The interrater reliability of the pulmonary embolism severity index

RésuméLe PESI (Pulmonary Embolism Severity Index) est un score clinique pronostique s'appliquant à des patients présentant un diagnostic d'embolie pulmonaire. Notre objectif était de démontrer la reproductibilité de ce score entre différents médecins chez des patients présentant une embolie pulmonaire. Nous avons donc identifié, de façon prospective, des patients présentant une embolie pulmonaire nouvellement diagnostiquée aux urgences d'un Hôpital Universitaire (CHUV, Lausanne). Pour tous ces patients, le médecin assistant en charge ainsi que le chef de clinique superviseur ont individuellement collecté les différentes variables permettant d'établir le score selon le PESI. Ils ont, ensuite, de façon indépendante, classifié les patients dans 5 classes de risque (1-V) ainsi qu'en deux groupes à bas risque versus haut risque, respectivement les classes i-ll et les classes III à V.Nous avons examiné la reproductibilité des données entre deux groupes de médecins (médecins assistants vs chefs de clinique), pour chacune des variables constituant le PESI, pour le score total en points, pour l'attribution aux 5 classes de risque ainsi que pour la classification en deux groupes à haut risque versus bas risque. Cette évaluation de la reproductibilité des résultats obtenus par les différents médecins s'est basée sur le calcul du Kappa (K) ainsi sur les Coefficients de Corrélation Intra-classe (ICC).Parmi les 48 patients présentant une Embolie Pulmonaire inclus dans notre étude, les coefficients de reproductibilité entre médecins assistants et chefs de clinique étaient supérieurs à 0.60 pour 10 des 11 variables du PESI. La reproductibilité entre les 2 groupes de médecins, pour le total des points, pour l'attribution à une classe de risque I à V, ainsi que pour la classification en bas versus haut risque était presque parfaite.Nos résultats démontrent la haute reproductibilité du PESI, et appuient donc l'intérêt de son utilisation pour la stratification du risque chez des patients présentant une embolie pulmonaire.

Prospective comparison of clinical prognostic scores in elderly patients with pulmonary embolism.

Background: The Geneva Prognostic Score (GPS), the Pulmonary Embolism Severity Index (PESI), and its simplified version (sPESI) are well known clinical prognostic scores for pulmonary embolism (PE).Objectives: To compare the prognostic performance of these scores in elderly patients with PE. Patients/Methods: In a multicenter Swiss cohort of elderly patients with venous thromboembolism, we prospectively studied 449 patients aged ≥65 years with symptomatic PE. The outcome was 30-day overall mortality. We dichotomized patients as low- vs. higher-risk in all three scores using the following thresholds: GPS scores ≤2 vs. >2, PESI risk classes I-II vs. III-V, and sPESI scores 0 vs. ≥1. We compared 30-day mortality in low- vs. higher-risk patients and the areas under the receiver operating characteristic curve (ROC). Results: Overall, 3.8% of patients (17/449) died within 30 days. The GPS classified a greater proportion of patients as low risk (92% [413/449]) than the PESI (36.3% [163/449]) and the sPESI (39.6% [178/449]) (P<0.001 for each comparison). Low-risk patients based on the sPESI had a mortality of 0% (95% confidence interval [CI] 0-2.1%) compared to 0.6% (95% CI 0-3.4%) for low-risk patients based on the PESI and 3.4% (95% CI 1.9-5.6%) for low-risk patients based on the GPS. The areas under the ROC curves were 0.77 (95%CI 0.72-0.81), 0.76 (95% CI 0.72-0.80), and 0.71 (95% CI 0.66-0.75), respectively (P=0.47). Conclusions: In this cohort of elderly patients with PE, the GPS identified a higher proportion of patients as low-risk but the PESI and sPESI were more accurate in predicting mortality.

Pulmonary embolism severity index and troponin testing for the selection of low-risk patients with acute symptomatic pulmonary embolism.

Summary Background: The combination of the Pulmonary Embolism Severity Index (PESI) and troponin testing could help physicians identify appropriate patients with acute pulmonary embolism (PE) for early hospital discharge. Methods: This prospective cohort study included a total of 567 patients from a single center registry with objectively confirmed acute symptomatic PE. On the basis of the PESI, each patient was classified into 1 of 5 classes (I to V). At the time of hospital admission, patients had troponin I (cTnI) levels measured. The endpoint of the study was all-cause mortality within 30 days after diagnosis. We calculated the mortality rates in 4 patient groups: group 1: PESI class I-II plus cTnI <0.1 ng mL(-1); group 2: PESI classes III-V plus cTnI <0.1 ng mL(-1); group 3: PESI classes I-II plus cTnI >/= 0.1 ng mL(-1); and group 4: PESI classes III-V plus cTnI >/= 0.1 ng mL(-1). Results: The study cohort had a 30-day mortality of 10% (95% confidence interval [CI], 7.6 to 12.5%). Mortality rates in the 4 groups were 1.3%, 14.2%, 0% and 15.4%, respectively. Compared to non-elevated cTnl, the low-risk PESI had a higher negative predictive value (NPV) (98.9% vs 90.8%) and negative likelihood ratio (NLR) (0.1 vs 0.9) for predicting mortality. The addition of non-elevated cTnI to low-risk PESI did not improve the NPV or the NLR compared to either test alone. Conclusions: Compared to cTnl testing, PESI classification more accurately identified patients with PE who are at low risk of all-cause death within 30-days of presentation.

