Conception, caractérisation et optimisation de SPAD en technologie Dalsa HV CMOS 0.8 μm pour intégration dans un 3D-SiPM

Résumé : Les photodiodes à avalanche monophotonique (SPAD) sont d'intérêts pour les applications requérant la détection de photons uniques avec une grande résolution temporelle, comme en physique des hautes énergies et en imagerie médicale. En fait, les matrices de SPAD, souvent appelés photomultiplicateurs sur silicium (SiPM), remplacent graduellement les tubes photomultiplicateurs (PMT) et les photodiodes à avalanche (APD). De plus, il y a une tendance à utiliser les matrices de SPAD en technologie CMOS afin d'obtenir des pixels intelligents optimisés pour la résolution temporelle. La fabrication de SPAD en technologie CMOS commerciale apporte plusieurs avantages par rapport aux procédés optoélectroniques comme le faible coût, la capacité de production, l'intégration d'électronique et la miniaturisation des systèmes. Cependant, le défaut principal du CMOS est le manque de flexibilité de conception au niveau de l'architecture du SPAD, causé par le caractère fixe et standardisé des étapes de fabrication en technologie CMOS. Un autre inconvénient des matrices de SPAD CMOS est la perte de surface photosensible amenée par la présence de circuits CMOS. Ce document présente la conception, la caractérisation et l'optimisation de SPAD fabriqués dans une technologie CMOS commerciale (Teledyne DALSA 0.8µm HV CMOS - TDSI CMOSP8G). Des modifications de procédé sur mesure ont été introduites en collaboration avec l'entreprise CMOS pour optimiser les SPAD tout en gardant la compatibilité CMOS. Les matrices de SPAD produites sont dédiées à être intégrées en 3D avec de l'électronique CMOS économique (TDSI) ou avec de l'électronique CMOS submicronique avancée, produisant ainsi un SiPM 3D numérique. Ce SiPM 3D innovateur vise à remplacer les PMT, les APD et les SiPM commerciaux dans les applications à haute résolution temporelle. L'objectif principal du groupe de recherche est de développer un SiPM 3D avec une résolution temporelle de 10 ps pour usage en physique des hautes énergies et en imagerie médicale. Ces applications demandent des procédés fiables avec une capacité de production certifiée, ce qui justifie la volonté de produire le SiPM 3D avec des technologies CMOS commerciales. Ce mémoire étudie la conception, la caractérisation et l'optimisation de SPAD fabriqués en technologie TDSI-CMOSP8G.

Dynamique de recombinaison radiative dans les nanofils InGaN/GaN : étude détaillée de la photoluminescence

Mesures effectuées dans le laboratoire de caractérisation optique des semi-conducteurs du Prof. Richard Leonelli du département de physique de l'université de Montréal. Les nanofils d'InGaN/GaN ont été fournis par le groupe du Prof. Zetian Mi du département de génie électrique et informatique de l'université McGill.

Techniques en appui des formats de modulation avancés pour les futurs réseaux optiques

