Organic light-emitting diodes (OLEDs) have drawn much attention in the last two decades. In recent years, the power efficiency of OLEDs has been increased to exceed the efficiency of fluorescent light bulbs. However, such high-efficiency devices are typically based on small molecules that have to be evaporated in vacuum. A much higher fabrication throughput and therefore lowered costs are expected if high-efficiency OLEDs were processed from solution. This thesis shows how solution-processed electrophosphorescent multilayer OLEDs can be achieved by starting with an evaporated three-layer device structure and replacing layer by layer with a solution-processed layer. First, the hole-transport layer was replaced by a polymer and high efficiencies were observed when using a hole-transport polymer with a high ionization potential and a low hole mobility. Then, the emissive layer was replaced by a copolymer consisting of hole-transport groups and emissive complexes in its side-chains. OLEDs with four different colors are shown where the orange devices showed the highest efficiency. The orange copolymer was further optimized by making changes to the chemical nature of the polymer, such as different molecular weight, different concentrations of the emissive complex and different linkers between the side-chains and the polymer backbone. Finally, a three-layer solution-processed OLED was fabricated by crosslinking the hole-transport and the emissive layer, and by spin-coating an electron-transport polymer on top. Moreover, using the photocrosslinking properties of the emissive layer, solution-processed multilayer OLEDs of two different colors were patterned using photolithography to fabricate a white-light source with a tunable emission spectrum. Furthermore, with more and more organic semiconductors being integrated into the circuitry of commercial products, good electrical models are needed for a circuit design with predictive capabilities. Therefore, a model for the example of an organic single-layer diode is introduced in the last chapter of this thesis. The model has been implemented into SPICE and consists of an equivalent circuit that is mostly based on intrinsic material properties, which can be measured in independent experiments. The model has been tested on four different organic materials, and good agreement between model and experimental results is shown.

La conception, fabrication et caractérisation d’un récepteur hétérodyne à 1.2 THz a été effectuée par le Laboratoire d’Etudes du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique et Atmosphères (LERMA) et constitue la base de ce rapport de thèse. Les études, analyse et résultats présentés dans ce manuscrit ont été effectués dans le cadre la mission JUpiter ICe moon Explorer (JUICE). JUICE est la première des grandes missions proposées à l’agenda du programme spatial Cosmic Vision 2015-2025 de l’Agence Spatial Européenne (ESA). La mission satellitaire JUICE est consacrée à l’étude du système Jovien. La charge utile du satellite est composée de 10 instruments à l’état-de-l’art et d'une expérience. Le développement du récepteur hétérodyne à 1.2 THz présenté dans cette thèse est dédié à SWI, acronyme anglais de “Submillimeter Wave Instrument", qui, grâce à une résolution spectrale de 107, étudiera à partir de 2030 la structure, la composition et la dynamique des températures de la stratosphère et de la troposphère de Jupiter ainsi que les exosphères et les surfaces des lunes glacées. La partie haute fréquence du récepteur est complètement basée sur la technologie de diodes Schottky planaires sur membrane d'arséniure de galium (GaAs), appelées “Planar Schottky Barrier Diodes” (PSBDs) dans le manuscrit. La réalisation du canal à 1.2 THz de SWI basé sur la technologie Schottky et entièrement développé par le consortium européen, dont fait parti le LERMA, a été le défi le plus significatif rencontré par ce dernier. L'extrême réduction de la taille des anodes des diodes Schottky nécessaire pour monter aux fréquences du THz a été atteinte en collaboration avec le Laboratoire de Photonique et de Nanostructures (LPN) en utilisant la lithographie électronique pour la fabrication de véritables “Monolithic Microwave Integrated Circuits” (MMIC).Une partie importante du ce rapport de thèse et consacrée à l’étude des phénomènes physiques additionnels qui apparaissent quand les dimensions des diodes sont fortement réduites. En particulier, les modifications du comportement résistif et capacitif des diodes Schottky dues à des phénomènes microscopiques bidimensionnels ont été étudiées au moyen d’un simulateur bidimensionnel Monte Carlo (2D-MC), en collaboration avec l’Université de Salamanca, en Espagne.Comme détaillé dans ce manuscrit, la caractérisation précise du comportement capacitif de la diode Schottky est un point critique pour déterminer la plage de fréquences de leur utilisation pour une application donnée. Toute modélisation imprécise de cette propriété de la diode peut entrainer un décalage significatif de la plage de fréquences d’opération d'un circuit THz.Cependant, la modélisation