The need for navigation in hypertext requires cognitive resources, and this can result in disorientation and cognitive overhead. So, information retrieval and text comprehension are impaired. It is not possible to construct a coherent mental representation of text content (situation model), which is essential for text comprehension. The question is, how can, based on hypertext studies and knowledge about text comprehension, suggestions for hypertext design be found. In this study, the influence of different navigation possibilities and linking structures of hypertext on orientation problems, text comprehension, and efficiency of information retrieval was investigated. First, linear text and hierarchic structured hypertext with a graphical overview over the text structure were compared. Furthermore, text comprehension processes were focused more intensively. Therefore, the influence of the coherence of linking structure and of working memory load on interaction with the text, text comprehension, and efficiency of information retrieval was investigated. Results show that disadvantages of hypertext concerning orientation problems can be compensated with the aid of a graphical overview which is usable for navigation. This orientation and navigation aid is also an advantage for the speed of information retrieval. In contrast, for text comprehension coherence of the linking of individual text nodes plays an essential role. Only if hypertext is constructed in a way that a coherent reading sequence is suggested to the reader, the user is able to construct a coherent mental representation about the text content. It becomes apparent that different tasks, in this case reading a text vs. information retrieval, make different demands to hypertext. To some extend, the results were only shown with high working memory load, which shows the influence of cognitive resources. / Die Notwendigkeit der Navigation in Hypertexten beansprucht kognitive Ressourcen und führt leicht zu einer Desorientierung und einer kognitiven Überlastung. Sie erschwert damit das Auffinden von Informationen und beeinträchtigt das Verstehen des Textes, d.h. es kann keine kohärente mentale Repräsentation über den Textinhalt (Situationsmodell) aufgebaut werden, was jedoch in der Textverstehensforschung als zentraler Punkt des Verstehens betrachtet wird. Die Frage ist nun, wie aus den bisherigen Erkenntnissen zu Hypertexten und aus dem Wissen über Textverstehensprozesse Hinweise für eine optimale Hypertextgestaltung abgeleitet werden können. In der vorliegenden Arbeit wurde dazu der Einfluss verschiedener Navigationsmöglichkeiten und der Verknüpfungsstruktur von Hypertexten auf die Probleme des Nutzers beim Umgang mit dem Hypertext und auf das Textverstehen bzw. den Wissenserwerb und die Effizienz der Informationssuche untersucht. Zunächst wurde dazu ein Vergleich von linear verknüpftem Text und einem hierarchisch strukturierten Hypertext mit einer graphischen Übersicht über die Textstruktur vorgenommen. Weiterhin wurden verstärkt die Textverstehensprozesse beim Umgang mit Hypertext betrachtet. Dazu wurde der Einfluss des Kohärenzgrades der Verknüpfung des Textes und der Arbeitsgedächtnisbelastung auf den Umgang mit dem Text, das Textverstehen und die Effizienz der Informationssuche untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die Nachteile des Hypertextes hinsichtlich der Orientierungsprobleme durch eine navigierbare graphische Übersicht über die Textstruktur kompensiert werden können. Diese Strukturierungs- und Navigationshilfe erweist sich auch als Vorteil für die Schnelligkeit der Informationssuche. Für das Textverstehen hingegen spielt die Kohärenz der Verknüpfung der einzelnen Textknoten eine zentrale Rolle. Nur wenn der Hypertext so strukturiert ist, dass dem Nutzer eine zeitlich kohärente Leseweise nahegelegt wird, ist der Nutzer auch in der Lage, eine kohärente mentale Repräsentation über den Textinhalt aufzubauen. Es zeigt sich deutlich, dass unterschiedliche Aufgaben, hier Lesen eines Textes vs. Suchen nach Informationen, unterschiedliche Anforderungen an Hypertexte stellen. Teilweise werden die gezeigten Ergebnisse erst unter einer erhöhten Arbeitsgedächtnisbelastung deutlich, was den Einfluss kognitiver Ressourcen deutlich macht.