Les systèmes de communication optique avec des formats de modulation avancés sont actuellement l’un des sujets de recherche les plus importants dans le domaine de communication optique. Cette recherche est stimulée par les exigences pour des débits de transmission de donnée plus élevés. Dans cette thèse, on examinera les techniques efficaces pour la modulation avancée avec une détection cohérente, et multiplexage par répartition en fréquence orthogonale (OFDM) et multiples tonalités discrètes (DMT) pour la détection directe et la détection cohérente afin d’améliorer la performance de réseaux optiques. Dans la première partie, nous examinons la rétropropagation avec filtre numérique (DFBP) comme une simple technique d’atténuation de nonlinéarité d’amplificateur optique semiconducteur (SOA) dans le système de détection cohérente. Pour la première fois, nous démontrons expérimentalement l’efficacité de DFBP pour compenser les nonlinéarités générées par SOA dans un système de détection cohérente porteur unique 16-QAM. Nous comparons la performance de DFBP avec la méthode de Runge-Kutta quatrième ordre. Nous examinons la sensibilité de performance de DFBP par rapport à ses paramètres. Par la suite, nous proposons une nouvelle méthode d’estimation de paramètre pour DFBP. Finalement, nous démontrons la transmission de signaux de 16-QAM aux taux de 22 Gbaud sur 80km de fibre optique avec la technique d’estimation de paramètre proposée pour DFBP. Dans la deuxième partie, nous nous concentrons sur les techniques afin d’améliorer la performance des systèmes OFDM optiques en examinent OFDM optiques cohérente (CO-OFDM) ainsi que OFDM optiques détection directe (DDO-OFDM). Premièrement, nous proposons une combinaison de coupure et prédistorsion pour compenser les distorsions nonlinéaires d’émetteur de CO-OFDM. Nous utilisons une interpolation linéaire par morceaux (PLI) pour charactériser la nonlinéarité d’émetteur. Dans l’émetteur nous utilisons l’inverse de l’estimation de PLI pour compenser les nonlinéarités induites à l’émetteur de CO-OFDM. Deuxièmement, nous concevons des constellations irrégulières optimisées pour les systèmes DDO-OFDM courte distance en considérant deux modèles de bruit de canal. Nous démontrons expérimentalement 100Gb/s+ OFDM/DMT avec la détection directe en utilisant les constellations QAM optimisées. Dans la troisième partie, nous proposons une architecture réseaux optiques passifs (PON) avec DDO-OFDM pour la liaison descendante et CO-OFDM pour la liaison montante. Nous examinons deux scénarios pour l’allocations de fréquence et le format de modulation des signaux. Nous identifions la détérioration limitante principale du PON bidirectionnelle et offrons des solutions pour minimiser ses effets.

Photon Upconverting Nanophosphors: Unique Reporters for Optical Biosensing

Upconversion photoluminescence is a unique property of mostly certain inorganic materials, which are capable of converting low-energy infrared radiation into a higher-energy emission at visible wavelengths. This anti-Stokes shift enables luminescence detection without autofluorescence, which makes the upconverting materials a highly suitable reporter technology for optical biosensing applications. Furthermore, they exhibit long luminescence lifetime with narrow bandwidths also at the optical window of biomaterials enabling luminescence measurements in challenging sample matrices, such as whole blood. The aim of this thesis was to study the unique properties and the applicability of nano-sized upconverting phosphors (UCNPs) as reporters in biosensing applications. To render the inorganic nanophosphors water-dispersible and biocompatible, they were subjected to a series of surface modifications starting with silica-encapsulation and ending with a bioconjugation step with an analyte-recognizing biomolecule. The paramagnetism of the lanthanide dopants in the nanophosphors was exploited to develop a highly selective separation method for the UCNP-bioconjugates based on the magnetic selectivity of the high gradient magnetic separation (HGMS) system. The applicability of the nano-sized UCNPs as reporters in challenging sample matrices was demonstrated in two homogeneous sensing applications based on upconversion resonance energy transfer (UC-RET). A chemosensor for intracellular pH was developed exploiting UC-RET between the UCNP and a fluorogenic pH-sensitive dye with strongly increasing fluorescence intensity in decreasing pH. The pH-independent emission of the UCNPs at 550 nm was used for referencing. The applicability of the pH-nanosensor for intracellular pH measurement was tested in HeLa cells, and the acidic pH of endosomes could be detected with a confocal fluorescence microscope. Furthermore, a competitive UC-RET-based assay for red blood cell folic acid was developed for the measurement of folate directly from a whole blood sample. The optically transparent window of biomaterials was used in both the excitation and the measurement of the UC-RET sensitized emission of a near-infrared acceptor dye to minimize sample absorption, and the anti-Stokes detection completely eliminated the Stokes-shifted autofluorescence. The upconversion photoluminescence efficiency is known to be dependent on crystallite size, because the increasing surface-to-volume ratio of nano-sized UCNPs renders them more susceptible to quenching effects of the environment than their bulk counterpart. Water is known to efficiently quench the luminescence of lanthanide dopants. In this thesis, the quenching mechanism of water was studied using luminescence decay measurements. Water was found to quench the luminescence of UCNPs by increasing the non-radiative relaxation of the excited state of Yb3+ sensitizer ion, which had a very strong quenching effect on upconversion luminescence intensity.