Incidence and Risk Factors of Abdominal Complications After Lung Transplantation.

BACKGROUND: Due to the underlying diseases and the need for immunosuppression, patients after lung transplantation are particularly at risk for gastrointestinal (GI) complications that may negatively influence long-term outcome. The present study assessed the incidences and impact of GI complications after lung transplantation and aimed to identify risk factors. METHODS: Retrospective analysis of all 227 consecutively performed single- and double-lung transplantations at the University hospitals of Lausanne and Geneva was performed between January 1993 and December 2010. Logistic regressions were used to test the effect of potentially influencing variables on the binary outcomes overall, severe, and surgery-requiring complications, followed by a multiple logistic regression model. RESULTS: Final analysis included 205 patients for the purpose of the present study, and 22 patients were excluded due to re-transplantation, multiorgan transplantation, or incomplete datasets. GI complications were observed in 127 patients (62 %). Gastro-esophageal reflux disease was the most commonly observed complication (22.9 %), followed by inflammatory or infectious colitis (20.5 %) and gastroparesis (10.7 %). Major GI complications (Dindo/Clavien III-V) were observed in 83 (40.5 %) patients and were fatal in 4 patients (2.0 %). Multivariate analysis identified double-lung transplantation (p = 0.012) and early (1993-1998) transplantation period (p = 0.008) as independent risk factors for developing major GI complications. Forty-three (21 %) patients required surgery such as colectomy, cholecystectomy, and fundoplication in 6.8, 6.3, and 3.9 % of the patients, respectively. Multivariate analysis identified Charlson comorbidity index of ≥3 as an independent risk factor for developing GI complications requiring surgery (p = 0.015). CONCLUSION: GI complications after lung transplantation are common. Outcome was rather encouraging in the setting of our transplant center.

Community-acquired pneumonia in adult patients with special reference to rapid methods for etiological diagnosis