précise des diodes Schottky à ultra-hautes fréquences, n'est qu'une des étapes requises pour réussir à concevoir correctement un circuit THz. L’analyse précise et méticuleuse de l’interaction entre le comportement électromagnétique du chip MMIC et le comportement physique des diodes Schottky a été le but le plus important poursuit dans ce travail doctoral pour le développement du récepteur à 1.2 THz. Cette tâche a été abordée en utilisant les outils commerciaux “High Frequency Simulation/Structure Software” (Ansys-HFSS) et “Keysight Advance Design System” (Keysight-ADS). La combinaison des simulations électromagnétiques des structures tridimensionnelles du chip MMIC (Ansys-HFSS) et les simulations du comportement électrique non-linéaire de la diode Schottky (Keysight-ADS) est la manière actuelle d'aborder la conception de ce type de circuits THz. Le modèle électrique analytique de la diode requis par l’outil ADS a été défini par l'auteur conformément aux résultats précédemment obtenus avec le simulateur physique Monte Carlo. L’implémentation du modèle étendu de la diode Schottky dans cette méthode pour la conception et l'optimisation de chaque étage du récepteur à 1.2THz, est le sujet développé dans ce rapport de thèse. / The design, fabrication and testing of a frequency heterodyne receiver at 1.2 THz has been developed by Laboratoire d’Etudes du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique et Atmosphères (LERMA) and it is the foundation of this dissertation. The studies, analysis and results presented in this manuscript have been carried out within the framework of the JUpiter ICe moon Explorer (JUICE) mission. JUICE is one of the proposed missions in the agenda of the European Space Agency (ESA) Cosmic Vision 2015-2025 program. The objective of the JUICE satellite mission is to study the Jovian system, especially the Jupiter atmosphere properties and the surface characteristics of its icy moons. Scientific equipment consisting of ten state-of-the-art instruments and one experiment comprise the payload of this satellite. The development of a 1.2 THz channel is part of the Submillimeter Wave Instrument (SWI) devoted to recovering the spectroscopy data of the Jupiter atmosphere and icy-moons’ surface composition. The scientific principle for this receiver is all-solid-state semiconductor technology based in GaAs Planar Schottky Barrier Diodes (PSBDs). The achievement of a 1.2 THz channel based in PSBDs totally developed by European partners was the major challenge proposed for SWI, with LERMA committed to this assignment. The required ultra-scaling of the Schottky anode size of PSBDs in the attainment of the THz range has been achieved in collaboration with Laboratoire de Photonique et de Nanostructures (LPN) using e-beam photolithography in the fabrication of Monolithic Microwave Integrated Circuits (MMIC). An important part of this dissertation addresses the appearance of additional physical phenomena when ultrascaling solid-state PSBDs. Particularly, the modification of the electrical resistivity and capacitance of SBDs due to two-dimensional phenomena has been studied by means of a physical microscopic Two-Dimensional Monte Carlo (2D-MC) simulator, in collaboration with the University of Salamanca, Salamanca, Spain. As discussed within this manuscript, the accurate characterization of the diode capacitance is one of the critical points when opening a frequency window in the required frequency range of a THz application. A misunderstanding of this modified capacitance during the design of these devices can lead to a considerable offset in the frequency range of the experimental module. However, the accurate modeling of PSBDs in such high frequency applications is only a part of the expertise required for the successful completion of this challenge. The accurate and meticulous analysis of the interrelationship between the electromagnetic behavior of the MMIC chip and the physical behavior of the integrated PSBDs is the main challenge faced in this dissertation for the development of the 1.2 THz receiver. This task has been addressed using the commercial Ansys High Frequency Simulation/Structure Software (Ansys-HFSS) and the Keysight Advance Design System (Keysight-ADS). The combination of the three-dimensional electromagnetic characterization of the chip structure (obtained with HFSS) with the non-linear electrical circuit simulation (carried out by ADS) of diodes is the current methodology for the design of these modules. The analytical electrical model of PSBDs required by ADS software has been defined by this author in agreement with the results obtained with the 2D-MC simulator. The implementation of this approach in the design and optimization of the different stages of the accomplished 1.2 THz receiver is the main subject of this dissertation. The interaction between the physical model of the PSBDs and the electromagnetic modeling of the structure will be discussed within the different chapters of this dissertation. Finally, the mechanical engineering of these applications must be addressed in this discussion.