Patrons saisonniers de transformation du carbone et efficacité métabolique des communautés bactériennes du golfe d’Amundsen, Arctique canadien

Les réchauffements climatiques associés aux activités anthropiques ont soumis les écosystèmes arctiques à des changements rapides qui menacent leur stabilité à court terme. La diminution dramatique de la banquise arctique est une des conséquences les plus concrètes de ce réchauffement. Dans ce contexte, comprendre et prédire comment les systèmes arctiques évolueront est crucial, surtout en considérant comment les flux de carbone (C) de ces écosystèmes - soit des puits nets, soit des sources nettes de CO2 pour l'atmosphère - pourraient avoir des répercussions importantes sur le climat. Le but de cette thèse est de dresser un portrait saisonnier de l’activité bactérienne afin de déterminer l’importance de sa contribution aux flux de carbone en Arctique. Plus spécifiquement, nous caractérisons pour la première fois la respiration et le recours à la photohétérotrophie chez les microorganismes du golfe d’Amundsen. Ces deux composantes du cycle du carbone demeurent peu décrites et souvent omises des modèles actuels, malgré leur rôle déterminant dans les flux de C non seulement de l’Arctique, mais des milieux marins en général. Dans un premier temps, nous caractérisons la respiration des communautés microbiennes (RC) des glaces de mer. La connaissance des taux de respiration est essentielle à l’estimation des flux de C, mais encore limitée pour les milieux polaires. En effet, les études précédentes dans le golfe d’Amundsen n’ont pas mesuré la RC. Par la mesure de la respiration dans les glaces, nos résultats montrent des taux élevés de respiration dans la glace, de 2 à 3 fois supérieurs à la colonne d'eau, et une production bactérienne jusqu’à 25 fois plus importante. Ces résultats démontrent que la respiration microbienne peut consommer une proportion significative de la production primaire (PP) des glaces et pourrait jouer un rôle important dans les flux biogéniques de CO2 entre les glaces de mer et l’atmosphère (Nguyen et Maranger, 2011). Dans un second temps, nous mesurons la respiration des communautés microbiennes pélagiques du golfe d’Amundsen pendant une période de 8 mois consécutif, incluant le couvert de glace hivernal. En mesurant directement la consommation d'O2, nous montrons une RC importante, mesurable tout au long de l’année et dépassant largement les apports en C de la production primaire. Globalement, la forte consommation de C par les communautés microbiennes suggère une forte dépendance sur recyclage interne de la PP locale. Ces observations ont des conséquences importantes sur notre compréhension du potentiel de séquestration de CO2 par les eaux de l’Océan Arctique (Nguyen et al. 2012). Dans un dernier temps, nous déterminons la dynamique saisonnière de présence (ADN) et d’expression (ARN) du gène de la protéorhodopsine (PR), impliqué dans la photohétérotrophie chez les communautés bactérienne. Le gène de la PR, en conjonction avec le chromophore rétinal, permet à certaines bactéries de capturer l’énergie lumineuse à des fins énergétiques ou sensorielles. Cet apport supplémentaire d’énergie pourrait contribuer à la survie et prolifération des communautés qui possèdent la protéorhodopsine. Bien que détectée dans plusieurs océans, notre étude est une des rares à dresser un portrait saisonnier de la distribution et de l’expression du gène en milieu marin. Nous montrons que le gène de la PR est présent toute l’année et distribué dans des communautés diversifiées. Étonnamment, l’expression du gène se poursuit en hiver, en absence de lumière, suggérant soit qu’elle ne dépend pas de la lumière, ou que des sources de photons très localisées justifie l’expression du gène à des fins sensorielles et de détection (Nguyen et al., soumis au journal ISME). Cette thèse contribue à la compréhension du cycle du C en Arctique et innove par la caractérisation de la respiration et de l’efficacité de croissance des communautés microbiennes pélagiques et des glaces de mer. De plus, nous montrons pour la première fois une expression soutenue de la protéorhodopsine en Arctique, qui pourrait moduler la consommation de C par la respiration et justifier son inclusion éventuelle dans les modélisations du cycle du C. Dans le contexte des changements climatiques, il est clair que l'importance de l’activité bactérienne a été sous-estimée et aura un impact important dans le bilan de C de l'Arctique.

