Performance characteristics of positive and negative delayed feedback on chaotic dynamics of directly modulated InGaAsP semiconductor lasers

The chaotic dynamics of directly modulated semiconductor lasers with delayed optoelectronic feedback is studied numerically. The effects of positive and negative delayed optoelectronic feedback in producing chaotic outputs from such lasers with nonlinear gain reduction in its optimum value range is investigated using bifurcation diagrams. The results are confirmed by calculating the Lyapunov exponents. A negative delayed optoelectronic feedback configuration is found to be more effective in inducing chaotic dynamics to such systems with nonlinear gain reduction factor in the practical value range.

Broadly tunable InGaAsP-InP strained multiquantum-well external cavity diode laser

In this letter, we demonstrate a broadly tunable InGaAsInP strained multiquantum-well external cavity diode laser, which operates in the spectral range of 14941667 nm. A maximum continuous-wave output power in excess of 81 mW and sidemode suppression ratio higher than 50 dB were achieved in the central part of the tuning range. Different pump current and temperature regimes are investigated. © 2006 IEEE.

Origine de la réduction de la durée de vie des photoporteurs dans le InGaAsP implanté à basse température

Un matériau semi-conducteur utilisé lors de la fabrication d’antennes térahertz (THz), le quaternaire InGaAsP (E_g = 0,79 eV), subit une implantation ionique de Fe suivi d’un recuit thermique rapide (RTA) dans le but d’améliorer ses propriétés d’émission. Le recuit est nécessaire afin de recristalliser la couche amorphisée lors de l’implantation, donnant lieu à un polycristal rempli de défauts de recristallisation. On constate cependant que les matériaux implantés Fe offrent de meilleures performances que ceux simplement endommagés au Ga. Dans le but de départager l’effet des défauts de recristallisation et des impuretés de Fe, des mesures de spectroscopie transitoire des niveaux profonds (DLTS) et de DLTS en courant (I-DLTS), ainsi que de spectrométrie de masse d’ions secondaires par temps de vol (ToF-SIMS) ont été effectuées sur des échantillons non implantés et d’autres recristallisés. Les mesures DLTS et I-DLTS ont pour but de caractériser les niveaux profonds générés par ces deux procédures postcroissance, tout en identifiant le rôle que jouent les impuretés de Fe sur la formation de ces niveaux profonds. De plus, le voisinage des atomes de Fe dans le matériau recristallisé a été étudié à l’aide des mesures ToF-SIMS. Les mesures DLTS sur matériau recristallisé sont peu concluantes, car la mesure de capacité est faussée par la haute résistivité du matériau. Par contre, les mesures I-DLTS sur matériau recristallisé ont permis de conclure que les impuretés de Fe sont responsables de la formation d’une grande variété de niveaux d’énergie se trouvant entre 0,25 et 0,40 eV, alors que les défauts de structure induisent des niveaux de moins de 0,25 eV. La concentration de Fe est élevée par rapport au seuil de solubilité du Fe dans le matériau recristallisé. Il serait donc plausible que des agrégats de Fe se forment. Toutefois, cette hypothèse est infirmée par l'absence de pic aux masses correspondant à la molécule ^(56)Fe_2^+ sur les spectres ToF-SIMS. De plus, un modèle simple est utilisé afin d’estimer si certaines masses présentes sur les spectres ToF-SIMS correspondent à des liaisons non induites par la mesure dans le matériau recristallisé. Bien qu’aucune liaison avec le Ga et l'As n’est détectable, ce modèle n’exclut pas la possibilité de liens préférentiels avec l’In.

Origine de la réduction de la durée de vie des photoporteurs dans le InGaAsP implanté à basse température

Un matériau semi-conducteur utilisé lors de la fabrication d’antennes térahertz (THz), le quaternaire InGaAsP (E_g = 0,79 eV), subit une implantation ionique de Fe suivi d’un recuit thermique rapide (RTA) dans le but d’améliorer ses propriétés d’émission. Le recuit est nécessaire afin de recristalliser la couche amorphisée lors de l’implantation, donnant lieu à un polycristal rempli de défauts de recristallisation. On constate cependant que les matériaux implantés Fe offrent de meilleures performances que ceux simplement endommagés au Ga. Dans le but de départager l’effet des défauts de recristallisation et des impuretés de Fe, des mesures de spectroscopie transitoire des niveaux profonds (DLTS) et de DLTS en courant (I-DLTS), ainsi que de spectrométrie de masse d’ions secondaires par temps de vol (ToF-SIMS) ont été effectuées sur des échantillons non implantés et d’autres recristallisés. Les mesures DLTS et I-DLTS ont pour but de caractériser les niveaux profonds générés par ces deux procédures postcroissance, tout en identifiant le rôle que jouent les impuretés de Fe sur la formation de ces niveaux profonds. De plus, le voisinage des atomes de Fe dans le matériau recristallisé a été étudié à l’aide des mesures ToF-SIMS. Les mesures DLTS sur matériau recristallisé sont peu concluantes, car la mesure de capacité est faussée par la haute résistivité du matériau. Par contre, les mesures I-DLTS sur matériau recristallisé ont permis de conclure que les impuretés de Fe sont responsables de la formation d’une grande variété de niveaux d’énergie se trouvant entre 0,25 et 0,40 eV, alors que les défauts de structure induisent des niveaux de moins de 0,25 eV. La concentration de Fe est élevée par rapport au seuil de solubilité du Fe dans le matériau recristallisé. Il serait donc plausible que des agrégats de Fe se forment. Toutefois, cette hypothèse est infirmée par l'absence de pic aux masses correspondant à la molécule ^(56)Fe_2^+ sur les spectres ToF-SIMS. De plus, un modèle simple est utilisé afin d’estimer si certaines masses présentes sur les spectres ToF-SIMS correspondent à des liaisons non induites par la mesure dans le matériau recristallisé. Bien qu’aucune liaison avec le Ga et l'As n’est détectable, ce modèle n’exclut pas la possibilité de liens préférentiels avec l’In.