Die vorliegende Arbeit behandelt den Einfluss eines Defekt-induzierten, intrinsischen, statischen Unordnungspotentials innerhalb einer planaren, ZnObasierten Mikrokavität (MK) auf die lokale Dichteverteilung eines darin erzeugten, dynamischen Exziton-Polariton Bose-Einstein-Kondensats (BEK). Dies ist von Interesse, da die derzeitigen, z.B. GaN- oder ZnO-basierten MK, welche die Erzeugung von Exziton-Polariton BEKs bei Raumtemperatur ermöglichen und daher für zukünftige Anwendungen in realen Bauelementen geeignet erscheinen, durch eine hohe Defektdichte gekennzeichnet sind. Mit Hilfe eines eigens dafür aufgebauten Michelson-Interferometers wurde die Kohärenzzeit des Exziton-Polariton BEKs ermittelt, welche die Lebenszeit der einzelnen, unkondensierten Polaritonen um einen Faktor 140 übersteigt. Somit konnte das untersuchte, quantenmechanische System als zeitlich koh ärentes Kondensat identifiziert werden, da die Kohärenz während des stetigen Zerfalls und der Neubildung der einzelnen Polaritonen erhalten bleibt. Weiterhin wurden durch Unordnung hervorgerufene Dichtefluktuationen innerhalb des Polariton-Kondensats untersucht, welche in Form von Intensitäts- Fluktuationen in der Fernfeldverteilung der BEK-Emission beobachtet wurden. Dazu wurde der experimentelle Datensatz einer anregungsleistungsabhängigen Photolumineszenzuntersuchung analysiert. Dabei wurde festgestellt, dass die beobachteten Intensitätsfluktuationen über einen großen Anregungsleistungsbereich stabil bleiben, und zwar bis zum 20-fachen Wert der Schwellenleistung, welche für die Erzeugung des Polariton-BEKs nötig ist. Dies deutet auf eine gleichbleibende, durch Unordnung hervorgerufene, lokale Dichtevariation des BEKs trotz steigender Gesamtteilchendichte hin, was im starken Widerspruch zum theoretisch vorausgesagtem und experimentell gefundenem Verhalten von Kondensaten im thermischen Gleichgewicht steht. Die hier vorliegenden experimentellen Befunde konnten anhand eines Vergleichs mit numerischen Simulationen, basierend auf einem neu entwickelten theoretischem Modell, auf das Zusammenspiel des vorliegenden Unordnungspotentials und des Nicht-Gleichgewichtscharakters der untersuchten Exziton-Polariton Kondensate zurückgeführt werden. Dies verursacht dichteunabhängige Phasenfluktuationen innerhalb des Kondensats, welche die beobachteten Fluktuationen in der Fernfeldverteilung der Emission hervorrufen.:1 Introduction 1 2 Physical Basics 9 2.1 Distributed Bragg Reflectors (DBRs) . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.2 Microcavities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.3 Light-Matter-Coupling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.3.1 Weak Coupling Regime (WCR) . . . . . . . . . . . . . . 15 2.3.2 Strong Coupling Regime (SCR) . . . . . . . . . . . . . . 16 2.4 Bose-Einstein Condensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.4.1 Mean-Field Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.4.2 Review of Research on Disorder Effects on Polariton Condensates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.5 Coherence Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.5.1 Ideal Light Source . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.5.2 Real Light Source . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.5.3 Wiener-Khinchin Theorem (WKT) . . . . . . . . . . . . 36 I Experimental Observations 39 3 The ZnO-based Microcavity - Review of the known Properties 41 3.1 Sample . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 3.1.1 Fabrication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 3.1.2 Microstructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3.2 Bose-Einstein Condensation of Exciton-Polaritons . . . . . . . . 45 3.3 Conclusion and remaining Problems . . . . . . . . . . . . . . . . 52 4 Coherence Spectroscopy 53 4.1 Micro-Photoluminescence Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 i 4.1.1 Excitation Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 4.1.2 Detection Units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 4.2 Michelson Interferometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 4.2.1 Experimental Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 4.2.2 Determination of First Order Correlation Function . . . . 62 4.3 Performance of the Interferometer . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 5 Experimental Characterization of Bose-Einstein Condensates 69 5.1 Threshold Power Density for Polariton Condensation . . . . . . 70 5.2 Determination of Coherence Time . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 5.3 Inhomogeneous Emission Profile . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 5.3.1 Analysis of individual Energy Branches . . . . . . . . . . 85 5.3.2 Origin of disorder potential . . . . . . . . . . . . . . . . 93 5.4 Summary of Experimental Results . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 II Theoretical Predictions 105 6 Disorder Effects on an equilibrium BEC 109 7 Overview of the Theoretical Analysis of quasi-equilibrium and non-equilibrium BEC 113 7.1 Model for extended Gross-Pitaevskii equation including Gain and Loss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 7.2 Disorder Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 8 Numerical Simulations 125 8.1 Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 8.2 Choice of Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 8.3 Results for both Scenarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 8.4 Comparison with Experimental Data . . . . . . . . . . . . . . . 132 9 Summary of Part II 139 III Summary and Outlook 141 A Appendix 149 A.1 Alignment Procedure for the Michelson Interferometer . . . . . 149 A.2 Performance of the Interferometer . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 A.2.1 Methods and Concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 A.2.2 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 A.2.3 Impact of Experimental Artifacts . . . . . . . . . . . . . 175 A.3 Impact of Noise on the evaluated Visibility . . . . . . . . . . . . 182 A.4 FFT Analysis of Far-Field BEC Emission Pattern . . . . . . . . 185 Acknowledgement 203 Curriculum vitae 205 declaration 206 List of own and contributed articles 207