Séparation, détection et caractérisation de nanoparticules manufacturées dans des eaux naturelles et usées avec la chromatographie hydrodynamique et de multiples détecteurs

L’utilisation accrue des nanomatériaux manufacturés (NM) fait en sorte que les différents acteurs de réglementation se questionnent de plus en plus par rapport à leur destin et leurs impacts sur les écosystèmes et la santé humaine suite à leur rejet dans l’environnement. Le développement de techniques analytiques permettant de détecter et de caractériser les NM en matrice environnementale est impératif étant donné la nécessité d’évaluer le risque relié à ces polluants émergents. Une des approches de plus en plus favorisée est d’utiliser une technique chromatographique et un ou plusieurs détecteurs sensibles dans les buts de réduire les effets de matrice, d’identifier des nanoparticules (NP) selon leurs temps de rétention et de les quantifier à des concentrations représentatives de la réalité environnementale. Une technique analytique utilisant la chromatographie hydrodynamique (HDC) et des détecteurs en ligne ou hors ligne (détecteurs de diffusion statique ou dynamique de la lumière, spectromètre de masse par torche à plasma en mode particule unique (SP-ICPMS), l’ultracentrifugation analytique) a donc été développée. Le couplage de la colonne HDC avec ces détecteurs a permis de caractériser des NP standards et l’optimisation des conditions de séparation de ces nanoparticules de polystyrène, d’or et d’argent a permis de confirmer que les NP y sont bel et bien séparées seulement selon leur taille, tel que la théorie le prédit. De plus, l’utilisation de la colonne HDC couplée au SP-ICPMS a permis de séparer un mélange de nanoparticules d’argent (nAg) et de les détecter à des concentrations représentatives de celles rencontrées dans l’environnement, soit de l’ordre du μg L-1 au ng L-1. Par exemple, dans un échantillon d’eau usée (effluent), un mélange de nAg de 80 et de 40 nm a été séparé et les nAg ont été détectées à l’aide du SP-ICPMS connecté à la colonne HDC (temps de rétention de 25.2 et 25.6 minutes et diamètres déterminés de 71.4 nm et 52.0 nm). Finalement, pour plusieurs échantillons environnementaux auxquels aucun ajout de nanoparticules n’a été fait, les analyses HDC-SP-ICPMS effectuées ont permis de déterminer qu’ils ne contenaient initialement pas de nAg.

Monte Carlo source model for photon beam radiotherapy: photon source characteristics

A major barrier to widespread clinical implementation of Monte Carlo dose calculation is the difficulty in characterizing the radiation source within a generalized source model. This work aims to develop a generalized three-component source model (target, primary collimator, flattening filter) for 6- and 18-MV photon beams that match full phase-space data (PSD). Subsource by subsource comparison of dose distributions, using either source PSD or the source model as input, allows accurate source characterization and has the potential to ease the commissioning procedure, since it is possible to obtain information about which subsource needs to be tuned. This source model is unique in that, compared to previous source models, it retains additional correlations among PS variables, which improves accuracy at nonstandard source-to-surface distances (SSDs). In our study, three-dimensional (3D) dose calculations were performed for SSDs ranging from 50 to 200 cm and for field sizes from 1 x 1 to 30 x 30 cm2 as well as a 10 x 10 cm2 field 5 cm off axis in each direction. The 3D dose distributions, using either full PSD or the source model as input, were compared in terms of dose-difference and distance-to-agreement. With this model, over 99% of the voxels agreed within +/-1% or 1 mm for the target, within 2% or 2 mm for the primary collimator, and within +/-2.5% or 2 mm for the flattening filter in all cases studied. For the dose distributions, 99% of the dose voxels agreed within 1% or 1 mm when the combined source model-including a charged particle source and the full PSD as input-was used. The accurate and general characterization of each photon source and knowledge of the subsource dose distributions should facilitate source model commissioning procedures by allowing scaling the histogram distributions representing the subsources to be tuned.

