conventional ones.

Vibrational Feedback Training System for Use with SEMG Controlled Powered Prostheses

Loss of limb results in loss of function and a partial loss of freedom. A powered prosthetic device can partially assist an individual with everyday tasks and therefore return some level of independence. Powered upper limb prostheses are often controlled by the user generating surface electromyographic (SEMG) signals. The goal of this thesis is to develop a virtual environment in which a user can control a virtual hand to safely grasp representations of everyday objects using EMG signals from his/her forearm muscles, and experience visual and vibrotactile feedback relevant to the grasping force in the process. This can then be used to train potential wearers of real EMG controlled prostheses, with or without vibrotactile feedback. To test this system an experiment was designed and executed involving ten subjects, twelve objects, and three feedback conditions. The tested feedback conditions were visual, vibrotactile, and both visual and vibrotactile. In each experimental exercise the subject attempted to grasp a virtual object on the screen using the virtual hand controlled by EMG electrodes placed on his/her forearm. Two metrics were used: score, and time to task completion, where score measured grasp dexterity. It was hypothesized that with the introduction of vibrotactile feedback, dexterity, and therefore score, would improve and time to task completion would decrease. Results showed that time to task completion increased, and score did not improve with vibrotactile feedback. Details on the developed system, the experiment, and the results are presented in this thesis.

Highly linear reconfigurable UWB filters with independently controlled dual bandnotch

This letter proposes a high-linearity reconfigurable lower ultra-wideband (3.1–5.25 GHz) filter with independently controlled dual bandnotch at WiMAX 3.5 GHz band and satellite communication systems 4.2 GHz band. Reconfigurability has been achieved by the implementation of Graphene based switches (simulation only) and PIN diodes (measurements). The simulation and measurement results in OFF state show an entire bandpass response from 3.1 GHz to 5.25 GHz and with a very low insertion loss. In ON state, the results show that sharp rejections at 3.5 GHz and 4.2 GHz are achieved, with a low passband insertion loss. The two bandnotch operate independently of each other; thus allowing to control the behaviour of the required bandnotch. The third order intermodulation products were also measured in OFF and ON states and the linearity results have been presented. The filter is able to achieve a high performance with good linearity and no significant loss.

Two-Path All-pass Based Half-Band Infinite Impulse Response Decimation Filters and the Effects of Their Non-Linear Phase Response on ECG Signal Acquisition

This paper is based on the novel use of a very high fidelity decimation filter chain for Electrocardiogram (ECG) signal acquisition and data conversion. The multiplier-free and multi-stage structure of the proposed filters lower the power dissipation while minimizing the circuit area which are crucial design constraints to the wireless noninvasive wearable health monitoring products due to the scarce operational resources in their electronic implementation. The decimation ratio of the presented filter is 128, working in tandem with a 1-bit 3rd order Sigma Delta (ΣΔ) modulator which achieves 0.04 dB passband ripples and -74 dB stopband attenuation. The work reported here investigates the non-linear phase effects of the proposed decimation filters on the ECG signal by carrying out a comparative study after phase correction. It concludes that the enhanced phase linearity is not crucial for ECG acquisition and data conversion applications since the signal distortion of the acquired signal, due to phase non-linearity, is insignificant for both original and phase compensated filters. To the best of the authors’ knowledge, being free of signal distortion is essential as this might lead to misdiagnosis as stated in the state of the art. This article demonstrates that with their minimal power consumption and minimal signal distortion features, the proposed decimation filters can effectively be employed in biosignal data processing units.

Acid-mediated topological control in a functionalized foldamer

Induced conformational change provides a powerful mechanism to modulate the structure and function of molecules. Here we describe the synthesis of chiral, surface-functionalized oligomeric pyridine/imidazolidin-2-one foldamers, and interrogate their acid-mediated transition between linear and helical topologies.