Actuellement, dans les plateformes aérospatiales, le nombre et le besoin d’intégration des équipements électriques et électroniques sont grandissant du fait que leurs fonctions nécessitent de plus en plus de puissance. L’objectif de minimisation des coûts et surtout la disponibilité des dispositifs électroniques forcent les concepteurs et les fabricants de ces plateformes à s’orienter vers des produits commerciaux (dits grand public). La fiabilité des boîtiers des composants de puissance doit être évaluée dans les environnements sévères des applications aérospatiales. Une dizaine de composants électroniques de puissance a été sélectionnée en fonction de leur disponibilité et l’adéquation de leurs performances électriques et thermiques aux exigences des applications aérospatiales. Ces composants intègrent différents types de semi-conducteurs tels que le silicium, le carbure de silicium et le nitrure de gallium. Tout d’abord, une étude a été menée sur les potentiels modes et mécanismes de défaillance de ces composants électroniques de puissance dans ces environnements. Elle a permis de mettre en place plusieurs procédures de vieillissement accéléré ainsi que le développement de deux bancs de tests pour suivre électriquement le vieillissement de ces composants. Ces tests ont été menés sur deux diodes Schottky SiC, commercialisées par deux fabricants, regroupant les technologies des boîtiers des composants électroniques de puissance. Les analyses de défaillance ont tout d’abord mis en évidence une immaturité de la technologie de la jonction Schottky des puces SiC de l’une des deux diodes soumis à une tension inverse. Ces défaillances sont attribuées à la destruction partielle de la structure Schottky et indique une reproductibilité non maitrisée de la fabrication des puces de ce composant. Ensuite, ces analyses ont mis en évidence plusieurs mécanismes de vieillissement lors de tests simulant des régimes « On-Off » des applications (cycles thermiques de puissance). Celui considéré comme la cause de la défaillance est la fissuration de la soudure des fils d’interconnexion avec la puce. Une loi pouvant décrire la fissuration des interconnexions a été identifiée à la suite des évolutions des cycles thermiques de puissance à l’approche de la défaillance. L’étude de ces évolutions a permis de démarrer l’élaboration d’un modèle physique de défaillance adapté aux interconnexions de la puce en vue d’estimer la durée de vie des composants commerciaux. / Currently, in the aerospace platforms, the number and the need for integration of the electric and electronic equipment are growing because their functions require more and more power. The goal of cost minimization and mostly the availability of power electronic devices push the designers and the manufacturers of these platforms moving towards commercial products (Component Off-The Shelf). The packaging reliability of power electronic components must be assessed in harsh environments of aerospace applications. A dozen of power electronic components have been selected in accordance with their availability and with the adequacy of their electrical and thermal performances according to the requirements of aerospace applications. These components integrate different types of semi-conductors such as silicon, silicon carbide and gallium nitride. Foremost, a study has been leaded on the potential failure modes and mechanisms of these power electronic components in these environments. It has permitted to put in place several procedures of accelerated ageing and the development of two test benches to electrically monitor the ageing of these components. These tests have been carried on two SiC Schottky diodes, marketed by two manufacturers, gathering the technologies of the packaging of power electronic components. The failure analyses have first highlighted an immaturity of the Schottky junction technology of the SiC die of one of the two diodes subjected to a reverse voltage. These failures are attributed to the partial destruction of the Schottky structure and indicate a not mastered reproducibility of the die manufacturing of these components. Then, these analyses have highlighted several ageing mechanisms during tests simulating « On-Off » power of applications (power thermal cycles). One considered as the failure cause is the cracking of the welding of the wire bonding with the die. A behavioral law that can describe the cracking of the interconnections has been identified according to the evolutions of the power thermal cycles when near to failure. The study of these evolutions have permitted to start the elaboration of a physical model of failure adapted to the die interconnections in order to estimate the lifetime of commercial components.