Chaotic Dynamics of Semiconductor Laser with Current Modulation and optoelectronic feedback

Chaotic dynamics of directly modulated semiconductor lasers have been studied extensively over the last two decades because of their application in secure optical communication. However, chaos is generally suppressed in such systems when the nonlinear gain reduction factor is above 0.01 which is very much smaller than the reported values in semiconductors like InGaAsP. In this paper we show that by giving an optoelectronic feedback with appropriate delay one can increase the range of the values of the gain reduction factor for which chaos can be observed. Numerical studies show that negative feedback is more efficient in producing chaotic dynamics.

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.

In vitro effect of low-level laser on odontoblast-like cells

The aim of this study was to evaluate the metabolism of odontoblast-like MDPC-23 cells subjected to direct LLL irradiation. The cells were seeded (20,000 cells/well) in 24-well plates and incubated for 24 hours at 37 degrees C. After this period, the culture medium (DMEM) was replaced by fresh DMEM supplemented with 2 or 5% (stress induction by nutritional deficit) or 10% fetal bovine serum (FBS). The cells were exposed to laser doses of 2, 4, 10, 15 and 25 J/cm(2) from a near infrared InGaAsP diode laser prototype (LASERTable; 780 +/- 3 nm, 40 mW). One control group (sham irradiation) was established for each experimental condition (laser dose x FBS supplementation). Three and 72 hours after the last irradiation, cells were analyzed with respect to metabolism, morphology, total protein expression and alkaline phosphatase (ALP) activity. Higher metabolism and total protein expression were observed 72 hours after the last irradiation at the doses of 15 and 25 J/cm(2) (Mann-Whitney; p<0.05). Higher ALP activity was obtained with 5% FBS when the cells were irradiated with doses of 2 and 10 J/cm(2). For the dose of 25 J/cm(2), the highest ALP activity was observed with 10% FBS. It was concluded that the LLLT parameters used in this study stimulated the metabolic activity of the MDPC-23 cells, especially at the doses of 15 and 25 J/cm(2).

In vitro effect of low-level laser on odontoblast-like cells

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

In vitro effect of low-level laser therapy on typical oral microbial biofilms

The aim of this study was to evaluate the effect of specific parameters of low-level laser therapy (LLLT) on biofilms formed by Streptococcus mutans, Candida albicans or an association of both species. Single and dual-species biofilms - SSB and DSB - were exposed to laser doses of 5, 10 or 20 J/cm 2 from a near infrared InGaAsP diode laser prototype (LASERTable; 780 ± 3 nm, 0.04 W). After irradiation, the analysis of biobilm viability (MTT assay), biofilm growth (cfu/mL) and cell morphology (SEM) showed that LLLT reduced cell viability as well as the growth of biofilms. The response of S. mutans (SSB) to irradiation was similar for all laser doses and the biofilm growth was dose dependent. However, when associated with C. albicans (DSB), S. mutans was resistant to LLLT. For C. albicans, the association with S. mutans (DSB) caused a significant decrease in biofilm growth in a dose-dependent fashion. The morphology of the microorganisms in the SSB was not altered by LLLT, while the association of microbial species (DSB) promoted a reduction in the formation of C. albicans hyphae. LLLT had an inhibitory effect on the microorganisms, and this capacity can be altered according to the interactions between different microbial species.

In vitro wound healing improvement by low-level laser therapy application in cultured gingival fibroblasts

The aim of this study was to determine adequate energy doses using specific parameters of LLLT to produce biostimulatory effects on human gingival fibroblast culture. Cells (3 10 4 cells/cm 2) were seeded on 24-well acrylic plates using plain DMEM supplemented with 10 fetal bovine serum. After 48-hour incubation with 5 CO2 at 37C, cells were irradiated with a InGaAsP diode laser prototype (LASERTable; 780 3 nm; 40mW) with energy doses of 0.5, 1.5, 3, 5, and 7J/cm 2. Cells were irradiated every 24h totalizing 3 applications. Twenty-four hours after the last irradiation, cell metabolism was evaluated by the MTT assay and the two most effective doses (0.5 and 3J/cm 2) were selected to evaluate the cell number (trypan blue assay) and the cell migration capacity (wound healing assay; transwell migration assay). Data were analyzed by the Kruskal-Wallis and Mann-Whitney nonparametric tests with statistical significance of 5. Irradiation of the fibroblasts with 0.5 and 3J/cm 2 resulted in significant increase in cell metabolism compared with the nonrradiated group (P 0.05). Both energy doses promoted significant increase in the cell number as well as in cell migration (P 0.05). These results demonstrate that, under the tested conditions, LLLT promoted biostimulation of fibroblasts in vitro. Copyright © 2012 Fernanda G. Basso et al.