The phenomena of coherence and localization have gained enormous research interest during the past decades. Theoretical predictions of localization have been confirmed recently in a variety of experiments in the fields of condensed matter physics and optics. We consider the widely employed model of the one-dimensional discrete nonlinear Schrödinger equation which allows for the investigation of localization of linear and nonlinear waves. We establish a generic connection between coherence and localization by showing that localized solutions are necessarily coherent. The effects of a loss of coherence are investigated numerically by applying random dephasing. The onset of a diffusive spreading regime is observed as a generic feature for persistent dephasing, which eventually destroys localization. After finite integration times maximal delocalization is achieved for a certain rate and strength of dephasing, resulting from the competition between destroying the initial wave packet on the one hand and not suppressing spreading too much on the other. When dephasing is switched off at a certain time, a loss or gain of coherence in linear wave packets directly corresponds to delocalization or stronger localization. This leads to stable partially coherent wave packets. In contrast, localization of nonlinear waves after dephasing is connected to the efforts of establishing complete coherence, at least for asymptotically long times. On intermediate time scales, however, various interesting partially coherent regimes can be observed. / Die Phänomene von Kohärenz und Lokalisierung haben sich in den letzten Jahrzehnten zum Schwerpunkt zahlreicher Forschungsinteressen entwickelt. Erst kürzlich wurden theoretische Vorhersagen von Lokalisierung in verschiedensten Experimenten in den Bereichen der Festkörperphysik und Optik bestätigt. In dieser Arbeit wird das häufig angewendete Modell der eindimensionalen diskreten nichtlinearen Schrödingergleichung betrachtet, welches die Untersuchung der Lokalisierung von linearen und nichtlinearen Wellen ermöglicht. Eine generelle Verbindung zwischen Kohärenz und Lokalisierung wird gezeigt, wonach lokalisierte Lösungen notwendigerweise kohärent sind. Die Auswirkungen eines Verlustes von Kohärenz werden numerisch durch Anwendung unterschiedlicher Methoden eines zufälligen Dephasierens untersucht. Ein permanentes Dephasieren führt stets zum Auftreten eines diffusiven Regimes, welches letztlich die Zerstörung von Lokalisierung bedingt. Nach einer endlichen Integrationszeit wird jedoch eine maximale Delokalisierung nur durch eine bestimmte Rate und Stärke des Dephasierens bewirkt, resultierend aus einem Wettstreit zwischen möglichst schneller Zerstörung des ursprünglichen Wellenpaketes auf der einen Seite und nicht zu starker Behinderung des Zerfließens auf der anderen. Wird das Dephasieren nach einer bestimmten Zeit abgeschaltet, so entspricht ein folglicher Verlust oder Zugewinn an Kohäarenz in einem linearen Wellenpaket direkt einem Verlust oder Zugewinn von Lokalisierung. Dabei treten im allgemeinen stabile teil-kohärente Wellenpakete auf. Im Gegensatz dazu ist Lokalisierung nichtlinearer Wellenpakete stets mit den Bemühungen verbunden, vollständige Kohärenz wiederherzustellen, zumindest für asymptotisch lange Zeiten. Auf mittleren Zeitskalen können jedoch verschiedene interessante teil-kohärente Strukturen beobachtet werden.

Systems for high performance computing are getting increasingly complex. On the one hand, the number of processors is increasing. On the other hand, the individual processors are getting more and more powerful. In recent years, the latter is to a large extent achieved by increasing the number of cores per processor. Unfortunately, scientific applications often fail to fully utilize the available computational performance. Therefore, performance analysis tools that help to localize and fix performance problems are indispensable. Large scale systems for high performance computing typically consist of multiple compute nodes that are connected via network. Performance analysis tools that analyze performance problems that arise from using multiple nodes are readily available. However, the increasing number of cores per processor that can be observed within the last decade represents a major change in the node architecture. Therefore, this work concentrates on the analysis of the node performance. The goal of this thesis is to improve the understanding of the achieved application performance on existing hardware. It can be observed that the scaling of parallel applications on multi-core processors differs significantly from the scaling on multiple processors. Therefore, the properties of shared resources in contemporary multi-core processors as well as remote accesses in multi-processor systems are investigated and their respective impact on the application performance is analyzed. As a first step, a comprehensive suite of highly optimized micro-benchmarks is developed. These benchmarks are able to determine the performance of memory accesses depending on the location and coherence state of the data. They are used to perform an in-depth analysis of the characteristics of memory accesses in contemporary multi-processor systems, which identifies potential bottlenecks. However, in order to localize performance problems, it also has to be determined to which extend the application performance is limited by certain resources. Therefore, a methodology to derive metrics for the utilization of individual components in the memory hierarchy as well as waiting times caused by memory accesses is developed in the second step. The approach is based on hardware performance counters, which record the number of certain hardware events. The developed micro-benchmarks are used to selectively stress individual components, which can be used to identify the events that provide a reasonable assessment for the utilization of the respective component and the amount of time that is spent waiting for memory accesses to complete. Finally, the knowledge gained from this process is used to implement a visualization of memory related performance issues in existing performance analysis tools. The results of the micro-benchmarks reveal that the increasing number of cores per processor and the usage of multiple processors per node leads to complex systems with vastly different performance characteristics of memory accesses depending on the location of the accessed data. Furthermore, it can be observed that the aggregated throughput of shared resources in multi-core processors does not necessarily scale linearly with the number of cores that access them concurrently, which limits the scalability of parallel applications. It is shown that the proposed methodology for the identification of meaningful hardware performance counters yields useful metrics for the localization of memory related performance limitations.