Mécanismes psychophysiques et neuronaux de la compensation dynamique de multiples champs de force : facilitation et anticipation liée à des indices de couleur

Dans cette thèse, nous abordons le contrôle moteur du mouvement du coude à travers deux approches expérimentales : une première étude psychophysique a été effectuée chez les sujets humains, et une seconde implique des enregistrements neurophysiologiques chez le singe. Nous avons recensé plusieurs aspects non résolus jusqu’à présent dans l’apprentissage moteur, particulièrement concernant l’interférence survenant lors de l’adaptation à deux ou plusieurs champs de force anti-corrélés. Nous avons conçu un paradigme où des stimuli de couleur aident les sujets à prédire la nature du champ de force externe actuel avant qu’ils ne l’expérimentent physiquement durant des mouvements d’atteinte. Ces connaissances contextuelles faciliteraient l’adaptation à des champs de forces en diminuant l’interférence. Selon le modèle computationnel de l’apprentissage moteur MOSAIC (MOdular Selection And Identification model for Control), les stimuli de couleur aident les sujets à former « un modèle interne » de chaque champ de forces, à s’en rappeler et à faire la transition entre deux champs de force différents, sans interférence. Dans l’expérience psychophysique, quatre groupes de sujets humains ont exécuté des mouvements de flexion/extension du coude contre deux champs de forces. Chaque force visqueuse était associée à une couleur de l’écran de l’ordinateur et les deux forces étaient anti-corrélées : une force résistante (Vr) a été associée à la couleur rouge de l’écran et l’autre, assistante (Va), à la couleur verte de l’écran. Les deux premiers groupes de sujets étaient des groupes témoins : la couleur de l’écran changeait à chaque bloc de 4 essais, tandis que le champ de force ne changeait pas. Les sujets du groupe témoin Va ne rencontraient que la force assistante Va et les sujets du groupe témoin Vr performaient leurs mouvements uniquement contre une force résistante Vr. Ainsi, dans ces deux groupes témoins, les stimuli de couleur n’étaient pas pertinents pour adapter le mouvement et les sujets ne s’adaptaient qu’à une seule force (Va ou Vr). Dans les deux groupes expérimentaux, cependant, les sujets expérimentaient deux champs de forces différents dans les différents blocs d’essais (4 par bloc), associés à ces couleurs. Dans le premier groupe expérimental (groupe « indice certain », IC), la relation entre le champ de force et le stimulus (couleur de l’écran) était constante. La couleur rouge signalait toujours la force Vr tandis que la force Va était signalée par la couleur verte. L’adaptation aux deux forces anti-corrélées pour le groupe IC s’est avérée significative au cours des 10 jours d’entraînement et leurs mouvements étaient presque aussi bien ajustés que ceux des deux groupes témoins qui n’avaient expérimenté qu’une seule des deux forces. De plus, les sujets du groupe IC ont rapidement démontré des changements adaptatifs prédictifs dans leurs sorties motrices à chaque changement de couleur de l’écran, et ceci même durant leur première journée d’entraînement. Ceci démontre qu’ils pouvaient utiliser les stimuli de couleur afin de se rappeler de la commande motrice adéquate. Dans le deuxième groupe expérimental, la couleur de l’écran changeait régulièrement de vert à rouge à chaque transition de blocs d’essais, mais le changement des champs de forces était randomisé par rapport aux changements de couleur (groupe « indice-incertain », II). Ces sujets ont pris plus de temps à s’adapter aux champs de forces que les 3 autres groupes et ne pouvaient pas utiliser les stimuli de couleurs, qui n’étaient pas fiables puisque non systématiquement reliés aux champs de forces, pour faire des changements prédictifs dans leurs sorties motrices. Toutefois, tous les sujets de ce groupe ont développé une stratégie ingénieuse leur permettant d’émettre une réponse motrice « par défaut » afin de palper ou de sentir le type de la force qu’ils allaient rencontrer dans le premier essai de chaque bloc, à chaque changement de couleur. En effet, ils utilisaient la rétroaction proprioceptive liée à la nature du champ de force afin de prédire la sortie motrice appropriée pour les essais qui suivent, jusqu’au prochain changement de couleur d’écran qui signifiait la possibilité de changement de force. Cette stratégie était efficace puisque la force demeurait la même dans chaque bloc, pendant lequel la couleur de l’écran restait inchangée. Cette étude a démontré que les sujets du groupe II étaient capables d’utiliser les stimuli de couleur pour extraire des informations implicites et explicites nécessaires à la réalisation des mouvements, et qu’ils pouvaient utiliser ces informations pour diminuer l’interférence lors de l’adaptation aux forces anti-corrélées. Les résultats de cette première étude nous ont encouragés à étudier les mécanismes permettant aux sujets de se rappeler d’habiletés motrices multiples jumelées à des stimuli contextuels de couleur. Dans le cadre de notre deuxième étude, nos expériences ont été effectuées au niveau neuronal chez le singe. Notre but était alors d’élucider à quel point les neurones du cortex moteur primaire (M1) peuvent contribuer à la compensation d’un large éventail de différentes forces externes durant un mouvement de flexion/extension du coude. Par cette étude, nous avons testé l’hypothèse liée au modèle MOSAIC, selon laquelle il existe plusieurs modules contrôleurs dans le cervelet qui peuvent prédire chaque contexte et produire un signal de sortie motrice approprié pour un nombre restreint de conditions. Selon ce modèle, les neurones de M1 recevraient des entrées de la part de plusieurs contrôleurs cérébelleux spécialisés et montreraient ensuite une modulation appropriée de la réponse pour une large variété de conditions. Nous avons entraîné deux singes à adapter leurs mouvements de flexion/extension du coude dans le cadre de 5 champs de force différents : un champ nul ne présentant aucune perturbation, deux forces visqueuses anti-corrélées (assistante et résistante) qui dépendaient de la vitesse du mouvement et qui ressemblaient à celles utilisées dans notre étude psychophysique chez l’homme, une force élastique résistante qui dépendait de la position de l’articulation du coude et, finalement, un champ viscoélastique comportant une sommation linéaire de la force élastique et de la force visqueuse. Chaque champ de force était couplé à une couleur d’écran de l’ordinateur, donc nous avions un total de 5 couleurs différentes associées chacune à un champ de force (relation fixe). Les singes étaient bien adaptés aux 5 conditions de champs de forces et utilisaient les stimuli contextuels de couleur pour se rappeler de la sortie motrice appropriée au contexte de forces associé à chaque couleur, prédisant ainsi leur sortie motrice avant de sentir les effets du champ de force. Les enregistrements d’EMG ont permis d’éliminer la possibilité de co-contractions sous-tendant ces adaptations, étant donné que le patron des EMG était approprié pour compenser chaque condition de champ de force. En parallèle, les neurones de M1 ont montré des changements systématiques dans leurs activités, sur le plan unitaire et populationnel, dans chaque condition de champ de force, signalant les changements requis dans la direction, l’amplitude et le décours temporel de la sortie de force musculaire nécessaire pour compenser les 5 conditions de champs de force. Les changements dans le patron de réponse pour chaque champ de force étaient assez cohérents entre les divers neurones de M1, ce qui suggère que la plupart des neurones de M1 contribuent à la compensation de toutes les conditions de champs de force, conformément aux prédictions du modèle MOSAIC. Aussi, cette modulation de l’activité neuronale ne supporte pas l’hypothèse d’une organisation fortement modulaire de M1.