Biostimulatory effect of low-level laser therapy on keratinocytes in vitro

Epithelial cells play an important role in reparative events. Therefore, therapies that can stimulate the proliferation and metabolism of these cells could accelerate the healing process. To evaluate the effects of low-level laser therapy (LLLT), human keratinocytes were irradiated with an InGaAsP diode laser prototype (LASERTable; 780 ± 3 nm; 40 mW) using 0.5, 1.5, 3, 5, and 7 J/cm2 energy doses. Irradiations were done every 24 h totaling three applications. Evaluation of cell metabolism (MTT assay) showed that LLLT with all energy doses promoted an increase of cell metabolism, being more effective for 0.5, 1.5, and 3 J/cm2. The highest cell counts (Trypan blue assay) were observed with 0.5, 3, and 5 J/cm2. No statistically significant difference for total protein (TP) production was observed and cell morphology analysis by scanning electron microscopy revealed that LLLT did not promote morphological alterations on the keratinocytes. Real-time polymerase chain reaction (qPCR) revealed that LLLT also promoted an increase of type I collagen (Col-I) and vascular endothelial growth factor (VEGF) gene expression, especially for 1.5 J/cm2, but no change on fibroblast growth factor-2 (FGF-2) expression was observed. LLLT at energy doses ranging from 0.5 to 3 J/cm2 promoted the most significant biostimulatory effects on cultured keratinocytes. © 2012 Springer-Verlag London Ltd.

Effect of low-level laser therapy on odontoblast-like cells exposed to bleaching agent

The aim of the present study was to evaluate the effect of low-level laser therapy (LLLT) on odontoblast-like MDPC-23 cells exposed to carbamide peroxide (CP 0.01 %-2.21 μg/mL of H2O2). The cells were seeded in sterile 24-well plates for 72 h. Eight groups were established according to the exposure or not to the bleaching agents and the laser energy doses tested (0, 4, 10, and 15 J/cm2). After exposing the cells to 0.01 % CP for 1 h, this bleaching solution was replaced by fresh culture medium. The cells were then irradiated (three sections) with a near-infrared diode laser (InGaAsP-780 ± 3 nm, 40 mW), with intervals of 24 h. The 0.01 % CP solution caused statistically significant reductions in cell metabolism and alkaline phosphate (ALP) activity when compared with those of the groups not exposed to the bleaching agent. The LLLT did not modulate cell metabolism; however, the dose of 4 J/cm2 increased the ALP activity. It was concluded that 0.01 % CP reduces the MDPC-23 cell metabolism and ALP activity. The LLLT in the parameters tested did not influence the cell metabolism of the cultured cells; nevertheless, the laser dose of 4 J/cm2 increases the ALP activity in groups both with and without exposure to the bleaching agent. © 2013 Springer-Verlag London.

Biostimulatory effects of low-level laser therapy on epithelial cells and gingival fibroblasts treated with zoledronic acid

Low-level laser therapy (LLLT) has been considered as an adjuvant treatment for bisphosphonate-related osteonecrosis, presenting positive clinical outcomes. However, there are no data regarding the effect of LLLT on oral tissue cells exposed to bisphosphonates. This study aimed to evaluate the effects of LLLT on epithelial cells and gingival fibroblasts exposed to a nitrogen-containing bisphosphonate - zoledronic acid (ZA). Cells were seeded in wells of 24-well plates, incubated for 48 h and then exposed to ZA at 5 μM for an additional 48 h. LLLT was performed with a diode laser prototype - LaserTABLE (InGaAsP - 780 nm ± 3 nm, 25 mW), at selected energy doses of 0.5, 1.5, 3, 5, and 7 J cm-2 in three irradiation sessions, every 24 h. Cell metabolism, total protein production, gene expression of vascular endothelial growth factor (VEGF) and collagen type I (Col-I), and cell morphology were evaluated 24 h after the last irradiation. Data were statistically analyzed by Kruskal-Wallis and Mann-Whitney tests at 5% significance. Selected LLLT parameters increased the functions of epithelial cells and gingival fibroblasts treated with ZA. Gene expression of VEGF and Col-I was also increased. Specific parameters of LLLT biostimulated fibroblasts and epithelial cells treated with ZA. Analysis of these in vitro data may explain the positive in vivo effects of LLLT applied to osteonecrosis lesions. © 2013 Astro Ltd.

Efeito da laserterapia na viabilidade de macrófagos e sua produção de óxido nítrico frente a cimentos endodônticos

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Low-level laser therapy for osteonecrotic lesions: effects on osteoblasts treated with zoledronic acid

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)