Die Bezugnahme auf bereits in den Diskurs eingeführte Referenten durch Anaphern stellt ein zentrales Mittel zur Etablierung referenzieller Kohärenz dar. Der Gebrauch anaphorischer Referenzausdrücke hängt dabei mit dem Grad der Zugänglichkeit der mentalen Repräsentation eines Diskursreferenten zusammen: Referenzausdrücke wie Pronomen spiegeln beispielsweise einen hohen Zugänglichkeitsgrad wider, wohingegen Referenzausdrücke wie Nominalphrasen und Eigennamen einen niedrigeren Zugänglichkeitsgrad signalisieren (u.a. Ariel, 1990). Der relative Zugänglichkeitsgrad von Diskursreferenten wird dabei von verschiedenen Zugänglichkeitsfaktoren auf unterschiedlichen sprachlichen Ebenen beeinflusst (für einen Überblick: Arnold, 2010). Diese Dissertation beschäftigt sich mit dem Erwerb referenzieller Kohärenz durch deutschsprachige Kinder. Dabei geht es sowohl um die Verarbeitung als auch um die Produktion anaphorischer Referenzausdrücke. Zum einen stellt sich hierbei die Frage, inwiefern Kinder in der Lage sind, anaphorische Referenzausdrücke als Hinweis auf den Grad der Zugänglichkeit von Diskursreferenten online zu verarbeiten und offline zu interpretieren. Zum anderen wird untersucht, inwiefern Kinder beim Gebrauch anaphorischer Referenzausdrücke den relativen Zugänglichkeitsgrad von Diskursreferenten in narrativen Textproduktionen berücksichtigen. Um zu überprüfen, auf welche Weise sich Kinder hierbei von Erwachsenen unterscheiden, werden die Ergebnisse der kindlichen Gruppe jeweils mit denen einer erwachsenen Kontrollgruppe verglichen. Die Ergebnisse der Untersuchungen in dieser Arbeit zeigen, dass deutschsprachige Kinder sowohl bei der Verarbeitung als auch bei der Produktion von anaphorischen Referenzausdrücken sensibel auf den relativen Zugänglichkeitsgrad von Diskursreferenten reagieren: Drei- bis vierjährige Kinder bevorzugen bei der Online-Verarbeitung Personalpronomen gegenüber wiederholten Eigennamen, wenn sich diese auf höchst zugängliche Diskursreferenten beziehen (Experiment 1, Eyetracking). Dies wird als Hinweis darauf gewertet, dass sie verstehen, dass sich gewisse Ausdrücke besser als andere dazu eignen, auf höchst zugängliche Diskursreferenten zu verweisen. Zudem berücksichtigen neun- bis zehnjährige Kinder bei der Produktion anaphorischer Referenzausdrücke in narrativen Textproduktionen lokale und globale Zugänglichkeitsfaktoren (Studie, Bildergeschichte). Als lokaler Zugänglichkeitsfaktor wird hier die referenzielle Funktion (Erhalt vs. Wiederaufnahme) betrachtet; der Charaktertyp (Hauptcharakter vs. Nebencharakter) repräsentiert hingegen einen globalen Zugänglichkeitsfaktor (Vogels, 2014). In Übereinstimmung mit den Präferenzen Erwachsener benutzen die Kinder überwiegend Pronomen zum Erhalt und Nominalphrasen zur Wiederaufnahme von Diskursreferenten. Ein Unterschied zu den Erwachsenen besteht jedoch im Hinblick auf den globalen Zugänglichkeitsfaktor des Charaktertyps: Anders als die Erwachsenen verweisen die Kinder vorzugsweise mit Pronomen auf Hauptcharaktere und mit Nominalphrasen auf Nebencharaktere. Erwachsene scheinen den globalen Zugänglichkeitsfaktor des Charaktertyps hingegen erst dann zu berücksichtigen, wenn lokale Diskursanforderungen erfüllt sind. Dies legt nahe, dass Kinder Zugänglichkeitsfaktoren zum Teil anders gewichten als Erwachsene. Für eine ähnliche Interpretation spricht auch das Verhalten acht- bis neunjähriger Kinder bei der Online-Verarbeitung von Personalpronomen und definiten Nominalphrasen (Experiment 2, Eyetracking). Während die Erwachsenen Personalpronomen gegenüber Nominalphrasen bevorzugen, wenn sich diese in der Funktion des Topikerhalts auf höchst zugängliche Diskursreferenten beziehen, zeigen die Kinder keinen Unterschied in ihrem Blickverhalten in Bezug auf diese beiden referenziellen Ausdrucksformen. Dies spricht dafür, dass die Kinder die informationsstrukturelle Funktion dieser beiden Referenzausdrücke im Gegensatz zu den Erwachsenen unberücksichtigt lassen. Obwohl Kinder bei der Verarbeitung und Produktion anaphorischer Referenzausdrücke bereits vielfach den relativen Zugänglichkeitsgrad von Diskursreferenten berücksichtigen, scheint der Erwerb anaphorischer Referenz auch noch am Ende der Grundschule nicht abgeschlossen zu sein.

