Filamentation in Air and Water and Nonlinear Optical Characterization of Biopolymer Using Ultrashort Laser Pulses

Important issues related to femtosecond (fs) pulses and its relevance to this thesis are discussed. A fundamental characteristic, like the timebandwidth product for fs pulses is decribed in detail. A brief review of generation of ultrashort pulses and its propagation through an optically transparent media are presented. Interaction of strong pulses with matter and different ionization processes are also described. An overview of the thesis is presented at the end

La sécrétion de la protéine tau : mécanisme de propagation de la pathologie de tau dans la maladie d’Alzheimer.

Dans la maladie d’Alzheimer, il existe deux marqueurs histopathologiques : les plaques amyloïdes composées de la protéine amyloïde-bêta et les enchevêtrements neurofibrillaires (NFTs) composés de la protéine tau agrégée. Dans le cerveau, la propagation de la pathologie de tau est observée le long des circuits neuronaux connectés synaptiquement, selon une séquence de stades, caractérisés par le Docteur Braak en 1991. Chez les patients, le degré de démence corrèle avec le nombre de NFTs. Ces derniers apparaissent dans des régions précises du cerveau et se propagent, de manière prédictible, le long des projections neuronales à des stades plus tardifs de la pathologie. Il reste à éclaircir la manière dont les NFTs se propagent dans les différentes régions du cerveau. Dans notre laboratoire, nous avons émis l’hypothèse que la propagation de tau pourrait se produire par un processus de transmission de cellule à cellule. Ainsi, la protéine tau serait tout d’abord sécrétée par un neurone, puis endocytée par un neurone adjacent. Nos travaux de recherche se sont concentrés sur la sécrétion de la protéine tau. Dans une première étape, nous avons démontré l’existence de la sécrétion active de tau dans l’espace extracellulaire, en utilisant des modèles in vitro de cellules non neuronales et neuronales. Par la suite, nous avons caractérisé les formes de protéines tau sécrétées. Enfin dans un dernier temps, nous avons exploré les voies de sécrétion de la protéine tau ainsi que les mécanismes régulant ce phénomène. Nous avons réussi à moduler la sécrétion de tau en reproduisant plusieurs insultes observées dans la maladie d’Alzheimer. Nos recherches nous ont permis d’identifier l’appareil de Golgi comme étant une organelle dont la fragmentation augmente la sécrétion de la protéine tau. A la lumière de cette découverte, nous avons été capable de moduler la sécrétion de tau en ciblant spécifiquement l’activité de cdk5 et l’expression de rab1A contrôlant la morphologie du Golgi. Ainsi, nous avons réussi à diminuer significativement la sécrétion de la protéine tau. Nos travaux de recherche proposent de nouvelles cibles thérapeutiques pour la maladie d’Alzheimer, visant à diminuer la propagation de la pathologie de tau par de nouveaux mécanismes cellulaires.

Numerical Simulation Of Ultrasonic Wave Propagation In Elastically Anisotropic Media

The ultrasonic non-destructive testing of components may encounter considerable difficulties to interpret some inspections results mainly in anisotropic crystalline structures. A numerical method for the simulation of elastic wave propagation in homogeneous elastically anisotropic media, based on the general finite element approach, is used to help this interpretation. The successful modeling of elastic field associated with NDE is based on the generation of a realistic pulsed ultrasonic wave, which is launched from a piezoelectric transducer into the material under inspection. The values of elastic constants are great interest information that provide the application of equations analytical models, until small and medium complexity problems through programs of numerical analysis as finite elements and/or boundary elements. The aim of this work is the comparison between the results of numerical solution of an ultrasonic wave, which is obtained from transient excitation pulse that can be specified by either force or displacement variation across the aperture of the transducer, and the results obtained from a experiment that was realized in an aluminum block in the IEN Ultrasonic Laboratory. The wave propagation can be simulated using all the characteristics of the material used in the experiment evaluation associated to boundary conditions and from these results, the comparison can be made.

