This report deals with the possibility of creating a LED light source, to be used withhyperspectral fluorescence imaging. There are commercially available light sources thatcould be used, but they are expensive, they do not necessarily emit the right wavelength, the uniformity of the field is questionable and they are difficult to modify.First a batch of Light emitting diodes were acquired, these were subjected to a seriesof tests to classify their limitations and determine which diodes were to be included in the final light source. A spectrometer was used to determine the emitted wavelength of each diode and which scenarios could change the wavelength of the emitted light. Aphotodiode was used to acquire the viewing angle of the LEDs and their relative radiantpower. Images gathered by a hyperspectral camera were used to determine the relevancyof noise produced by the current source. When the light emitting diodes were chosen,the photodiode was used to make an image of the light field. The final light source wasmounted on the hyperspectral camera to gather fluorescent images.The final tests revealed a fully functional light source with potential to be used on aregular basis, but the current source was too cumbersome and the field was not optimal.These are issues that can be dealt with and this light source can in the future provide a cheap and easily modifiable light source alternative.

This research is entirely devoted to the study and fabrication of structures with periodic dielectric constants, also known as photonic crystals (PhCs). These structures show interesting dispersion characteristics which give them a range of prohibited frequencies that are not allowed to propagate within the crystal. This property makes them suited for a wide array of photonic-based components. One-dimensional photonic crystals are already commercialized and are of widespread use in for example thin-film optics, and two-dimensional PhCs are available in the form of photonic crystal fibers.Much work is being done on the analysis of photonic crystals and their application in various photonic components. In designing any photonic crystal component the properties of the crystal must first be understood and analyzed. By using frequency-domain simulation software we have studied the properties of bulk photonic crystals and designed the ideal structure for confining light of any design wavelength within a three-dimensional photonic crystal slab.Through simulations, the ideal periodicity of the PhC has been found along with its optimal geometry for waveguiding purposes. The study was then extended to three dimensions and the optimal thickness of the PhC slab was found. By using these determined values we were able to properly confine light inside a defect in a photonic crystal structure. This phenomenon allowed us to briefly examine the use of a photonic crystal as a waveguide. This research was then continued by attempting to fabricate such a device. Methods entailing how to create a silicon-on-insulator wafer through plasma enhanced chemical vapor deposition were developed. Profilometry, refractometry and ellipsometry were used to characterize the quality of the SOI wafer. A surface roughness between 1.5-3.5 nm was found. The losses of the amorphous silicon was attempted to be measured through ellipsometry, but the ellipsometer was found incapable for loss meassurements. Better testing methods must therefore be developed.The PhC waveguiding structure is formed thorugh electron-beam lithography, and various thicknesses of photoresist are tested and characterized. Furthermore, various materials were attempted as an etch mask. Polymethyl methacrylate, $SiO_2$, and chromium were all utilized, where only the latter showed good enough selectivity for silicon etching. This lead to using both chromium and $SiO_2$ as the mask of choice. Several etching methods were tested. Both standard wet etching, room-temperature reactive ion etching recipes as well as cryogenic inductively coupled plasma reactive ion etching recipes were employed. Dry etching was found to be of insufficient quality, while the complete isotropy of wet etching rendered it impractical for fine structures needed for a PhC waveguide.The final solution which allowed the formation of the photonic crystal was a stacked structure, using both chromium, oxide, and PMMA throughout the etching process in order to achieve the wanted results. The PMMA was used as an etch mask to imprint the pattern in the oxide layer. The oxide layer was in turn used as an etch mask to imprint the pattern into the chromium, and the chromium served as the final mask to be used during cryogenic silicon etching. The cryogenic silicon etching recipe was characterized and shown to be sufficiently anisotropic as well as having a rather high maximum etch depth. The recipe show an unwanted formation of so-called silicon grass, and a high sidewall roughness is observed. Finally, a complete PhC waveguiding structure with both a grating, a taper, and a silicon waveguide is fabricated. Although they require more work to be optimized, the methods presented in this thesis provide the basis for fabricating a multitude of optical components, not only PhC's.