Die Off-Axis-Elektronenholographie ist eine interferometrische Methode zur experimentellen Bestimmung von relativen Phasenschiebungen einer Elektronenwelle. Der Zugang zu diesen Phasenschiebungen ermöglicht z.B. die Bestimmung von intrinsischen elektrischen und magnetischen Feldern eines Objektes im Nanometerbereich. Für eine quantitative Interpretation der Resultate ist die Kenntnis des Rauschens der holographisch rekonstruierten Größen von hoher Bedeutung. In dieser Arbeit wird ein allgemeiner Formalismus abgeleitet, der den Rauschtransfer vom detektierten Hologramm in die rekonstruierten Amplituden- und Phasenbilder beschreibt. Anhand zielgerichteter Experimente wird dieser Formalismus unter Berücksichtigung von gemessenen Rauscheigenschaften des Detektors verifiziert. Im Zuge dessen wird eine experimentelle Methode entwickelt, die es erlaubt, durch Serienaufnahmen und Mittelungsprozeduren das Signal-zu-Rauschverhältnis in den holographischen Resultaten bei gleichbleibender Ortsauflösung erheblich zu verbessern. Daran knüpft sich eine Vielzahl von Anwendungen an, welche in dieser Arbeit in Auszügen aufgeführt werden. Die Grundlage für all diese Experimente besteht in den Welleneigenschaften des Elektrons, welche in der Interferenzfähigkeit (Kohärenz) des Elektrons zum Ausdruck kommen. Elektronen, welche unelastisch an einem Objekt streuen, verlieren diese Eigenschaft und es stellt sich die Frage, ob aus diesem Verlust zusätzliche Informationen über den Streuprozess bzw. über das Objekt selbst gewonnen werden können. Eine Größe, die neben der Intensität auch die Kohärenz der Elektronen beschreibt, ist die reduzierte Dichtematrix. Das motiviert, die Methode der Off-Axis-Elektronenholographie in der Sprache der Dichtematrizen zu formulieren und eine allgemeine Übertragungstheorie für ein holographiefähiges Transmissionselektronenmikroskop abzuleiten. Diese Theorie umfasst alle bisher bekannten Phänomene im Rahmen der Elektronenholographie und bietet darüber hinaus neue instrumentelle Ansätze zur Optimierung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses und zur Überwindung auflösungsbegrenzender Aberrationen. Vor diesem Hintergrund wird weiterhin die Kohärenz von Elektronen mittels energiegefilterter Off-Axis-Elektronenholographie untersucht, welche unelastisch an Siliziumoberflächen streuen und charakteristische Oberflächenplasmonen anregen. Für die Interpretation der Resultate werden zwei Modelle für die Dekohärenz des Elektrons infolge der Wechselwirkung mit einer Objektoberfläche entwickelt und unter Berücksichtigung der Aberrationen des Energiefilters mit dem Experiment verglichen. / Off-axis electron holography provides access to the relative phase shift of an electron wave and allows the experimental determination of intrinsic electric and magnetic fields within an object at nanometre scale. A quantitative interpretation of the results requires the knowledge about the noise in the reconstructed data. In this work, a general formalism is derived describing the transfer of noise from an experimental hologram into reconstructed amplitude and phase images. Concerted experiments verify this formalism under consideration of measured noise properties of the detector. In this frame, a method based on series acquisition and averaging is developed to improve significantly the signal-to-noise ratio of the reconstructed amplitude and phase images at constant spatial resolution. The usefulnes of this method is demonstrated by selected experimental examples from the materials sciences. The capability to show interference, i.e. to be coherent, is a consequence of the electron's wave nature and provides the fundament for all applications of electron holography. By inelastic interaction with the object, the electron loses coherence and the question comes up, whether this loss mechanism contains additional information about the scattering process or even about the object itself. The reduced density matrix is introduced as a suitable quantity describing both intensity and coherence of scattered electrons. That motivates to formulate off-axis electron holography in the language of density matrices and to derive a general transfer theory for this quantity in a holography-dedicated transmission electron microscope. This theory reproduces all known phenomena related to off-axis electron holography and provides new instrumental approaches to improve the signal-to-noise ratio and to overcome resolution limiting aberrations. In this context, the coherence of electrons, which are inelastically scattered by silicon surfaces and have excited characteristic surface plasmons, is investigated by energy-filtered electron holography. For the interpretation of the experimental results, two models are developed for the decoherence of the electron by interaction with an object surface and are compared to the experiment under consideration of the aberrations of the energy-filter.