The influence of photon excitation and proton irradiation on the luminescence properties of yttria stabilized zirconia doped with praseodymium ions

Lanthanide doped zirconia based materials are promising phosphors for lighting applications. Transparent yttria stabilized zirconia fibres, in situ doped with Pr3+ ions, were grown by the laser floating zone method. The single crystalline doped fibres were found to be homogeneous in composition and provide an intense red luminescence at room temperature. The stability of this luminescence due to transitions between the 1D2 → 3H4 multiplets of the Pr3+ ions (intra-4f2 configuration) was studied by photo- and iono-luminescence. The evolution of the red integrated photoluminescence intensity with temperature indicates that the overall luminescence decreases to ca. 40% of the initial intensity at 14 K when heated to room temperature (RT). RT analysis of the iono-luminescence dependence on irradiation fluence reveals a decrease of the intensity (to slightly more than ∼60% of the initial intensity after 25 min of proton irradiation exposure). Nevertheless the luminescence intensity saturates at non-zero values for higher irradiation fluences revealing good potential for the use of this material in radiation environments.

Testing a linear propagation module on some acoustic scattering problems

Abstract not available

Étude paramétrique de la propagation d'ondes ultrasonores guidées dans les structures aéronautiques

La mise en oeuvre de systèmes de détection de défauts à même les structures ou infrastructures en génie est le sujet d’étude du Structural Health Monitoring (SHM). Le SHM est une solution efficace à la réduction des coûts associés à la maintenance de structures. Une stratégie prometteuse parmi les technologies émergentes en SHM est fondée sur l’utilisation d’ondes ultrasonores guidées. Ces méthodes sont basées sur le fait que les structures minces agissent comme guides d’ondes pour les ondes ultrasonores. Puisque les structures aéronautiques sont majoritairement minces, les ondes guidées constituent une stratégie pertinente afin d’inspecter de grandes surfaces. Toutefois, les assemblages aéronautiques sont constitués de plusieurs éléments modifiant et compliquant la propagation des ondes guidées dans celles-ci. En effet, la présence de rivets, de raidisseurs, de joints ainsi que la variation de la nature des matériaux utilisés complexifie la propagation des ondes guidées. Pour envisager la mise en oeuvre de systèmes de détection basés sur les ondes guidées, une compréhension des interactions intervenant dans ces diverses structures est nécessaire. Un tel travail entre dans le cadre du projet de collaboration CRIAQ DPHM 501 dont l’objectif principal est de développer une banque de connaissances quant à la propagation d’ondes guidées dans les structures aéronautiques. Le travail de ce mémoire présente d’abord les résultats d’études paramétriques numériques obtenus dans le cadre de ce projet CRIAQ. Puis, afin de faciliter la caractérisation expérimentale de la propagation des ondes guidées, une seconde partie du travail a porté sur le développement d’un absorbant d’ondes guidées. Cet absorbant permet également d’envisager l’extension des régions observables par les systèmes SHM. Ce deuxième volet contribue donc également au projet CRIAQ par l’atténuation de réflexions non désirées dans l’étude menée sur les maintes structures aéronautiques nourrissant la banque de connaissances. La première partie de ce mémoire relève l’état des connaissances de la littérature sur la propagation d’ondes guidées dans les structures aéronautiques. La deuxième partie présente rapidement le formalisme derrière les ondes de Lamb ainsi que les différentes approches analytiques pour caractériser les interactions entre ondes guidées et discontinuités. Par la suite, les outils utilisés pour effectuer les simulations par éléments finis sont présentés et validés par le biais d’une phase expérimentale. La deuxième partie se termine avec la présentation des différentes structures et discontinuités étudiées dans le cadre du projet CRIAQ. Finalement, la troisième et dernière partie de ce mémoire présente les travaux numériques orientés vers la conception d’un absorbant idéal pour ondes guidées. Afin d’y parvenir, une étude paramétrique quant à la forme, les dimensions et les propriétés mécaniques de l’absorbant est entreprise. Enfin, une étude expérimentale permettant de valider les résultats numériques est présentée.

Phenobarbital reduces EEG amplitude and propagation of neonatal seizures but does not alter performance of automated seizure detection

Objective: Phenobarbital increases electroclinical uncoupling and our preliminary observations suggest it may also affect electrographic seizure morphology. This may alter the performance of a novel seizure detection algorithm (SDA) developed by our group. The objectives of this study were to compare the morphology of seizures before and after phenobarbital administration in neonates and to determine the effect of any changes on automated seizure detection rates. Methods: The EEGs of 18 term neonates with seizures both pre- and post-phenobarbital (524 seizures) administration were studied. Ten features of seizures were manually quantified and summary measures for each neonate were statistically compared between pre- and post-phenobarbital seizures. SDA seizure detection rates were also compared. Results: Post-phenobarbital seizures showed significantly lower amplitude (p < 0.001) and involved fewer EEG channels at the peak of seizure (p < 0.05). No other features or SDA detection rates showed a statistical difference. Conclusion: These findings show that phenobarbital reduces both the amplitude and propagation of seizures which may help to explain electroclinical uncoupling of seizures. The seizure detection rate of the algorithm was unaffected by these changes. Significance: The results suggest that users should not need to adjust the SDA sensitivity threshold after phenobarbital administration.