<p>GaAs/AlGaAs core-shell nanowires (NWs) were grown on GaAs(111)B substrates by Au-assisted molecular beam epitaxy (MBE) to investigate how different Al compositions in the shell influences the structural and optical properties of the NWs. Investigations with a secondary electron microscope (SEM) revealed that an increase in Al content leads to an increase in radial growth rate and a decrease in the axial growth rate of the AlGaAs shell. Low temperature μ-photoluminescence (PL) measurements showed that there was great improvement in the luminescence for the GaAs/AlGaAs core-shell NWs compared to GaAs NWs without shell.</p>

<p>This master's thesis describe electromagnetic simulations of a gallium antimonide (GaSb) light emitting diode, LED. A problem for such devices is that most of the generated light is reflected from the surface due to total internal reflection, and is therefore prevented from coupling out of the semiconductor material. Etching out a 2D photonic crystal grating on the LED surface would put aside the absolute rule of total internal reflection, and could therefore be used to increase the total transmission. The simulation method which was developed was supposed to find geometry parameters for the photonic crystal to optimize the light extraction. A set of plane waves were therefore simulated using FDTD to build an equivalent to the Fresnel equations for the photonic crystal surface. From that the total transmittance and radiation patterns for the simulated geometries were calculated. The results indicated an increase in the transmission properties of up to 70% using a square grating of holes where the holes have a radius of 0.5µm, the hole depth is 0.4µm, and the grating constant is 1µm. A hexagonal grating of holes and a square grating of isotropically etched holes were also simulated, and featured improvements on the same scale, but with different dimensions for the holes. The simulations were computationally very demanding, and the simulation structure therefore had to be highly trimmed to limit the calculation time to reasonable values. This might have reduced the accuracy of the results. Especially the optimum grating constant, and the value of the optimum improvement itself is believed to be somewhat inaccurate.</p>

<p>Sun exposure and climate therapy is an effective treatment for psoriasis. However, even though this treatment gives the patients relief from their discomforting symptoms, it has some potentially dangerous side effects such as an increased risk of skin cancer and premature skin aging. A prospective field study plans to follow the patients undergoing the climate therapy. During this study the UV dose to each patient will be monitored by personal dosimeters worn by the patients. Furthermore the patients' skin spectra acquired by the means of optical spectroscopy will be obtained daily. Both psoriatic skin a unaffected skin will be observed. These data will be used to assess the skin changes which take place during the psoriasis treatment. This project is focused on developing an automatic algorithm for handling bulk spectrometric measurements data and to propose ways of numerically evaluating the skin spectra. These numerical values will be later used to compare the daily patients' spectra and monitor progress of the treatment. An inverse model based on a lookup table and successive iteration was proposed in this project. The model matches the diffuse skin reflectance spectra modeled with a diffuse skin model with the measured patients skin spectra. The measured skin spectra are then defined by the diffuse skin model input parameters which were found by the inverse model. These parameters are oxygenation, blood volume and melanin absorption coefficient. Additionally four indexes were proposed to supplement the parameters found by the inverse model, namely the erythema index, melanin index, hemoglobin index and oxygenation index. Measurements of several skin spectra including psoriatic plaques spectra were carried out and used to test the inverse fitting model performance. The proposed model proved to match the measured spectra in an acceptable form employable for distinguishing between different measured spectra. The highest deviation is at the ends of the spectra due to the use of a constant value of scattering coefficient and additional parameters not directly relevant to sun exposure, hence not considered by the model. The proposed parameters together with the indexes proved to be a viable means of evaluating the healing in the psoriatic plaques as well as determining the changes caused by the sun in normal skin.</p>

<p>Speckle arises when coherent light is reflected from a rough screen and observed by an intensity detector with a finite aperture. Because speckle causes serious image degradation when lasers are used as light sources in e.g. projectors, methods for reducing the speckle contrast need to be developed. Different speckle contrast reduction methods are investigated in this thesis, such as a rotating diffuser and a sinusoidal rotating grating. In addition, speckle simulations with the optical system design software ZEMAX has been explored. A setup consisting of a 4-f imaging system with a rotating diffuser in the Fourier plane was developed in order to decide whether or not it is advantageous to perform speckle reduction in the Fourier plane. Hence, measurement series were performed with the rotating diffuser placed at different positions in the 4-f imaging system for comparison. Measurement series were executed both with an empty object plane and with a lens in it to spread the light in the Fourier plane. Placing a rotating diffuser in the Fourier plane does not appear to be effective for speckle contrast reduction. The last setup investigated was a transmissive spatial light modulator (SLM) placed in the beam path. Sinusoidal rotating gratings created by means of gray levels, to simulate a potential modulator based on a deformable polymer layer, were implemented on the SLM. The gratings were rotated around their centers, and in a spiral in order to reduce the speckle contrast. For the first method the modulator speckle contrast was 34% for N = 18 averaged images, and for the second method it was 31% for N = 36 averaged images, both with a grating period of 4 pixels. Due to the drawbacks of the SLM optimal results were not achieved, but the SLM is useful for a proof-of-concept. Further measurements should be performed for this promising, novel method based on a true sinusoidal grating.</p>