Aikuispotilaan kotisyntyisen keuhkokuumeen etiologinen diagnostiikka mikrobiologisilla pikamenetelmillä Tausta. Keuhkokuume on vakava sairaus, johon sairastuu Suomessa vuosittain n. 60 000 aikuista. Huolimatta siitä, että taudin hoito on kehittynyt, siihen liittyy yhä merkittävä, 6-15%:n kuolleisuus. Alahengitystieinfektion aiheuttajamikrobien tunnistaminen on myös edelleen haasteellista. Tavoitteet. Tämän työn tavoitteena oli tutkia Turun yliopistollisessa keskussairaalassa hoidettujen aikuispotilaiden keuhkokuumeen etiologiaa sekä selvittää uusien mikrobiologisten pikamenetelmi¬en hyödyllisyyttä taudinaiheuttajan toteamisessa. Aineisto. Osatöiden I ja III aineisto koostui 384 Turun yliopistollisen keskussairaalaan infektio-osastolla hoidetusta keuhkokuumepotilaasta. Osatyössä I tutkittiin keuhkokuumeen aiheuttaja¬mikrobeja käyttämällä perinteisten menetelmien lisäksi antigeeniosoitukseen ja PCR-tekniikkaan perustuvia pikamenetelmiä. Osatyö II käsitti 231 potilaasta koostuvan alaryhmän, jossa tutkittiin potilaiden nielun limanäytteestä rinovirusten ja enterovirusten esiintyvyyttä. Osatyössä III potilailta tutkittiin plasman C-reaktiivisen proteiinin (CRP) pitoisuus ensimmäisten viiden sairaalahoitopäi¬vän aikana. Laajoja tilastotieteellisiä analyysejä käyttämällä selvitettiin CRP:n käyttökelpoisuutta sairauden vaikeusasteen arvioinnissa ja komplikaatioiden kehittymisen ennustamisessa. Osatyössä IV 68 keuhkokuumepotilaan sairaalaan tulovaiheessa otetuista näytteistä määritettiin neutrofiilien pintareseptorien ekspressio. Osatyössä V analysoitiin sisätautien vuodeosastoilla vuosina 1996-2000 keuhkokuumepotilaille tehtyjen keuhkohuuhtelunäytteiden laboratoriotutkimustulokset. Tulokset. Keuhkokuumeen aiheuttaja löytyi 209 potilaalta, aiheuttajamikrobeja löydettiin kaikkiaan 230. Näistä aiheuttajista 135 (58.7%) löydettiin antigeenin osoituksella tai PCR-menetelmillä. Suu¬rin osa, 95 (70.4%), todettiin pelkästään kyseisillä pikamenetelmillä. Respiratorinen virus todettiin antigeeniosoituksella 11.1% keuhkokuumepotilaalla. Eniten respiratorisia viruksia löytyi vakavaa keuhkokuumetta sairastavilta potilailta (20.3%). 231 keuhkokuumepotilaan alaryhmässä todettiin PCR-menetelmällä picornavirus 19 (8.2%) potilaalla. Respiratorinen virus löytyi tässä potilasryh¬mässä kaiken kaikkiaan 47 (20%) potilaalta. Näistä 17:llä (36%) löytyi samanaikaisesti bakteerin aiheuttama infektio. CRP-tasot olivat sairaalaan tulovaiheessa merkitsevästi korkeammat vakavaa keuhkokuumetta (PSI-luokat III-V) sairastavilla potilailla kuin lievää keuhkokuumetta (PSI-luokat I-II) sairastavilla potilailla (p <0.001). Yli 100 mg/l oleva CRP-taso neljän päivän kuluttua sairaa¬laan tulosta ennusti keuhkokuumeen komplikaatiota tai huonoa hoitovastetta. Neutrofiilien komple¬menttireseptorin ekspressio oli pneumokokin aiheuttamaa keuhkokuumetta sairastavilla merkitse¬västi korkeampi kuin influenssan aiheuttamaa keuhkokuumetta sairastavilla. BAL-näytteistä vain yhdessä 71:stä (1.3%) todettiin diagnostinen bakteerikasvu kvantitatiivisessa viljelyssä. Uusilla menetelmilläkin keuhkokuumeen aiheuttaja löytyi vain 9.8% BAL-näytteistä. Päätelmät. Uusilla antigeeniosoitus- ja PCR-menetelmillä keuhkokuumeen etiologia voidaan saada selvitettyä nopeasti. Lisäksi näitä menetelmiä käyttämällä taudin aiheuttajamikrobi löytyi huomattavasti suuremmalta osalta potilaista kuin pelkästään tavanomaisia menetelmiä käyttämällä. Pikamenetelmien hyödyllisyys vaihteli taudin vaikeusasteen mukaan. Respiratorinen virus löytyi huomattavan usein keuhkokuumetta sairastavilta potilailta, ja näiden potilaiden taudinkuva oli usein vaikea. Tulovaiheen korkeaa CRP-tasoa voidaan käyttää lisäkeinona arvioitaessa keuhkokuumeen vaikeutta. CRP on erityisen hyödyllinen arvioitaessa hoitovastetta ja riskiä komplikaatioiden ke¬hittymiseen. Neutrofiilien komplementtireseptorin ekspression tutkiminen näyttää lupaavalta pi¬kamenetelmältä erottamaan bakteerien ja virusten aiheuttamat taudit toisistaan. Antimikrobihoitoa saavilla potilailla BAL-tutkimuksen löydökset olivat vähäiset ja vaikuttivat hoitoon vain harvoin.

O estado da arte da síntese de semicondutores nanocristalinos coloidais

Colloidal semiconductor nanocrystals, also known as quantum dots, have attracted great attention since they have interesting size-dependent properties due to the quantum confinement effect. These nanoparticles are highly luminescent and have potential applications in different technological areas, including biological labeling, light-emitting diodes and photovoltaic devices. The synthetic methods of semiconductor nanocrystals have progressed in the last 30 years, and several protocols were developed to synthesize monodisperse nanocrystals with good optical properties, different compositions and morphologies. This review describes the main methods used to synthesize nanocrystals in the II-VI and III-V systems, and the recent approaches in this field of research.

Tratamento não operatório do trauma de baço grave

A reunião de revista "Telemedicina baseada em evidências - Cirurgia do Trauma e Emergência" (TBE-CiTE) realizou uma revisão crítica da literatura e selecionou três artigos atuais sobre o tratamento do trauma de baço. O foco foi em lesão de baço grave, definida pela American Association for the Surgery of Trauma (AAST) como graus III a V. O primeiro artigo foi uma atualização do protocolo de 2003 da Eastern Association for the Surgery of Trauma (EAST) para o tratamento não operatório de trauma do baço. O segundo artigo foi apresentado na plenária de 2012 da AAST avaliando o papel do extravasamento de contraste na tomografia computadorizada em pacientes com lesão grave de baço (AAST IV-V). O último artigo é europeu e investigou o efeito da angioembolização da artéria esplênica na função do baço após lesão esplênica grave (AAST III-V). A reunião de revista TBE-CiTE elaborou conclusões e recomendações para o tratamento de lesão grave do baço.