Time Reversed Electromagnetic Wave Propagation as a Novel Method of Wireless Power Transfer

We investigate the application of time-reversed electromagnetic wave propagation to transmit energy in a wireless power transmission system. “Time reversal” is a signal focusing method that exploits the time reversal invariance of the lossless wave equation to direct signals onto a single point inside a complex scattering environment. In this work, we explore the properties of time reversed microwave pulses in a low-loss ray-chaotic chamber. We measure the spatial profile of the collapsing wavefront around the target antenna, and demonstrate that time reversal can be used to transfer energy to a receiver in motion. We demonstrate how nonlinear elements can be controlled to selectively focus on one target out of a group. Finally, we discuss the design of a rectenna for use in a time reversal system. We explore the implication of these results, and how they may be applied in future technologies.

3D Ionospheric Effects on HF Propagation and Heating

The thesis uses a three-dimensional, first-principles model of the ionosphere in combination with High Frequency (HF) raytracing model to address key topics related to the physics of HF propagation and artificial ionospheric heating. In particular: 1. Explores the effect of the ubiquitous electron density gradients caused by Medium Scale Traveling Ionospheric Disturbances (MSTIDs) on high-angle of incidence HF radio wave propagation. Previous studies neglected the all-important presence of horizontal gradients in both the cross- and down-range directions, which refract the HF waves, significantly changing their path through the ionosphere. The physics-based ionosphere model SAMI3/ESF is used to generate a self-consistently evolving MSTID that allows for the examination of the spatio-temporal progression of the HF radio waves in the ionosphere. 2. Tests the potential and determines engineering requirements for ground- based high power HF heaters to trigger and control the evolution of Equatorial Spread F (ESF). Interference from ESF on radio wave propagation through the ionosphere remains a critical issue on HF systems reliability. Artificial HF heating has been shown to create plasma density cavities in the ionosphere similar to those that may trigger ESF bubbles. The work explores whether HF heating may trigger or control ESF bubbles. 3. Uses the combined ionosphere and HF raytracing models to create the first self-consistent HF Heating model. This model is utilized to simulate results from an Arecibo experiment and to provide understanding of the physical mechanism behind observed phenomena. The insights gained provide engineering guidance for new artificial heaters that are being built for use in low to middle latitude regions. In accomplishing the above topics: (i) I generated a model MSTID using the SAMI3/ESF code, and used a raytrace model to examine the effects of the MSTID gradients on radio wave propagation observables; (ii) I implemented a three- dimensional HF heating model in SAMI3/ESF and used the model to determine whether HF heating could artificially generate an ESF bubble; (iii) I created the first self-consistent model for artificial HF heating using the SAMI3/ESF ionosphere model and the MoJo raytrace model and ran a series of simulations that successfully modeled the results of early artificial heating experiments at Arecibo.

On the sound waves propagation in the Persian Gulf

In this research I focused on the propagation of acoustic rays in shallow water areas then I selected the Persian Gulf and described sound transmission in this region with emphasize on physical properties of water masses and of sediments. Finally I studied on the sound speed variations and sound attention with data collected from this area (NE of Farsi Island & 50 kilometers south of Delware). Sound speed deviation in western part of Strait of Hormuz in winter is between 20-30 m/s and it is between 5-20 m/s in the Oman Sea. Minimum sound speed deviation is at 23-24 degree north & 60-62 degree east. In spring, this deviation varies from 25-35 m/s, which is greater than in winter. In winter, at east of 56 degree east, greater speed are in shallow water coastal areas. In summer, sound speeds are greater than in spring and vary from 35 to 55 m/s at western part of Strait of Hormuz and 20 to 40 m/s in Oman Sea. Finally in autumn, sound speed deviation is 30-45 m/s west of 56 degree east and in Oman Sea is the same. The greatest attenuation rate caused by absorption in Bandar Dayer is between 17 to 27 meters depth, which is from water masses with different densities.