Dans ce travail, les dégradations des diodes électroluminescentes (DEL) ont été étudiées en identifiant et en évaluant leurs signatures électriques et photométriques en vieillissement accéléré sous stress thermique et électrique. Un prototype de banc de test expérimental a été développé et construit spécifiquement pour cette étude ce qui nous a permis de tester 128 échantillons en appliquant différentes conditions de stress thermiques et électriques. Quatre types différents de DEL ont été étudié avec des caractéristiques techniques similaires (température de couleur, courant nominal, mono-puce,...) mais avec des technologies différentes couvrant les principaux acteurs du marché (Cree, Osram, Philips et Seoul Semiconductor). Les échantillons ont d'abord été caractérisés à leur état initial, puis soumis à des conditions de stress électrique (à 350mA ou 1050mA) et thermique (fixé à 50°C). Les mécanismes de défaillance ont été analysés en étudiant l'évolution des signatures électriques et photométriques. Ces caractérisations ont permis d'évaluer et de déterminer l'origine des dégradations à différents niveaux : puce semi-conductrice, interconnexions, phosphore ou encapsulation du dispositif. Les caractérisations électriques nous ont permis d'identifier les mécanismes de dégradation de la puce semi-conductrice et de déterminer la nature des dégradations au niveau du contact ohmique du dispositif (sous fort courant injecté). Les caractérisations photométriques complètent cette étude en évaluant les dégradations associées à l'optique (encapsulation et packaging). / In this work, the degradation of light emitting diodes (LEDs) is studied by identifying and evaluating their aging signature during the stress time. The custom-made experimental test bench is built for realization of the test measurement. Through this experimental test bench, it allows to test a large amount of LED samples and enable to select different temperature condition and different current stress level. There are four different types of LED with similar characteristic in term of their color temperature, IF, VF, power (1W) and as monochip, but different technology coming from Cree, Osram, Philips and Seoul Semiconductor. The devices are firstly characterized their electrical and photometrical characteristic at their initial state, then they are submitted to different current stress condition at low current stress (350mA) and high current stress (1000mA) while the thermal stress is fixed at one temperature (50°C). The study of these devices failure mechanism is archived by using the primary method based on the electrical and photometrical characterization of the devices that allows to evaluate their degradation at different locations of the device components such as semiconductor chip, interconnection and device's package. The electrical characteristic of the device's I-V curve: at low injected current level and reverse bias allow us to identify the degradation characteristic of device's semiconductor chip, at high injected current level allows us to determine the degradation of device's ohmic contact and photometric characteristic allows us to evaluate the degradation of device's package system.

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Ce travail de thèse porte sur la conception, la réalisation et l'étude de sources laser à semi-conducteur de haute cohérence, émettant à 894 nm, pour application aux horloges atomiques Césium compactes pompées optiquement, dans un contexte de développement industriel. Nous nous intéressons plus particulièrement aux lasers à émission par la tranche, dits "Distributed-Feedback" (DFB), pompés électriquement. L'objectif est d'obtenir un laser monomode en fréquence, à faible seuil, à rendement optique élevé et de largeur de raie inférieure à 1 MHz. Nous traitons d'abord de la conception et de la caractérisation au 1er ordre des diodes DFB, jusqu'à leur mise en modules pour horloge, puis nous effectuons une étude approfondie des propriétés physiques de l'émission laser en terme de cohérence temporelle, en introduisant une nouvelle méthode universelle de caractérisation du bruit de fréquence optique. Enfin, nous nous intéressons aux propriétés spectrales de l'émission en configuration d'asservissement sur une raie de fluorescence du Césium ("Dither-Locking"). Nous montrons que les propriétés intrinsèques du composant satisfont aux exigences du système industriel tel qu'il a été défini lors de l'étude. / This PhD work deals with the design, the fabrication and the study of high-coherence semiconductor laser sources emitting at 894 nm, for application to compact, optically-pumped cesium atomic clocks in an industrial context. We are particularly interested in the electrically pumped "Distributed-Feedback" in-plane laser diodes (DFB). The aim is to obtain a low-threshold, single-mode laser with high optical efficiency and a linewidth of less than 1 MHz. We first deal with the design and first-order characterization of the DFB diodes until they are put into modules for the clock. We then carry out an in-depth study of the physical properties of the laser emission in terms of coherence time. For that purpose, a new universal method for characterizing the optical frequency noise is introduced. Finally, we look further into the spectral properties of the emission in a servo configuration on a fluorescence line of the cesium ("Dither-Locking"). We show that the intrinsic properties of the component satisfy the requirements of the industrial system as defined in the study.