<p>Norges første pulset laser deponerings (PLD) lab ble påbegynt høsten 2005 av NTNU i samarbeid med Sintef og ble ferdigstilt våren 2006. Pulset laser deponering brukes til deponering av komplekse oksider som SrRuO3(SRO) og BaTiO3(BTO), deponeringsmetoden til PLD er en fysikalsk fordampnings deponering. Metoden fungerer ved at pulset laserstråle slår løs targetmateriale som deponeres som en tynnfilm på et nærliggende substrat. PLD laben består av en laser, to deponeringskammere, Sintef og NTNU kontrollerer hvert sitt, optikk for styring av laserstrålen og måleutstyr som strålingstermometer og wattmeter. For å kontrollere PLD parametrene som brukes under deponering brukes det et PC program. All kommunikasjon mellom PC og kammer gjøres gjennom en hylle på RS484 protokollen. Programvare, hylle og kammer er levert av Twente Solid State Technology (TSST). Bestemmelse av vekstparameter for tynnfilmer av henholdsvis SRO og BTO ble gjennomført i begge kammerene. Karakterisering ble gjennomført på alle tynnfilmene ved hjelp av røntgendiffraksjon (XRD) og atomærkraft mikroskopi (AFM). Antall atomlag(N), avstanden mellom atomlagene(c) og full bredde halv maksimum (FWHM) verdien ble funnet ved hjelp av XRD. Ved hjelp av AFM ble kvaliteten til overflaten observert og stegstørrelsen ble bestemt. Ideell veksttemperatur i Sintef kammeret ble funnet ved at SRO tynnfilmer ble grodd ved 5 forskjellige temperaturer 600, 650, 700, 750 og 800 °C. Ut fra resultatene til denne serien ble det bestemt at tynnfilmen grodd ved en temperatur på 700 °C ga best kvalitet. Ved denne temperaturen ble en jevn terrassestruktur observert med en steghøyde på 0,356 nm. Resistansen ble målt til 76 Ω over 2 mm av tynnfilmen, resistans målningene ble foretatt ved hjelp av et multimeter. Vekstparametrene til BTO ble bestemt i NTNU kammeret. Temperaturen ble satt til 700 °C mens laserenergien og oksygentrykket ble forandret. Laserenergien måtte bli redusert med 2 halvbølgeledere for å få effekten lav slik at tynnfilmene ikke ble for tykke, laserenergien ble redusert til 0,18 W. Filmer grodd ved en laserenergi på 0,18 W og trykk på 5∙E-3 mbar produserte tynnfilmer med en jevn overflate. FWHM av BTO filmene varierte mellom 0,02° og 0,03°, som indikerte tynnfilmer av god krystallinks orden.</p>