Computational chemistry studies of wood-derived lignans

This thesis is based on computational chemistry studies on lignans, focusing on the naturally occurring lignan hydroxymatairesinol (HMR) (Papers I II) and on TADDOL-like conidendrin-based chiral 1,4-diol ligands (LIGNOLs) (Papers III V). A complete quantum chemical conformational analysis on HMR was previously conducted by Dr. Antti Taskinen. In the works reported in this thesis, HMR was further studied by classical molecular dynamics (MD) simulations in aqueous solution including torsional angle analysis, quantum chemical solvation e ect study by the COnductorlike Screening MOdel (COSMO), and hydrogen bond analysis (Paper I), as well as from a catalytic point of view including protonation and deprotonation studies at di erent levels of theory (Paper II). The computational LIGNOL studies in this thesis constitute a multi-level deterministic structural optimization of the following molecules: 1,1-diphenyl (2Ph), two diastereomers of 1,1,4-triphenyl (3PhR, 3PhS), 1,1,4,4-tetraphenyl (4Ph) and 1,1,4,4-tetramethyl (4Met) 1,4-diol (Paper IV) and a conformational solvation study applying MD and COSMO (Paper V). Furthermore, a computational study on hemiketals in connection with problems in the experimental work by Docent Patrik Eklund's group synthesizing the LIGNOLs based on natural products starting from HMR, is shortly described (Paper III).

Brainstem auditory-evoked potential in Boxer dogs

Brainstem auditory-evoked potential (BAEP) has been widely used for different purposes in veterinary practice and is commonly used to identify inherited deafness and presbycusis. In this study, 43 Boxer dogs were evaluated using the BAEP. Deafness was diagnosed in 3 dogs (2 bilateral and 1 unilateral) allowing the remaining 40 Boxers to be included for normative data analysis including an evaluation on the influence of age on the BAEP. The animals were divided into 2 groups of 20 Boxers each based on age. The mean age was 4.54 years (range, 1-8) in group I, and 9.83 years (range, 8.5-12) in group II. The mean latency for I, III, and V waves were 1.14 (±0.07), 2.64 (±0.11), and 3.48 (±0.10) ms in group I, and 1.20 (±0.12), 2.73 (±0.15), and 3.58 (±0.22) ms in group II, respectively. The mean inter-peak latencies for the I-III, III-V and I-V intervals were 1.50 (±0.15), 0.84 (±0.15), and 2.34 (±0.11) ms in group I, and 1.53 (±0.16), 0.85 (±0.15), and 2.38 (±0.19) ms in group II, respectively. Latencies of waves I and III were significant different between group I and II. For the I-III, III-V and I-V intervals, no significant differences were observed between the 2 groups. As far as we know, this is the first normative study of BAEP obtained from Boxer dogs.

Relation entre l’environnement familial et le comportement sexuel des adolescents au Burkina Faso

La thèse porte sur la relation entre l’environnement familial et le comportement sexuel des adolescents vivant dans un contexte de socialisation. L’environnement familial est mesuré par le type de famille de résidence, le type d’union du chef de ménage, la survie des parents, la cohabitation avec les grands-parents et le nombre de personnes de moins de 20 ans par adulte dans le ménage. Le comportement sexuel est opérationnalisé par l’entrée en sexualité prémaritale, l’utilisation du condom au premier rapport sexuel, le nombre de partenaires sexuels, le recours au partenaire sexuel occasionnel et l’utilisation systématique du condom au cours des douze derniers mois. Les données proviennent d’enquêtes transversales. Elles ont servi à établir des associations entre les indicateurs des deux concepts. Les résultats sont présentés dans trois articles (Chapitres III à V). Une analyse descriptive de l’environnement familial au Burkina Faso montre qu’une majorité des enfants de 0 à 14 ans (78,4% en 1993 et 77,6% en 2003) et des adolescents de 12 à 19 ans (61,1% en 2004) vit auprès des deux parents, en union monogame ou polygame. Cependant, certains enfants et adolescents résident avec les parents dans des ménages dirigés par d’autres personnes. Le décès des parents (7,7% en 1993 et 7,3% en 2003 pour les enfants; 16,5% en 2004 pour les adolescents), la pratique du confiage (10,4% en 1993 et 8,9% en 2003 pour les enfants; 26,9% en 2004 pour les adolescents) et la monoparentalité (11,2% en 1993 et 13,6% en 2003 pour les enfants; 12% en 2004 pour les adolescents) affectent amplement l’environnement familial. C’est dans l’adolescence que les individus sont plus nombreux à être privés de la présence des deux parents. Il existe une association statistique significative entre l’environnement familial et le comportement sexuel des adolescents du Burkina Faso. Cette relation varie en fonction de l’indicateur de comportement à l’étude et du sexe des adolescents ciblés. Par exemple, l’absence des deux parents dans le ménage n’est pas systématiquement associée au comportement sexuel à risque. S’agissant des indicateurs de comportement sexuel, l’âge au premier rapport sexuel est associé significativement aux autres indicateurs des garçons et des filles. Une entrée précoce en sexualité (avant 14 ans) est associée à une plus grande probabilité d’adoption de comportement sexuel à risque. Toutefois, elle est moins susceptible d’être associée au recours à plusieurs partenaires sexuels. Les résultats ont conduit à des recommandations pour les politiques et les programmes de santé sexuelle et reproductive. Au Burkina Faso, la priorité des futures actions devrait viser la sensibilisation des parents, des tuteurs et des adultes du ménage pour l’éducation, le soutien et le suivi de tous les adolescents, sans exception de sexe et de statut dans la sexualité. Les institutions extrafamiliales, comme l’école, devraient être mises à contribution pour appuyer l’effort des membres de la famille. Une stratégie combinée de promotion du report de l’entrée en sexualité et de l’éducation sexuelle pourrait être un moyen plus sûr et plus sécuritaire pour protéger la santé dans l’adolescence.