The mitochondrial genome of the stingless bee Melipona bicolor (Hymenoptera, Apidae, Meliponini): sequence, gene organization and a unique tRNA translocation event conserved across the tribe Meliponini

At present a complete mtDNA sequence has been reported for only two hymenopterans, the Old World honey bee, Apis mellifera and the sawfly Perga condei. Among the bee group, the tribe Meliponini (stingless bees) has some distinction due to its Pantropical distribution, great number of species and large importance as main pollinators in several ecosystems, including the Brazilian rain forest. However few molecular studies have been conducted on this group of bees and few sequence data from mitochondrial genomes have been described. In this project, we PCR amplified and sequenced 78% of the mitochondrial genome of the stingless bee Melipona bicolor (Apidae, Meliponini). The sequenced region contains all of the 13 mitochondrial protein-coding genes, 18 of 22 tRNA genes, and both rRNA genes (one of them was partially sequenced). We also report the genome organization (gene content and order), gene translation, genetic code, and other molecular features, such as base frequencies, codon usage, gene initiation and termination. We compare these characteristics of M. bicolor to those of the mitochondrial genome of A. mellifera and other insects. A highly biased A+T content is a typical characteristic of the A. mellifera mitochondrial genome and it was even more extreme in that of M. bicolor. Length and compositional differences between M. bicolor and A. mellifera genes were detected and the gene order was compared. Eleven tRNA gene translocations were observed between these two species. This latter finding was surprising, considering the taxonomic proximity of these two bee tribes. The tRNA Lys gene translocation was investigated within Meliponini and showed high conservation across the Pantropical range of the tribe.

Remote sensing the vertical profile of cloud droplet effective radius, thermodynamic phase, and temperature

Cloud-aerosol interaction is a key issue in the climate system, affecting the water cycle, the weather, and the total energy balance including the spatial and temporal distribution of latent heat release. Information on the vertical distribution of cloud droplet microphysics and thermodynamic phase as a function of temperature or height, can be correlated with details of the aerosol field to provide insight on how these particles are affecting cloud properties and their consequences to cloud lifetime, precipitation, water cycle, and general energy balance. Unfortunately, today's experimental methods still lack the observational tools that can characterize the true evolution of the cloud microphysical, spatial and temporal structure in the cloud droplet scale, and then link these characteristics to environmental factors and properties of the cloud condensation nuclei. Here we propose and demonstrate a new experimental approach (the cloud scanner instrument) that provides the microphysical information missed in current experiments and remote sensing options. Cloud scanner measurements can be performed from aircraft, ground, or satellite by scanning the side of the clouds from the base to the top, providing us with the unique opportunity of obtaining snapshots of the cloud droplet microphysical and thermodynamic states as a function of height and brightness temperature in clouds at several development stages. The brightness temperature profile of the cloud side can be directly associated with the thermodynamic phase of the droplets to provide information on the glaciation temperature as a function of different ambient conditions, aerosol concentration, and type. An aircraft prototype of the cloud scanner was built and flew in a field campaign in Brazil. The CLAIM-3D (3-Dimensional Cloud Aerosol Interaction Mission) satellite concept proposed here combines several techniques to simultaneously measure the vertical profile of cloud microphysics, thermodynamic phase, brightness temperature, and aerosol amount and type in the neighborhood of the clouds. The wide wavelength range, and the use of multi-angle polarization measurements proposed for this mission allow us to estimate the availability and characteristics of aerosol particles acting as cloud condensation nuclei, and their effects on the cloud microphysical structure. These results can provide unprecedented details on the response of cloud droplet microphysics to natural and anthropogenic aerosols in the size scale where the interaction really happens.