The research aims to assess the current groundwater resources management in Bac Lieu province. The combination of descriptive statistic and interview approach (including individual interview and key informant panel) were applied based on the principles of water governance framework developed by the Organization of Economic Co-operation and Development (OECD) to assess the policy coherence and the transparency and stakeholder engagement of the groundwater management. The study showed that the current groundwater resources management improved overtime; however, the policies were not completely sufficient and the responsibility of the units related to the groundwater resources management was not indicated clearly yet. Thus, overlaps in function of different management units are found and the access of the local people to the groundwater management was limited. In addition, the stakeholder involvement in managing the groundwater resources was in short of both amount and qualification. The separation of powers seems to be higher and higher, the local government has the main responsibility to manage the groundwater and the communities, especially the local people still have low rate of participation in the groundwater resources management process. / Nghiên cứu được thực hiện nhằm đánh giá hiện trạng quản lý nguồn tài nguyên nước dưới đất (NDĐ) tại tỉnh Bạc Liêu. Sự kết hợp giữa phương pháp thống kê mo tả va phương pháp phỏng vấn (bao gồm phỏng vấn cá nhân và phỏng vấn chuyên gia)dựa trên những quy định về quản trị tài nguyên nước của Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế (OECD – Organization for Economic Cooperation and Development) được áp dụng để đánh sự chặt chẽ của các chính sách quản lý, sự minh bạch của công tác quản lý và sự tham gia của các bên có liên quan. Kết quả cho thấy, cơ chế quản lý nguồn tài nguyên NDĐ đã và đang dần hoàn thiện, song các chính sách quản lý vẫn còn chưa đầy đủ và trách nhiệm của các đơn vị quản lý vẫn chưa được quy định rõ ràng. Vì vậy, đến nay công tác quản lý còn phát sinh sự chồng chéo và thiếu sự phối hợp giữa các cơ quan chức năng có liên quan cũng như sự liên kết giữa cơ quan quản lý địa phương và người sử dụng tài nguyên NDĐ. Thêm vào đó, các bên có liên quan tham gia vào quản lý nguồn tài nguyên NDĐ còn hạn chế về cả số lượng và năng lực, trong đó chính quyền địa phương là đơn vị quản lý chính; do vậy, sự tập trung quyền hạn vào một chủ thể (chính quyền địa phương) là rất cao và sự tham gia của cộng đồng, đặc biệt là người sử dụng NDĐ, còn hạn chế.

Die Messung ultrakurzer Laserpulse ist ein Eckpfeiler der ultraschnellen Laserphysik, da die Gültigkeit eines Experiments von der Glaubwürdigkeit seiner Messtechnik abhängt. Etablierte Puls-Charakterisierungstechniken beruhen jedoch häufig auf einer Mittelung über viele Pulse. Daher können sie falsche Informationen liefern, wenn die zeitliche Form von Puls zu Puls variiert. Diese Dissertation bietet Strategien zum sicheren Erfassen und Messen einer Degradierung der Puls-Kohärenz mit Hilfe von frequenzaufgelöstem optischem Gating (FROG), spektraler Phaseninterferometrie für die direkte Rekonstruktion elektrischer Felder (SPIDER) und Dispersionsscan (D-scan). Zu diesem Zweck werden Verbesserungen der Charakterisierungstechniken entwickelt. Die in dieser Arbeit entwickelten neuen Werkzeuge eröffnen nun einen Weg zur Untersuchung der Degradierung der Inter-Puls-Kohärenz, was eine zuverlässige Ultrakurzpulsmetrologie ermöglicht und das zuvor nicht nachweisbare Problem der Pulsfolgeninstabilität löst. / The measurement of ultrashort laser pulses is a cornerstone of ultrafast laser physics, as the validity of any experiment depends on the credibility of its measurement technique. However, established pulse characterization techniques often rely on averaging over many pulses. Therefore, they can return incorrect information if the temporal shape varies from pulse to pulse. This thesis provides strategies to safely detect and measure interpulse coherence degradation, using frequency-resolved optical gating (FROG), spectral phase interferometry for direct electric-field reconstruction (SPIDER), and dispersion scan (d-scan). To this end, improvements of the characterization techniques themselves are devised. The set of new tools developed in this thesis now opens up an avenue for the investigation of interpulse coherence degradation, leading to a more reliable ultrashort pulse metrology and solving the previously undetectable problem of pulse train instability.

A multitude of processes cooperate to produce the sensation of sound. The key initial step, the transformation from mechanical motion into an electrical signal, takes place in highly specialized mechanosensitive organelles that are called hair bundles due to their characteristic appearance. Each hair bundle comprises many apposed cylindrical stereocilia that are located in a liquid-filled compartment of the inner ear. The viscous liquid surrounding the hair bundle dissipates energy and dampens oscillations, which poses a fundamental physical challenge to the high sensitivity and sharp frequency selectivity of hearing. To understand the structure-function relationship in this complex system, a realistic physical model of the hair bundle with an appropriate representation of the fluid-structure interactions is needed to identify the relevant physical effects. In this work a novel approach is introduced to analyze the mechanics of the fluid-structure interaction problem in the inner ear. Because the motions during normal mechanotransduction are much smaller than the geometrical scales, a unified linear system of equations describes with sufficient accuracy the behavior of the liquid and solid in terms of a displacement variable. The finite-element method is employed to solve this system of partial differential equations. Based on data from the hair bundle of the bullfrog's sacculus, a detailed model is constructed