Modification des propriétés optiques de nanofils à base de GaN par plasma N2/O2

Une sonde électrostatique de Langmuir cylindrique a été utilisée pour caractériser une post-décharge d’un plasma d’ondes de surface de N2-O2 par la mesure de la densité des ions et électrons ainsi que la température des électrons dérivée de la fonction de distribution en énergie des électrons (EEDF). Une densité maximale des électrons au centre de la early afterglow de l’ordre de 1013 m-3 a été déterminée, alors que celle-ci a chuté à 1011 m-3 au début de la late afterglow. Tout au long du profil de la post-décharge, une densité des ions supérieure à celle des électrons indique la présence d’un milieu non macroscopiquement neutre. La post-décharge est caractérisée par une EEDF quasi maxwellienne avec une température des électrons de 0.5±0.1 eV, alors qu’elle grimpe à 1.1 ±0.2 eV dans la early afterglow due à la contribution des collisions vibrationnelles-électroniques (V-E) particulièrement importantes. L’ajout d’O2 dans la décharge principale entraîne un rehaussement des espèces chargées et de la température des électrons suivi d’une chute avec l’augmentation de la concentration d’O2. Le changement de la composition électrique de la post-décharge par la création de NO+ au détriment des ions N2+ est à l’origine du phénomène. Le recours à cette post-décharge de N2 pour la modification des propriétés d’émission optique de nanofils purs de GaN et avec des inclusions d’InGaN a été étudié par photoluminescence (PL). Bien que l’émission provenant des nanofils de GaN et de la matrice de GaN recouvrant les inclusions diminue suite à la création de sites de recombinaison non radiatifs, celle provenant des inclusions d’InGaN augmente fortement. Des mesures de PL par excitation indiquent que cet effet n’est pas attribuable à un changement de l’absorption de la surface de GaN. Ceci suggère un recuit dynamique induit par la désexcitation des métastables de N2 suite à leur collision à la surface des nanofils et la possibilité de passiver les défauts de surface tels que des lacunes d’azote par l’action d’atomes de N2 réactifs provenant de la post-décharge. L’incorporation d’O2 induit les mêmes effets en plus d’un décalage vers le rouge de la bande d’émission des inclusions, suggérant l’action des espèces d’O2 au sein même des nanostructures.