High p(T) direct photon and pi(0) triggered azimuthal jet correlations and measurement of k(T) for isolated direct photons in p plus p collisions at root s=200 GeV

Correlations of charged hadrons of 1< p(T) < 10 Gev/c with high pT direct photons and pi(0) mesons in the range 5< p(T) < 15 Gev/c are used to study jet fragmentation in the gamma + jet and dijet channels, respectively. The magnitude of the partonic transverse momentum, k(T), is obtained by comparing to a model incorporating a Gaussian kT smearing. The sensitivity of the associated charged hadron spectra to the underlying fragmentation function is tested and the data are compared to calculations using recent global fit results. The shape of the direct photon-associated hadron spectrum as well as its charge asymmetry are found to be consistent with a sample dominated by quark-gluon Compton scattering. No significant evidence of fragmentation photon correlated production is observed within experimental uncertainties.

Detailed measurement of the e(+)e(-) pair continuum in p plus p and Au plus Au collisions at root s(NN)=200 GeV and implications for direct photon production

PHENIX has measured the e(+)e(-) pair continuum in root s(NN) = 200 GeV Au+Au and p+p collisions over a wide range of mass and transverse momenta. The e(+)e(-) yield is compared to the expectations from hadronic sources, based on PHENIX measurements. In the intermediate-mass region, between the masses of the phi and the J/psi meson, the yield is consistent with expectations from correlated c (c) over bar production, although other mechanisms are not ruled out. In the low-mass region, below the phi, the p+p inclusive mass spectrum is well described by known contributions from light meson decays. In contrast, the Au+Au minimum bias inclusive mass spectrum in this region shows an enhancement by a factor of 4.7 +/- 0.4(stat) +/- 1.5(syst) +/- 0.9(model). At low mass (m(ee) < 0.3 GeV/c(2)) and high p(T) (1 < p(T) < 5 GeV/c) an enhanced e(+)e(-) pair yield is observed that is consistent with production of virtual direct photons. This excess is used to infer the yield of real direct photons. In central Au+Au collisions, the excess of the direct photon yield over the p+p is exponential in p(T), with inverse slope T = 221 +/- 19(stat) +/- 19(syst) MeV. Hydrodynamical models with initial temperatures ranging from T(init) similar or equal to 300-600 MeV at times of 0.6-0.15 fm/c after the collision are in qualitative agreement with the direct photon data in Au+Au. For low p(T) < 1 GeV/c the low-mass region shows a further significant enhancement that increases with centrality and has an inverse slope of T similar or equal to 100 MeV. Theoretical models underpredict the low-mass, low-p(T) enhancement.

Photon-hadron jet correlations in p plus p and Au plus Au collisions at s(NN)=200 GeV

We report the observation at the Relativistic Heavy Ion Collider of suppression of back-to-back correlations in the direct photon+jet channel in Au+Au relative to p+p collisions. Two-particle correlations of direct photon triggers with associated hadrons are obtained by statistical subtraction of the decay photon-hadron (gamma-h) background. The initial momentum of the away-side parton is tightly constrained, because the parton-photon pair exactly balance in momentum at leading order in perturbative quantum chromodynamics, making such correlations a powerful probe of the in-medium parton energy loss. The away-side nuclear suppression factor, I(AA), in central Au+Au collisions, is 0.32 +/- 0.12(stat)+/- 0.09(syst) for hadrons of 3 < p(T)(h)< 5 in coincidence with photons of 5 < p(T)(gamma)< 15 GeV/c. The suppression is comparable to that observed for high-p(T) single hadrons and dihadrons. The direct photon associated yields in p+p collisions scale approximately with the momentum balance, z(T)equivalent to p(T)(h)/p(T)(gamma), as expected for a measurement of the away-side parton fragmentation function. We compare to Au+Au collisions for which the momentum balance dependence of the nuclear modification should be sensitive to the path-length dependence of parton energy loss.