The Effects of Systematic Self-Monitoring, Feedback, and Collaborative Assessment on Stress Reduction

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08

Equipment quality control

Mammography equipment must be evaluated to ensure that images will be of acceptable diagnostic quality with lowest radiation dose. Quality Assurance (QA) aims to provide systematic and constant improvement through a feedback mechanism to address the technical, clinical and training aspects. Quality Control (QC), in relation to mammography equipment, comprises a series of tests to determine equipment performance characteristics. The introduction of digital technologies promoted changes in QC tests and protocols and there are some tests that are specific for each manufacturer. Within each country specifi c QC tests should be compliant with regulatory requirements and guidance. Ideally, one mammography practitioner should take overarching responsibility for QC within a service, with all practitioners having responsibility for actual QC testing. All QC results must be documented to facilitate troubleshooting, internal audit and external assessment. Generally speaking, the practitioner’s role includes performing, interpreting and recording the QC tests as well as reporting any out of action limits to their service lead. They must undertake additional continuous professional development to maintain their QC competencies. They are usually supported by technicians and medical physicists; in some countries the latter are mandatory. Technicians and/or medical physicists often perform many of the tests indicated within this chapter. It is important to recognise that this chapter is an attempt to encompass the main tests performed within European countries. Specific tests related to the service that you work within must be familiarised with and adhered too.

Conception d’un mécanisme déployable à grand ratio d’expansion et de son système d’actionnement par roues d’inertie pour applications spatiales

Cette thèse propose de développer des mécanismes déployables pour applications spatiales ainsi que des modes d’actionnement permettant leur déploiement et le contrôle de l’orientation en orbite de l’engin spatial les supportant. L’objectif étant de permettre le déploiement de surfaces larges pour des panneaux solaires, coupoles de télécommunication ou sections de station spatiale, une géométrie plane simple en triangle est retenue afin de pouvoir être assemblée en différents types de surfaces. Les configurations à membrures rigides proposées dans la littérature pour le déploiement de solides symétriques sont optimisées et adaptées à l’expansion d’une géométrie ouverte, telle une coupole. L’optimisation permet d’atteindre un ratio d’expansion plan pour une seule unité de plus de 5, mais présente des instabilités lors de l’actionnement d’un prototype. Le principe de transmission du mouvement d’un étage à l’autre du mécanisme est revu afin de diminuer la sensibilité des performances du mécanisme à la géométrie de ses membrures internes. Le nouveau modèle, basé sur des courroies crantées, permet d’atteindre des ratios d’expansion plans supérieurs à 20 dans certaines configurations. L’effet des principaux facteurs géométriques de conception est étudié afin d’obtenir une relation simple d’optimisation du mécanisme plan pour adapter ce dernier à différents contextes d’applications. La géométrie identique des faces triangulaires de chaque surface déployée permet aussi l’empilement de ces faces pour augmenter la compacité du mécanisme. Une articulation spécialisée est conçue afin de permettre le dépliage des faces puis leur déploiement successivement. Le déploiement de grandes surfaces ne se fait pas sans influencer lourdement l’orientation et potentiellement la trajectoire de l’engin spatial, aussi, différentes stratégies de contrôle de l’orientation novatrices sont proposées. Afin de tirer profit d’une grande surface, l’actionnement par masses ponctuelles en périphérie du mécanisme est présentée, ses équations dynamiques sont dérivées et simulées pour en observer les performances. Celles-ci démontrent le potentiel de cette stratégie de réorientation, sans obstruction de l’espace central du satellite de base, mais les performances restent en deçà de l’effet d’une roue d’inertie de masse équivalente. Une stratégie d’actionnement redondant par roue d’inertie est alors présentée pour différents niveaux de complexité de mécanismes dont toutes les articulations sont passives, c’est-à-dire non actionnées. Un mécanisme à quatre barres plan est simulé en boucle fermée avec un contrôleur simple pour valider le contrôle d’un mécanisme ciseau commun. Ces résultats sont étendus à la dérivation des équations dynamiques d’un mécanisme sphérique à quatre barres, qui démontre le potentiel de l’actionnement par roue d’inertie pour le contrôle de la configuration et de l’orientation spatiale d’un tel mécanisme. Un prototype à deux corps ayant chacun une roue d’inertie et une seule articulation passive les reliant est réalisé et contrôlé grâce à un suivi par caméra des modules. Le banc d’essai est détaillé, ainsi que les défis que l’élimination des forces externes ont représenté dans sa conception. Les résultats montrent que le système est contrôlable en orientation et en configuration. La thèse se termine par une étude de cas pour l’application des principaux systèmes développés dans cette recherche. La collecte de débris orbitaux de petite et moyenne taille est présentée comme un problème n’ayant pas encore eu de solution adéquate et posant un réel danger aux missions spatiales à venir. L’unité déployable triangulaire entraînée par courroies est dupliquée de manière à former une coupole de plusieurs centaines de mètres de diamètre et est proposée comme solution pour capturer et ralentir ces catégories de débris. Les paramètres d’une mission à cette fin sont détaillés, ainsi que le potentiel de réorientation que les roues d’inertie permettent en plus du contrôle de son déploiement. Près de 2000 débris pourraient être retirés en moins d’un an en orbite basse à 819 km d’altitude.