Depuis quelques années, une révolution est en cours dans l'industrie des semiconducteurs de type III-V. Les composés azotés, comme le GaN et l'AlGaN ont permis l'apparition de nouvelles sources de lumière bleue, blanche et ultra-violette. Les sources blanches, plus particulièrement, possèdent un impressionnant potentiel commercial, car elles permettront de pénétrer l'immense marché de l'éclairage domestique et industriel. On peut déjà observer leur apparition dans l'industrie de l'automobile (éclairage de tableau de bord, phares de jour), de la signalisation routière (feux de circulation), et la téléphonie cellulaire (éclairage arrière des touches et de l'écran). En effet, les diodes électroluminescentes (DELs) blanches, fabriquées à base de GaN démontrent déjà une efficacité énergétique (en lumens/Watt) qui surpasse les technologies traditionnelles comme les ampoules incandescentes et les tubes fluorescents [IEA, 2006]. Cependant, plusieurs problèmes technologiques limitent l'efficacité des DELs, notamment l'expertise dans la fabrication du GaN. Il s'agit d'une technologie ayant une faible maturité notamment en comparaison avec les autres composés III-V à base de GaAs et InP utilisés traditionnellement dans les télécommunications. De plus, l'indice de réfraction élevé du matériau empêche plus de 93% des photons générés de s'échapper du dispositif, diminuant d'autant l'efficacité. Plusieurs méthodes d'optimisation de la luminosité des DELs sont disponibles dans la littérature. Le détachement du substrat et le collage de la diode à l'envers sur un matériau conducteur est une des méthodes exploitées. Ces méthodes, souvent trop dispendieuses à cause de leur complexité, ont néanmoins démontré un grand potentiel d'amélioration de l'efficacité des dispositifs à base de GaN. L'objectif du projet consiste à développer un procédé de fabrication de DELs bleues dans le but d'augmenter considérablement (x 3) l'intensité lumineuse émise par rapport à des approches de fabrication standard et en utilisant des approches de fabrication à faible coût. Ce document présente une revue de littérature du sujet, de ses problématiques, des objectifs de projet en cours et des méthodes à mettre en oeuvre pour les réaliser dans un délai prescrit.

Thesis (MSc (Physics))--University of Stellenbosch, 2010. / ENGLISH ABSTRACT: This thesis consists of two parts; the first part is a discussion on the detailed history of the development of different types of modelocked lasers, especially the neodymium-doped lasers. The second part describes the design and development of a modelocked diode-end-pumped solid state Nd:YVO4 laser using Semiconductor Saturable Absorbers. The first part of this work will cover the history of modelocking where different types of lasers were used to generate ultrashort pulses. The discussion will mainly focus on neodymium-doped lasers such as Nd:YVO4, where we will look at the spectral properties such as energy levels, absorption and emission wavelengths of such a laser. The discussion will also look at different types of optical pump sources; such as diode lasers and flashlamps, where we will see the advantages of using diode lasers as pump sources due to their better operating conditions and efficiency. We will also look at two different types of diode pumping setup schemes, which are end-pumping and side pumping; where we will discover that diode-end-pumping is a better scheme for laser mode matching resulting in high efficiency and very good beam quality when compared to side pumping. The gain bandwidth of the laser material will also be discussed showing that a laser material with a very large gain bandwidth and broad emission bandwidth is suitable for generating ultrashort pulses, such as Ti:Sapphire crystal. The discussion will also cover ultrafast lasers that have a small amplification bandwidth suitable for diode-end-pumping and that produce high average output power. Ultrafast lasers with low amplification bandwidth such as Nd:YAG and Nd:YVO4 will be discussed showing that they can generate very short pulses with durations of down to 19 ps and 20 ps respectively and average output powers of 27 W and 20 W. The technique of creating ultrashort pulses which is called modelocking will be discussed, where passive modelocking will be shown to be more suitable for creating ultra short pulses in the femtosecond region and active