Parton energy loss in heavy-ion collisions via direct-photon and charged-particle azimuthal correlations

Charged-particle spectra associated with direct photon (gamma(dir)) and pi(0) are measured in p + p and Au + Au collisions at center-of-mass energy root(S)(NN) = 200 GeV with the STAR detector at the Relativistic Heavy Ion Collider. A shower-shape analysis is used to partially discriminate between gamma(dir) and pi(0). Assuming no associated charged particles in the gamma(dir) direction ( near side) and small contribution from fragmentation photons (gamma(frag)), the associated charged-particle yields opposite to gamma(dir) (away side) are extracted. In central Au + Au collisions, the charged-particle yields at midrapidity (vertical bar eta vertical bar < 1) and high transverse momentum (3 < (assoc)(PT) < 16 GeV/c) associated with gamma(dir) and pi(0) (vertical bar eta vertical bar < 0.9, 8 < (trig)(PT) < 16 GeV/c) are suppressed by a factor of 3-5 compared with p + p collisions. The observed suppression of the associated charged particles is similar for gamma(dir) and pi(0) and independent of the gamma(dir) energy within uncertainties. These measurements indicate that, in the kinematic range covered and within our current experimental uncertainties, the parton energy loss shows no sensitivity to the parton initial energy, path length, or color charge.

Inclusive pi(0), eta, and direct photon production at high transverse momentum in p plus p and d plus Au collisions at root s(NN)=200 GeV

We report a measurement of high-p(T) inclusive pi(0), eta, and direct photon production in p + p and d + Au collisions at root s(NN) = 200 GeV at midrapidity (0 < eta < 1). Photons from the decay pi(0) -> gamma gamma were detected in the barrel electromagnetic calorimeter of the STAR experiment at the Relativistic Heavy Ion Collider. The eta -> gamma gamma decay was also observed and constituted the first eta measurement by STAR. The first direct photon cross-section measurement by STAR is also presented; the signal was extracted statistically by subtracting the pi(0), eta, and omega(782) decay background from the inclusive photon distribution observed in the calorimeter. The analysis is described in detail, and the results are found to be in good agreement with earlier measurements and with next-to-leading-order perturbative QCD calculations.

Two-photon absorption spectra of carotenoids compounds

Carotenoids are biosynthetic organic pigments that constitute an important class of one-dimensional pi-conjugated organic molecules with enormous potential for application in biophotonic devices. In this context, we studied the degenerate two-photon absorption (2PA) cross-section spectra of two carotenoid compounds (beta-carotene and beta-apo-8'-carotenal) employing the conventional and white-light-continuum Z-scan techniques and quantum chemistry calculations. Because carotenoids coexist at room temperature as a mixture of isomers, the 2PA spectra reported here are due to samples containing a distribution of isomers, presenting distinct conjugation length and conformation. We show that these compounds present a defined structure on the 2PA spectra, that peaks at 650 nm with an absorption cross-section of approximately 5000 GM, for both compounds. In addition, we observed a 2PA band at 990 nm for beta-apo-8'-carotenal, which was attributed to a overlapping of I(I)B(u) +-like and 2(I)Ag(-)-like states, which are strongly one- and two-photon allowed, respectively. Spectroscopic parameters of the electronic transitions to singlet-excited states, which are directly related to photophysical properties of these compounds, were obtained by fitting the 2PA spectra using the sum-over-states approach. The analysis and interpretations of the 2PA spectra of the investigated carotenoids were supported by theoretical predictions of one- and two-photon transitions carried out using the response functions formalism within the density functional theory framework, using the long-range corrected CAM-B3LYP functional. (C) 2011 American Institute of Physics. [doi:10.1063/1.3590157]