that resolves simultaneously the interaction with the surrounding liquid as well as the coupling liquid in the narrow gaps between the individual stereocilia. The experimental data are from high-resolution interferometric measurements at physiologically relevant amplitudes in the range from a fraction of a nanometer to several tens of nanometers and over a broad range of frequencies from one millihertz to hundred kilohertz. Different modes of motion are analyzed and their induced viscous drag is calculated. The investigation reveals that grouping stereocilia in a bundle dramatically reduces the total drag as compared to the sum of the drags on individual stereocilia moving in isolation. The stereocilia in a hair bundle are interconnected by oblique tip links that transmit the energy in a sound to the mechanotransduction channels and by horizontal top connectors that provide elastic coupling between adjacent stereocilia. During hair-bundle deflections, the tip links induce additional drag by causing small but very dissipative relative motions between stereocilia; this effect is offset by the horizontal top connectors that restrain such relative movements, assuring that the hair bundle moves as a unit and keeping the total drag low. In the model the stiffness of the links, the stiffness of the stereocilia, and the geometry are carefully adjusted to match experimental observations. The references are stiffness and drag measurements, as well as the coherence measurements for the bundle's opposite edges, both with and without the tip links. The results are further validated by a comparison with the relative motions measured in a sinusoidally stimulated bundle for the distortion frequencies at which movements are induced by the nonlinearity imposed by channel gating. The model of the fluid-structure interactions described here provides insight into the key step in the perception of sound and the method presented provides an efficient and reliable approach to fluid-structure interaction problems at small amplitudes. / Bei der Hörwahrnehmung eines Klangs spielen viele komplexe Prozesse zusammen. Der Schlüsselprozess, die Umwandlung mechanischer Schwingungsbewegung in elektrische Signale, findet in den Haarbündeln im Innenohr statt. Diese Haarbündel sind hoch entwickelte mechanosensitive Organellen, bestehend aus vielen nahe beieinander stehenden Stereozilien umgeben von Flüssigkeit. Die beträchtliche Viskosität dieser Flüssigkeit führt zur Energiedissipation und zur Schwingungsdämpfung, was im Gegensatz zur bekannten hohen Empfindlichkeit und der ausgezeichneten Frequenzselektivität der Hörwahrnehmung steht. Um die Komponenten des Haarbündelsystems in ihrem funktionalen Zusammenspiel besser zu verstehen, bedarf es eines wirklichkeitsgetreuen Modells unter Einbeziehung der Wechselwirkung zwischen Flüssigkeit und Struktur. Mit dieser Arbeit wird ein neuer Ansatz vorgestellt, um die Mechanik der Fluid-Struktur-Wechselwirkung im Innenohr zu analysieren. Da die Bewegungen bei der normalen Mechanotransduktion wesentlich kleiner als die geometrischen Abmessungen sind, ist es möglich, das Verhalten von Fluid und Struktur in Form der Verschiebungsvariable in einem linearen einheitlichen System von Gleichungen ausreichend genau zu beschreiben. Dieses System von partiellen Differentialgleichungen wird mit der Finite-Elemente-Methode gelöst. Basierend auf experimentell ermittelten Daten vom Haarbündel des Ochsenfrosches wird ein detailliertes Modell erstellt, welches sowohl die Interaktion mit der umgebenden Flüssigkeit als auch die koppelnde Flüssigkeit in den engen Spalten zwischen den einzelnen Stereozilien erfasst. Die experimentellen Daten sind Ergebnisse von hochauflösenden interferometrischen Messungen bei physiologisch relevanten Bewegungsamplituden im Bereich von unter einem Nanometer bis zu mehreren Dutzend Nanometern, sowie über einen breiten Frequenzbereich von einem Millihertz bis hundert Kilohertz. Das Modell erlaubt die Berechnung der auftretenden viskosen Widerstände aus der numerischen Analyse der verschiedenen beobachteten Bewegungsmoden. Es kann gezeigt werden, dass durch die Gruppierung zu einem Bündel der Gesamtwiderstand drastisch reduziert ist, im Vergleich zur Summe der Widerstände einzelner Stereozilien, die sich individuell und unabhängig voneinander bewegen. Die einzelnen Stereozilien in einem Haarbündel sind durch elastische Strukturen mechanisch miteinander verbunden: Die Energie des Schalls wird durch schräg angeordnete sogenannte Tiplinks auf die mechanotransduktiven Kanäle übertragen, wohingegen horizontale Querverbindungen die Stereozilien direkt koppeln. Während der Haarbündelauslenkung verursachen die Tiplinks zusätzlichen Widerstand durch stark dissipative Relativbewegungen zwischen den Stereozilien. Die horizontalen Querverbindungen unterdrücken diese Bewegungen und sind dafür verantwortlich, dass sich das Haarbündel als Einheit bewegt und der Gesamtwiderstand gering bleibt. Die Steifigkeit der Stereozilien und der Verbindungselemente sowie deren Geometrie sind in dem Modell sorgfältig angepasst, um eine Übereinstimmung mit den Beobachtungen aus verschiedenen Experimenten zu erzielen. Als Referenz dienen Steifigkeits- und Widerstandsmessungen, sowie Kohärenzmessungen für die gegenüberliegenden Außenkanten des Bündels, die jeweils mit und ohne Tiplinks durchgeführt wurden. Darüberhinaus sind die Ergebnisse durch den Vergleich mit experimentell beobachteten Relativbewegungen validiert, die das Haarbündel infolge von sinusförmiger Anregung bei Distorsionsfrequenzen zeigt. Diese haben ihren Ursprung in dem nichtlinearen Prozess des öffnens von Ionenkanälen. Das entwickelte Modell eines Haarbündels liefert neue Einblicke in den Schlüsselprozess der auditiven Wahrnehmung. Zur Behandlung von Problemen der Fluid-Struktur-Wechselwirkungen bei kleinen Amplituden hat sich der hier ausgearbeitete Ansatz als effizient und zuverlässig erwiesen.