<p>Metamaterialer har blitt betraktet som et kontroversielt tema siden de ble presentert som en teoretisk mulighet av Viktor Veselago i 1969. I den senere tid har det blitt verifisert at flere fundamentale prinsipper i fysikken og optikken blir reversert eller opphevet som følge av nye ukonvensjonelle egenskaper i passive metamaterialer. Metamaterialene er opphav til nye fenomener som negativ brytning, antiparallelle hastigheter, motsatt dopplereffekt, fase- og dispersjonskompensasjon og reversering av evanescente felt. Et stort antall forbedrede tekniske applikasjoner blir mulig som følge av disse fenomenene. Fellesnevneren for disse er at når naturlige begrensninger i forbindelse med materialet kan oppheves, vil en kunne gjøre store forbedringer med tanke på størrelse, effektivitet, oppløsing og kapasitet. Utfordringer Foreløpig er det en del tekniske utfordringer knyttet til produksjon av metamaterialer i enkeltfrekvenser utover mikrobølgeregionen, og for et bredt spekter av frekvenser. Flere av utfordringene er direkte knyttet til materialene som benyttes, mens andre skyldes manglende teknologi når det gjelder produksjon. Enkelte av disse utfordringene vil trolig kunne løses i nær fremtid, mens andre fremstår som større – og foreløpig uoverkommelige – hindringer. Dagens tilgjengelige metamaterialer produseres hovedsaklig med metall som en viktig bestanddel. Dette betyr at de har virkeområde i mikrobølgespekteret, og er opphav til store tap ved optiske frekvenser. For å kunne realisere metamaterialer i et bredere frekvensspekter og særlig med tanke på det synlige spekteret, er det nødvendig å finne fram til ikke-metalliske materialstrukturer. Dessuten er dagens utforskning av magnetiske metamaterialer i terrahertzspekteret fortsatt langt unna operative løsninger. En økning i spekteret som metamaterialer kan operere i kan oppnås ved en minimalisering av strukturenes byggesteiner. Dette vil øke homogeniteten for en gitt frekvens. Bruksområder I første omgang kan det forventes at metamaterialer vil bli brukt i ulike antenneapplikasjoner. Flere forskningsgrupper arbeider for tiden med å utvikle miniatyrantenner av metamaterialer. Disse vil blant annet kunne bidra til en mer effektiv trådløs kommunikasjon, slik at det for eksempel vil bli mulig å være koblet til internett til enhver tid. Dette blir mulig fordi mikroskopiske antenner kan være festet på chips og sensorer som for eksempel kan være ”online”. Dette vil imøtegå de stadig økende kravene til små mobiltelefoner og andre portable dataenheter, samt kravene til tilgjengelighet av nettverk. Det amerikanske forsvaret arbeider også med å utvikle antenner som kan være med i kampen mot terror. Evnen til å fokusere lys og andre elektromagnetiske bølger har lenge blitt betraktet som den mest lovende egenskapen med metamaterialer. Det vil blant annet kunne føre til en mer effektiv solenergiteknologi. Det vil f. eks. også være med på å øke mengden av informasjon lagret på en CD eller DVD drastisk. Usynlighet er det feltet innen metamaterialer som sannsynligvis ligger lengst unna en realisering. Likevel har usynlighet fascinert menneskene til alle tider, så den teoretiske muligheten til å skape en usynlighetskappe og andre usynlighetskomponenter gjør at temaet får mye oppmerksomhet og omtale. Kommersialisering av forskningsresultater Kommersialisering av forskningsresultater er et nasjonalt og internasjonalt satsningsområde. Det tradisjonelle skillet mellom forsknings- og utdanningsinstitusjonenes grunnforskning og næringslivets interesseområder blir svakere, blant annet på grunn av sterkere internasjonal konkurranse og et større fokus på innovasjon og nytenkning i næringslivet. Regjeringen Stoltenberg II gir i Soria-Moriaerklæringen og i Stortingsmeldingen ”Vilje til forskning” klare signaler om at de ønsker en styrket satsning på forskning og et nærere samarbeid mellom forskningsinstitusjoner og næringslivet. Kommersialisering en krevende prosess, både tidsmessig og økonomisk, og det er derfor nødvendig med en god kommersialiseringsplan for å redusere risiko og øke sjansene for suksess. Veien fra ide til et fullt ut kommersialisert produkt er lang og kronglete med mange hindringer og utfordringer i veien. Ofte dreier det seg om flere parallelle oppgaver; finne riktige partnere, etterprøve ideens bæreevne, utvikle og modne prosjektet, beskytte og markedsføre rettighetene til sine oppfinnelser samt skaffe kapital for å sette ideen i produksjon. Goldsmiths kommersialiseringsmodell Goldsmiths kommersialiseringsmodell er utviklet av professor H. Randall Goldsmith og har oppnådd internasjonal anerkjennelse som et godt redskap for å bistå kommersialiseringsprosessen for avansert teknologi. Modellen deler kommersialiseringsprosessen inn i tre hovedfaser; utredningsfasen, utviklingsfasen og kommersiell fase. De tre fasene består av hhv. 1, 3 og 2 trinn, totalt 6. I hvert trinn skal idéen(e) vurderes og videreutvikles ut fra tre perspektiver; teknologi, marked og virksomhet. Kommersialisering av metamaterialer De ulike fremtidige bruksområdene for metamaterialer er alle tidlig i en kommersialiseringsprosess. Både materialer og konkrete produkter er teoretisk mulig å fremstille, men det finnes foreløpig få prototyper. Forskningen foregår hovedsaklig ved etablerte forsknings- og utdanningsmiljøer, men det kan forventes et tettere samarbeid med aktuelle produsenter og investorer når/hvis de teknologiske hindringene løses. Sannsynligvis vil dette skje i flere miljøer samtidig, og det vil da kunne bli en sterk konkurranse om kommersialiseringen av teknologien. Markedet for en slik teknologi er enormt, og interessen vil utvilsomt være stor hos både investorer og forbrukere. Sjekklister utarbeidet med bakgrunn i Goldsmiths kommersialiseringsmodell, tilpasset kommersialisering av metamaterialer, vil kunne brukes som et rammeverk og en veileder i forbindelse med en slik kommersialiseringsprosess.</p>