Design and development of distributed feedback transistor lasers

The transistor laser is a unique three-port device that operates simultaneously as a transistor and a laser. With quantum wells incorporated in the base regions of heterojunction bipolar transistors, the transistor laser possesses advantageous characteristics of fast base spontaneous carrier lifetime, high differential optical gain, and electrical-optical characteristics for direct “read-out” of its optical properties. These devices have demonstrated many useful features such as high-speed optical transmission without the limitations of resonance, non-linear mixing, frequency multiplication, negative resistance, and photon-assisted switching. To date, all of these devices operate as multi-mode lasers without any type of wavelength selection or stabilizing mechanisms. Stable single-mode distributed feedback diode laser sources are important in many applications including spectroscopy, as pump sources for amplifiers and solid-state lasers, for use in coherent communication systems, and now as TLs potentially for integrated optoelectronics. The subject of this work is to expand the future applications of the transistor laser by demonstrating the theoretical background, process development and device design necessary to achieve singlelongitudinal- mode operation in a three-port transistor laser. A third-order distributed feedback surface grating is fabricated in the top emitter AlGaAs confining layers using soft photocurable nanoimprint lithography. The device produces continuous wave laser operation with a peak wavelength of 959.75 nm and threshold current of 13 mA operating at -70 °C. For devices with cleaved ends a side-mode suppression ratio greater than 25 dB has been achieved.

Hierarchical Reconstruction Method for Solving Ill-posed Linear Inverse Problems

We present a detailed analysis of the application of a multi-scale Hierarchical Reconstruction method for solving a family of ill-posed linear inverse problems. When the observations on the unknown quantity of interest and the observation operators are known, these inverse problems are concerned with the recovery of the unknown from its observations. Although the observation operators we consider are linear, they are inevitably ill-posed in various ways. We recall in this context the classical Tikhonov regularization method with a stabilizing function which targets the specific ill-posedness from the observation operators and preserves desired features of the unknown. Having studied the mechanism of the Tikhonov regularization, we propose a multi-scale generalization to the Tikhonov regularization method, so-called the Hierarchical Reconstruction (HR) method. First introduction of the HR method can be traced back to the Hierarchical Decomposition method in Image Processing. The HR method successively extracts information from the previous hierarchical residual to the current hierarchical term at a finer hierarchical scale. As the sum of all the hierarchical terms, the hierarchical sum from the HR method provides an reasonable approximate solution to the unknown, when the observation matrix satisfies certain conditions with specific stabilizing functions. When compared to the Tikhonov regularization method on solving the same inverse problems, the HR method is shown to be able to decrease the total number of iterations, reduce the approximation error, and offer self control of the approximation distance between the hierarchical sum and the unknown, thanks to using a ladder of finitely many hierarchical scales. We report numerical experiments supporting our claims on these advantages the HR method has over the Tikhonov regularization method.

Association between obstructive sleep apnea severity and glucose control in patients with untreated versus treated diabetes

International audience