Air-gap based vertical cavity micro-opto-electro-mechanical Fabry-Perot filters

Mikrooptische Filter sind heutzutage in vielen Bereichen in der Telekommunikation unersetzlich. Wichtige Einsatzgebiete sind aber auch spektroskopische Systeme in der Medizin-, Prozess- und Umwelttechnik. Diese Arbeit befasst sich mit der Technologieentwicklung und Herstellung von luftspaltbasierenden, vertikal auf einem Substrat angeordneten, oberflächenmikromechanisch hergestellten Fabry-Perot-Filtern. Es werden zwei verschiedene Filtervarianten, basierend auf zwei verschiedenen Materialsystemen, ausführlich untersucht. Zum einen handelt es sich dabei um die Weiterentwicklung von kontinuierlich mikromechanisch durchstimmbaren InP / Luftspaltfiltern; zum anderen werden neuartige, kostengünstige Siliziumnitrid / Luftspaltfilter wissenschaftlich behandelt. Der Inhalt der Arbeit ist so gegliedert, dass nach einer Einleitung mit Vergleichen zu Arbeiten und Ergebnissen anderer Forschergruppen weltweit, zunächst einige theoretische Grundlagen zur Berechnung der spektralen Reflektivität und Transmission von beliebigen optischen Schichtanordnungen aufgezeigt werden. Auß erdem wird ein kurzer theoretischer Ü berblick zu wichtigen Eigenschaften von Fabry-Perot-Filtern sowie der Möglichkeit einer mikromechanischen Durchstimmbarkeit gegeben. Daran anschließ end folgt ein Kapitel, welches sich den grundlegenden technologischen Aspekten der Herstellung von luftspaltbasierenden Filtern widmet. Es wird ein Zusammenhang zu wichtigen Referenzarbeiten hergestellt, auf denen diverse Weiterentwicklungen dieser Arbeit basieren. Die beiden folgenden Kapitel erläutern dann ausführlich das Design, die Herstellung und die Charakterisierung der beiden oben erwähnten Filtervarianten. Abgesehen von der vorangehenden Epitaxie von InP / GaInAs Schichten, ist die Herstellung der InP / Luftspaltfilter komplett im Institut durchgeführt worden. Die Herstellungsschritte sind ausführlich in der Arbeit erläutert, wobei ein Schwerpunktthema das trockenchemische Ä tzen von InP sowie GaInAs, welches als Opferschichtmaterial für die Herstellung der Luftspalte genutzt wurde, behandelt. Im Verlauf der wissenschaftlichen Arbeit konnten sehr wichtige technische Verbesserungen entwickelt und eingesetzt werden, welche zu einer effizienteren technologischen Herstellung der Filter führten und in der vorliegenden Niederschrift ausführlich dokumentiert sind. Die hergestellten, für einen Einsatz in der optischen Telekommunikation entworfenen, elektrostatisch aktuierbaren Filter sind aus zwei luftspaltbasierenden Braggspiegeln aufgebaut, welche wiederum jeweils 3 InP-Schichten von (je nach Design) 357nm bzw. 367nm Dicke aufweisen. Die Filter bestehen aus im definierten Abstand parallel übereinander angeordneten Membranen, die über Verbindungsbrücken unterschiedlicher Anzahl und Länge an Haltepfosten befestigt sind. Da die mit 357nm bzw. 367nm vergleichsweise sehr dünnen Schichten freitragende Konstrukte mit bis zu 140 nm Länge bilden, aber trotzdem Positionsgenauigkeiten im nm-Bereich einhalten müssen, handelt es sich hierbei um sehr anspruchsvolle mikromechanische Bauelemente. Um den Einfluss der zahlreichen geometrischen Strukturparameter studieren zu können, wurden verschiedene laterale Filterdesigns implementiert. Mit den realisierten Filter konnte ein enorm weiter spektraler Abstimmbereich erzielt werden. Je nach lateralem Design wurden internationale Bestwerte für durchstimmbare Fabry-Perot-Filter von mehr als 140nm erreicht. Die Abstimmung konnte dabei kontinuierlich mit einer angelegten Spannung von nur wenigen Volt durchgeführt werden. Im Vergleich zu früher berichteten Ergebnissen konnten damit sowohl die Wellenlängenabstimmung als auch die dafür benötigte Abstimmungsspannung signifikant verbessert werden. Durch den hohen Brechungsindexkontrast und die geringe Schichtdicke zeigen die Filter ein vorteilhaftes, extrem weites Stopband in der Größ enordnung um 550nm. Die gewählten, sehr kurzen Kavitätslängen ermöglichen einen freien Spektralbereich des Filters welcher ebenfalls in diesen Größ enordnungen liegt, so dass ein weiter spektraler Einsatzbereich ermöglicht wird. Während der Arbeit zeigte sich, dass Verspannungen in den freitragenden InPSchichten die Funktionsweise der mikrooptischen Filter stark beeinflussen bzw. behindern. Insbesondere eine Unterätzung der Haltepfosten und die daraus resultierende Verbiegung der Ecken an denen sich die Verbindungsbrücken befinden, führte zu enormen vertikalen Membranverschiebungen, welche die Filtereigenschaften verändern. Um optimale Ergebnisse zu erreichen, muss eine weitere Verbesserung der Epitaxie erfolgen. Jedoch konnten durch den zusätzlichen Einsatz einer speziellen Schutzmaske die Unterätzung der Haltepfosten und damit starke vertikale Verformungen reduziert werden. Die aus der Verspannung resultierenden Verformungen und die Reaktion einzelner freistehender InP Schichten auf eine angelegte Gleich- oder Wechselspannung wurde detailliert untersucht. Mittels Weisslichtinterferometrie wurden lateral identische Strukturen verglichen, die aus unterschiedlich dicken InP-Schichten (357nm bzw. 1065nm) bestehen. Einen weiteren Hauptteil der Arbeit stellen Siliziumnitrid / Luftspaltfilter dar, welche auf einem neuen, im Rahmen dieser Dissertation entwickelten, technologischen Ansatz basieren. Die Filter bestehen aus zwei Braggspiegeln, die jeweils aus fünf 590nm dicken, freistehenden Siliziumnitridschichten aufgebaut sind und einem Abstand von 390nm untereinander aufweisen. Die Filter wurden auf Glassubstraten hergestellt. Der Herstellungsprozess ist jedoch auch mit vielen anderen Materialien oder Prozessen kompatibel, so dass z.B. eine Integration mit anderen Bauelemente relativ leicht möglich ist. Die Prozesse dieser ebenfalls oberflächenmikromechanisch hergestellten Filter wurden konsequent auf niedrige Herstellungskosten optimiert. Als Opferschichtmaterial wurde hier amorph abgeschiedenes Silizium verwendet. Der Herstellungsprozess beinhaltet die Abscheidung verspannungsoptimierter Schichten (Silizium und Siliziumnitrid) mittels PECVD, die laterale Strukturierung per reaktiven Ionenätzen mit den Gasen SF6 / CHF3 / Ar sowie Fotolack als Maske, die nasschemische Unterätzung der Opferschichten mittels KOH und das Kritisch-Punkt-Trocken der Proben. Die Ergebnisse der optischen Charakterisierung der Filter zeigen eine hohe Ü bereinstimmung zwischen den experimentell ermittelten Daten und den korrespondierenden theoretischen Modellrechnungen. Weisslichtinterferometermessungen der freigeätzten Strukturen zeigen ebene Filterschichten und bestätigen die hohe vertikale Positioniergenauigkeit, die mit diesem technologischen Ansatz erreicht werden kann.