<p>I denne Masteroppgaven ble det dannet filmer av BaSnO på substrat av STO og Nb:STO. Filmene ble grodd i serier der parametrene som ble endret var laserfrekvens, lasereffekt(ved 2Hz og 10Hz)og temperaturen til substratet(ved 2Hz og 10Hz). Tykkelsen til de fleste filmene som ble deponert var mellom 200nm-350nm. For substrattemperaturer mellom 500°C-700°C ble det dannet filmer i hva som sannsynligvis er Ruddlesden Popper serien med en maksimal n kalkulert til å være 169 basert på satellittopper funnet i θ-2θ målinger. For filmer med substrattemperaturer i dette området ble det funnet en lineær sammenheng mellom deponeringsraten i Å per sekund og n i Ruddlesden Popper serien. Det ble funnet at den laveste temperaturen som en krystallinsk film kan bli dannet på minker når laserfrekvensen reduseres. Ved en laserfrekvens på 2Hz ble det dannet krystallinske filmer ned mot substrattemperaturer på 450°C. Ingen filmer ble forsøkt dannet under denne temperaturen og 450°C danner derfor ikke ingen nedre grense for vekst av krystallinske filmer av BaSnO. XPS målinger av filmene i laserfrekvensserien viser et fallende Ba/Sn forhold når høyden på lagene i filmene øker, i samsvar med hva man forventer i Ruddlesden Popper serien. Det ble også foretatt SIMS målinger av 3 filmer i laserfrekvensserien som avslørte at forholdet mellom Ba og Sn er stabilt igjennom hele filmen. SIMS målingene avslørte også Strontium forurensninger i ildematerialet og i filmene. For filmer med substrattemperaturer rundt 780°C ble satellittoppene svakere, muligens på grunn av en overgang fra 2D vekst til 3D vekst. Når laserenergien ved denne temperaturen ble senket ble det dannet filmer av hva som mest sannsynlig er 113 fasen til BaSnO. Det ble foretatt lekkasjestrømmålinger av en film i Ruddlesden Popper serien og lekkasjestrømmer på 1 A/ ble funnet. Det ble også foretatt annealing ved 400°C og 800°C på en av filmene. Dette reduserte intensiteten til satellittoppene i θ-2θ målingene litt da Ruddlesden Popper enhetscellene da går fra å stå ut av planet til å ligge i planet på filmen.</p>

<p>Tynnfilmepitaksi ved pulset laserdeponering av SrRuO3 på TiO2-terminert (001)-orientert SrTiO3-substrat, er i dette arbeidet undersøkt over et stort spekter av deponeringssystemets vekstparametere. Veksten er overvåket ved in situ målinger med elektronstrålediffraksjon (RHEED). Det er vist at tilnærmet perfekt epitaksi er mulig i flere begrensede områder i parameterrommet, der reproduserbarhet hovedsakelig er begrenset av parameterne trykk og temperatur. Resultatene antyder at dette har sammenheng med at kravet til nøyaktig reprodusering av ablasjonsforhold vil variere avhengig av hvor, i spekteret av trykk og temperatur, veksten foregår. Arbeidet omfatter også en undersøkelse av instrumentering. Optimalisering av temperaturmålinger med pyrometer, limeprosedyre og innstilling av laserenergitetthet på target er gjort. Resultater fra denne undersøkelsen viser at deponeringstemperaturen er reproduserbar med ±13 °C og at laserenergi-tettheten på target er usikker. En rekke tiltak som kan minimere usikkerheten i laserenergitettheten er gjennomgått.</p>