modelocking in the picosecond region. The discussion will also cover saturable absorbers for passive modelocking where we will discuss the use of semiconductor saturable absorber mirrors to generate reliable self starting modelocked pulses. We will also cover the instabilities associated with using saturable absorbers where we will discuss different methods for reducing the instabilities by using gain media with the smallest saturation fluence. The second part of the work will deal with the design and development of SESAM modelocked diode-end-pumped Nd:YVO4 lasers. This part will include a discussion on the resonator design criteria’s for achieving a stable modelocked diode-end-pumped solid-state laser. The choice of using Nd:YVO4 as a gain medium will be shown to be influenced by its large cross sectional area, which is useful in increasing the gain bandwidth for possible ultrashort pulse generation. The resonator for high power continuous wave (cw) output has been designed using simulation software developed at St Andrews University. We will also discuss stability criteria such as the laser spot size inside the crystal and on the end mirror and how they can be incorporated into the resonator design software. The discussion will also include the pump setup design and the efficient cooling method of the crystal using a copper heat sink. The methodology of obtaining stable, thermal lens invariant, single transverse mode operation during power scaling of Nd:YVO4 lasers will be discussed. A lens relay approach is used to extend the cavity length so as to introduce spot size control in the designed diode-end-pumped Nd:YVO4 laser that will be shown to produce a maximum average output power of 10.5 W with an average beam quality factor M2 of 1.5. We will also discuss the incorporation of a single quantum well SESAM within the extended diode-end-pumped Nd:YVO4 laser resulting in cw-modelocked pulses at an average output power of 2.8 W with pulse repetition frequency of 179 MHz, equivalent to the cavity round trip time of 5.6 ns. The incorporation of the double quantum well SESAM will also be shown to produce stable Q-switched modelocked pulses at an average output power of 2.7 W with pulse repetition frequency of 208 KHz. / AFRIKAANSE OPSOMMING : Hierdie tesis bestaan uit twee dele. Deel 1 is ‘n indiepte bespreking rondom die ontwikkelingsgeskiedenis van Modusgebonde lasers, veral van Neodemiumdoteerde lasers. Deel 2 beskryf die ontwerp en ontwikkeling van ‘n Modusgebonde diodeentgepompde vastetoestand Nd:YVO4 laser deur van ‘n Halfgeleier Versadigbare Absorbeerder (SESAM) gebruik te maak. Die eerste afdeling fokus op Modusbinding om ultrakort pulse te ontwikkel in verskillende tipes lasers. Die bespreking sentreer rondom Neodemiumdoteerde lasers soos Nd:YVO4. In hierdie geval beskou ons ook die spektraaleienskappe van die laser vir beide die absorpsie en emissie golflengtes. Verder word verkillende tipes pompbronne ondersoek (soos diodelasers en flitslampe). Die voordele van diodelasers kom sterk na vore a.g.v. beter werking en effektiwiteit. Verskillende pompopstellings word ook ondersoek naamlik ent-en kantpomping. Entpomping kom hier na vore as die beter opsie i.t.v. laser-moduspassing. Dit lei tot ‘n hoër effektiwiteit wat ‘n beter straalkwaliteit tot gevolg het, in vergelyking met kantgepompde opstellings. Die versterkingsbandwydte word ook bespreek: ‘n groot versterkingsbandwydte en breë emissiebandwydte is geskik om ultrakort pulse te ontwikkel. Ti:Saffier is ‘n goeie voorbeeld. Ultravinnige lasers met ‘n klein versterkingsbandwydte word ook bespreek aangesien dit geskik is vir diodeentpomping wat dan ‘n hoë gemiddelde uitsetdrywing lewer. Nd:YAG en Nd:YVO4 word ondersoek en daar word getoon dat hul pulse van so kort as 19 ps en 20 ps onderskeidelik teen ‘n gemiddelde uitsetdrywing van 27 W en 20 W kan lewer. Die tegniek waarmee ultrakort pulse geskep word is Modusbinding: passiewe modusbinding is meer geskik vir femtosekonde pulse en aktiewe modusbinding is meer geskik vir pikosekonde pulse. Verder word versadigbare absorbeerders bespreek, vir hul gebruik in die betroubare selfinisiërende modusgebonde pulse. Die onstabiliteite geassosieer met versadigbare absorbeerders word ook bespreek asook verskillende metodes om dit te minimaliseer. Die tweede afdeling behandel die ontwerp en ontwikkeling van ‘n SESAM modusgebonde diode-entgepompde