GaInAsP-basierende Resonatorstrukturen

Physikalische Grundlagenforschung und anwendungsorientierte physikalische Forschung auf den Gebieten nanoskaliger kristalliner und amorpher fester Körper haben in vielfacher Weise eine große Bedeutung. Neben dem Verständnis für die Struktur der Materie und die Wechselwirkung von Objekten von der Größe einiger Atome ist die Erkenntnis über die physikalischen Eigenschaften nanostrukturierter Systeme von hohem Interesse. Diese Forschung eröffnet die Möglichkeit, die mit der Mikroelektronik begonnene Miniaturisierung fortzusetzen und wird darüber hinaus neue Anwendungsfelder eröffnen. Das Erarbeiten der physikalischen Grundlagen der Methoden zur Herstellung und Strukturierung ist dabei zwingend notwendig, da hier Wirkungsprinzipien dominieren, die erst bei Strukturgrößen im Nanometerbereich auftreten oder hinreichend stark ausgeprägt sind. Insbesondere Halbleitermaterialien sind hier von großem Interesse. Die in dieser Arbeit untersuchten Resonatorstrukturen, die auf dem kristallinen Verbindungshalbleitermaterial GaInAsP/InP basieren, erschließen wichtige Anwendungsfelder im Bereich der optischen Datenübertragung sowie der optischen Sensorik. Hergestellt wird das Halbleitermaterial mit der Metallorganischen Gasphasenepitaxie. Die experimentell besimmten Kenngrößen lassen Rückschlüsse auf die Güte der Materialien, die quantenmechanischen Wirkungsprinzipien und die Bauelementcharakteristik zu und führen zu optimal angepassten Kristallstrukturen. Auf Basis dieser optimierten Materialien wurde ein durchstimmbarer Fabry-Perot-Filter hergestellt, der aus einer Kombination aus InP-Membranen und Luftspalten besteht und elektromechanisch aktuiert werden kann. Das GaInAsP dient hierbei als wenige hundert nm dicke Opferschicht, die ätztechnisch hochselektiv beseitigt wird. Die Qualität der Grenzflächen zum InP ist entscheidend für die Qualität der freigeätzten Kavitäten und damit für die mechanische Gesamtstabilität der Struktur. Der in dieser Arbeit beschriebene Filter hat eine Zentralwellenlänge im Bereich von 1550 nm und weist einen Durchstimmbereich von 221 nm auf. Erzielt wurde dieser Wert durch ein konsistentes Modell der wirkenden Verspannungskomponenten und einer optimierten epitaktischen Kontrolle der Verspannungsparameter. Das realisierte Filterbauelement ist vielversprechend für den Einsatz in der optischen Kommunikation im Bereich von WDM (wavelength division multiplexing) Anwendungen. Als weitere Resonatorstrukur wurde ein Asymmetrisch gekoppelter Quantenfilm als optisch aktives Medium, bestehend aus GaInAsP mit variierender Materialkomposition und Verspannung, untersucht, um sein Potential für eine breitbandige Emission zu untersuchen und mit bekannten Modellen zu vergleichen. Als Bauelementdesign wurde eine kantenemittierende Superlumineszenzleuchtdiode gewählt. Das Ergebnis ist eine Emissionskurve von 100 nm, die eine höhere Unabhängigkeit vom Injektionsstrom aufweist als andere bekannte Konzepte. Die quantenmechanischen Wirkungsprinzipien - im wesentlichen die Kopplung der beiden asymmetrischen Potentialtöpfe und die damit verbundene Kopplung der Wellenfunktionen - werden qualitativ diskutiert. Insgesamt bestätigt sich die Eignung des Materials GaInAsP auch für neuartige, qualitativ höchst anspruchsvolle Resonatorstrukturen und die Bedeutung der vorgestellten und untersuchten Resonatorkonzepte. Die vorgestellten Methoden, Materialien und Bauelemente liefern aufgrund ihrer Konzeption und der eingehenden experimentellen Untersuchungen einen Beitrag sowohl zu den zugrunde liegenden mechanischen, optoelektronischen und quantenmechanischen Wirkungsprinzipien der Strukturen, als auch zur Realisierung neuer optoelektronischer Bauelemente.

High-Speed Semiconductor Lasers based on Low-Dimensional Active Materials for Optical Telecommunication

The scope of this work is the fundamental growth, tailoring and characterization of self-organized indium arsenide quantum dots (QDs) and their exploitation as active region for diode lasers emitting in the 1.55 µm range. This wavelength regime is especially interesting for long-haul telecommunications as optical fibers made from silica glass have the lowest optical absorption. Molecular Beam Epitaxy is utilized as fabrication technique for the quantum dots and laser structures. The results presented in this thesis depict the first experimental work for which this reactor was used at the University of Kassel. Most research in the field of self-organized quantum dots has been conducted in the InAs/GaAs material system. It can be seen as the model system of self-organized quantum dots, but is not suitable for the targeted emission wavelength. Light emission from this system at 1.55 µm is hard to accomplish. To stay as close as possible to existing processing technology, the In(AlGa)As/InP (100) material system is deployed. Depending on the epitaxial growth technique and growth parameters this system has the drawback of producing a wide range of nano species besides quantum dots. Best known are the elongated quantum dashes (QDash). Such structures are preferentially formed, if InAs is deposited on InP. This is related to the low lattice-mismatch of 3.2 %, which is less than half of the value in the InAs/GaAs system. The task of creating round-shaped and uniform QDs is rendered more complex considering exchange effects of arsenic and phosphorus as well as anisotropic effects on the surface that do not need to be dealt with in the InAs/GaAs case. While QDash structures haven been studied fundamentally as well as in laser structures, they do not represent the theoretical ideal case of a zero-dimensional material. Creating round-shaped quantum dots on the InP(100) substrate remains a challenging task. Details of the self-organization process are still unknown and the formation of the QDs is not fully understood yet. In the course of the experimental work a novel growth concept was discovered and analyzed that eases the fabrication of QDs. It is based on different crystal growth and ad-atom diffusion processes under supply of different modifications of the arsenic atmosphere in the MBE reactor. The reactor is equipped with special valved cracking effusion cells for arsenic and phosphorus. It represents an all-solid source configuration that does not rely on toxic gas supply. The cracking effusion cell are able to create different species of arsenic and phosphorus. This constitutes the basis of the growth concept. With this method round-shaped QD ensembles with superior optical properties and record-low photoluminescence linewidth were achieved. By systematically varying the growth parameters and working out a detailed analysis of the experimental data a range of parameter values, for which the formation of QDs is favored, was found. A qualitative explanation of the formation characteristics based on the surface migration of In ad-atoms is developed. Such tailored QDs are finally implemented as active region in a self-designed diode laser structure. A basic characterization of the static and temperature-dependent properties was carried out. The QD lasers exceed a reference quantum well laser in terms of inversion conditions and temperature-dependent characteristics. Pulsed output powers of several hundred milli watt were measured at room temperature. In particular, the lasers feature a high modal gain that even allowed cw-emission at room temperature of a processed ridge wave guide device as short as 340 µm with output powers of 17 mW. Modulation experiments performed at the Israel Institute of Technology (Technion) showed a complex behavior of the QDs in the laser cavity. Despite the fact that the laser structure is not fully optimized for a high-speed device, data transmission capabilities of 15 Gb/s combined with low noise were achieved. To the best of the author`s knowledge, this renders the lasers the fastest QD devices operating at 1.55 µm. The thesis starts with an introductory chapter that pronounces the advantages of optical fiber communication in general. Chapter 2 will introduce the fundamental knowledge that is necessary to understand the importance of the active region`s dimensions for the performance of a diode laser. The novel growth concept and its experimental analysis are presented in chapter 3. Chapter 4 finally contains the work on diode lasers.

1.55 µm High-Speed QDs Lasers for Optical Telecommunication Applications

In this work investigation of the QDs formation and the fabrication of QD based semiconductor lasers for telecom applications are presented. InAs QDs grown on AlGaInAs lattice matched to InP substrates are used to fabricate lasers operating at 1.55 µm, which is the central wavelength for far distance data transmission. This wavelength is used due to its minimum attenuation in standard glass fibers. The incorporation of QDs in this material system is more complicated in comparison to InAs QDs in the GaAs system. Due to smaller lattice mismatch the formation of circular QDs, elongated QDs and quantum wires is possible. The influence of the different growth conditions, such as the growth temperature, beam equivalent pressure, amount of deposited material on the formation of the QDs is investigated. It was already demonstrated that the formation process of QDs can be changed by the arsenic species. The formation of more round shaped QDs was observed during the growth of QDs with As2, while for As4 dash-like QDs. In this work only As2 was used for the QD growth. Different growth parameters were investigated to optimize the optical properties, like photoluminescence linewidth, and to implement those QD ensembles into laser structures as active medium. By the implementation of those QDs into laser structures a full width at half maximum (FWHM) of 30 meV was achieved. Another part of the research includes the investigation of the influence of the layer design of lasers on its lasing properties. QD lasers were demonstrated with a modal gain of more than 10 cm-1 per QD layer. Another achievement is the large signal modulation with a maximum data rate of 15 Gbit/s. The implementation of optimized QDs in the laser structure allows to increase the modal gain up to 12 cm-1 per QD layer. A reduction of the waveguide layer thickness leads to a shorter transport time of the carriers into the active region and as a result a data rate up to 22 Gbit/s was achieved, which is so far the highest digital modulation rate obtained with any 1.55 µm QD laser. The implementation of etch stop layers into the laser structure provide the possibility to fabricate feedback gratings with well defined geometries for the realization of DFB lasers. These DFB lasers were fabricated by using a combination of dry and wet etching. Single mode operation at 1.55 µm with a high side mode suppression ratio of 50 dB was achieved.