Nd:YVO4 laser. Die resonator ontwerpspesifikasies vir stabiele werking word ook bespreek. Die keuse van Nd:YVO4 as versterkingsmedium is a.g.v. die groot deursnitarea wat die versterkingsbandwydte verhoog, om ultrakort pulse te genereer. Die resonator vir hoë drywing kontinuestraal werking is ontwerp deur van St Andrews sagteware gebruik te maak. ‘n Bespreking van stabiliteitsspesifikasies soos die laser kolgrootte, binne die kristal asook op die entspieël volg, asook die pompmetodiek en effektiewe verkoeling van die kristal. Die totale metodiek rondom die verkryging van ‘n stabiele, termieselens invariante, enkele transversale modus laser word bespreek met die oog op drywingsverhoging. Die geval onder bespreking is waar die laser se kolgrootte beheer kan word op die entspieël deur die resonatorlengte aan te pas. Dit word getoon dat dit ‘n kontinuestraal laser van 10.5 W drywing kan lewer teen die maksimum gemiddelde straalkwaliteit van M2 = 1.5. Die byvoeging van ‘n enkele kwantumput SESAM in die laser het modusgebonde pulse tot gevolg. Die gemete waardes was 2.8 W gemiddelde drywing met ‘n pulsherhalingstempo van 179 MHz wat in lyn is met die pulsbewegingstyd in die resonator van 5.6 ns. Deur van ‘n dubbele kwantumput SESAM gebruik te maak word Q-geskakelde modusgebonde pulse verkry, teen ‘n gemiddelde uitsetdrywing van 2.7 W en ‘n pulsherhalingstempo van 208 KHz.

The use of photonic crystals for light extraction from light-emitting diodes (LEDs) gives the possibility to shape the farfield emission pattern. This is of particular interest for étendue-limited LED applications that require a more directional farfield than state- of-the-art Lambertian emitters. However, the application of a photonic crystal in a LED results in directional emission only if the photonic crystal and the distribution of guided modes in the LED are tuned correctly. In this thesis, red- and blue-emitting thin-film PhC-LEDs in the AlGaInP and InGaN material systems were modelled, designed, fabricated and characterized. The first experimental results show that light extraction with photonic crystals from AlGaInP thin-film LEDs several microns thick is neither directional nor more efficient than state-of-the-art LEDs with a rough surface structure. Directional light extraction for AlGaInP PhC-LEDs is for the first time demonstrated in much thinner devices where the photonic crystal light extraction of guided modes is combined with the resonant-cavity effect. In an attempt to approach the ideal PhC-LED, strong photonic crystal farfield shaping is demonstrated in InGaN thin-film LEDs of sub-micron thickness. Analysis of their spectral farfields unexpectedly shows that high order diffraction contributes significantly to the light extraction efficiency if the mode absorption is sufficiently low. It is also demonstrated that directional photonic crystal light extraction is possible in InGaN thin-film LEDs several microns thick. The directionality stems from the modulation of the spontaneous emission caused by the proximity of the active region to the bottom mirror. Two new concepts for enhanced light extraction and high directionality are presented: Photonic crystals with two dominating lattice constants are found to outperform conventional photonic crystal LEDs. An alternative approach is the dielectric PhC-LED - FDTD simulations show that the high extraction efficiency of LEDs with surface roughness is combined with the higher directionality of photonic crystal light extraction.

<p>This thesis deals with synthesis and characterization of newoligothiophenes and derivatives thereof, for use as organicsemiconductors in optical and electronic applications, such asfield-effect transistors and light-emitting diodes. Much workis devoted to the development of new synthetic strategies forinteresting building blocks, to beused for synthesizing suchmaterials. One series of regio-defined oligothiophenes, up tothe octamer, has been prepared and evaluated. Photoluminescencequantum efficiencies of these were 22-31 % in solution, butdropped to 2-5 % in the solid state. Another project deals withthe development of oligothiophenes with in-chain chirality.These may find use in polarized lightemitting diodes. Finally,two oligothienyl-substituted porphyrins have been synthesizedand are currently evaluated for use in light-emitting diodesand possibly in solar cells.</p>