Since Galileo Galilei invented the first thermometer, researchers have tried to understand the complex dynamics of ocean and atmosphere by means of scientific methods. They observe nature and formulate theories about the climate system. Since some decades powerful computers are capable to simulate the past and future evolution of climate.<br><br> Time series analysis tries to link the observed data to the computer models: Using statistical methods, one estimates characteristic properties of the underlying climatological processes that in turn can enter the models. The quality of an estimation is evaluated by means of error bars and significance testing. On the one hand, such a test should be capable to detect interesting features, i.e. be sensitive. On the other hand, it should be robust and sort out false positive results, i.e. be specific. <br><br> This thesis mainly aims to contribute to methodological questions of time series analysis with a focus on sensitivity and specificity and to apply the investigated methods to recent climatological problems. <br><br> First, the inference of long-range correlations by means of Detrended Fluctuation Analysis (DFA) is studied. It is argued that power-law scaling of the fluctuation function and thus long-memory may not be assumed a priori but have to be established. This requires to investigate the local slopes of the fluctuation function. The variability characteristic for stochastic processes is accounted for by calculating empirical confidence regions. The comparison of a long-memory with a short-memory model shows that the inference of long-range correlations from a finite amount of data by means of DFA is not specific. When aiming to infer short memory by means of DFA, a local slope larger than $alpha=0.5$ for large scales does not necessarily imply long-memory. Also, a finite scaling of the autocorrelation function is shifted to larger scales in the fluctuation function. It turns out that long-range correlations cannot be concluded unambiguously from the DFA results for the Prague temperature data set. <br><br> In the second part of the thesis, an equivalence class of nonstationary Gaussian stochastic processes is defined in the wavelet domain. These processes are characterized by means of wavelet multipliers and exhibit well defined time dependent spectral properties; they allow one to generate realizations of any nonstationary Gaussian process. The dependency of the realizations on the wavelets used for the generation is studied, bias and variance of the wavelet sample spectrum are calculated. To overcome the difficulties of multiple testing, an areawise significance test is developed and compared to the conventional pointwise test in terms of sensitivity and specificity. Applications to Climatological and Hydrological questions are presented. The thesis at hand mainly aims to contribute to methodological questions of time series analysis and to apply the investigated methods to recent climatological problems. <br><br> In the last part, the coupling between El Nino/Southern Oscillation (ENSO) and the Indian Monsoon on inter-annual time scales is studied by means of Hilbert transformation and a curvature defined phase. This method allows one to investigate the relation of two oscillating systems with respect to their phases, independently of their amplitudes. The performance of the technique is evaluated using a toy model. From the data, distinct epochs are identified, especially two intervals of phase coherence, 1886-1908 and 1964-1980, confirming earlier findings from a new point of view. A significance test of high specificity corroborates these results. Also so far unknown periods of coupling invisible to linear methods are detected. These findings suggest that the decreasing correlation during the last decades might be partly inherent to the ENSO/Monsoon system. Finally, a possible interpretation of how volcanic radiative forcing could cause the coupling is outlined. / Seit der Erfindung des Thermometers durch Galileo Galilei versuchen Forscher mit naturwissenschaftlichen Methoden die komplexen Zusammenhänge in der Atmosphäre und den Ozeanen zu entschlüsseln. Sie beobachten die Natur und stellen Theorien über das Klimasystem auf. Seit wenigen Jahrzehnten werden sie dabei von immer leistungsfähigeren Computern unterstützt, die das Klima der Erdgeschichte und der nahen Zukunft simulieren. <br><br> Die Verbindung aus den Beobachtungen und den Modellen versucht die Zeitreihen­analyse herzustellen: Aus den Daten werden mit statistischen Methoden charak­teristische Eigenschaften der zugrundeliegenden klimatologischen Prozesse geschätzt, die dann in die Modelle einfliessen können. Die Bewertung solch einer Schätzung, die stets Messfehlern und Vereinfachungen des Modells unterworfen ist, erfolgt statistisch entweder mittels Konfidenzintervallen oder Signifikanztests. Solche Tests sollen auf der einen Seite charakteristische Eigenschaften in den Daten erkennen können, d.h. sie sollen sensitiv sein. Auf der anderen Seite sollen sie jedoch auch keine Eigenschaften vortäuschen, d.h. sie sollen spezifisch sein. Für die vertrauenswürdige Untermauerung einer Hypothese ist also ein spezifischer Test erforderlich. <br><br> Die vorliegende Arbeit untersucht verschiedene Methoden der Zeitreihenanalyse, erweitert sie gegebenenfalls und wendet sie auf typische klimatologische Frage­stellungen an. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Spezifizität der jeweiligen Methode gelegt; die Grenzen möglicher Folgerungen mittels Datenanalyse werden diskutiert.<br><br> Im ersten Teil der Arbeit wird studiert, wie und ob sich mithilfe der sogenannten trendbereinigenden Fluktuationsanalyse aus Temperaturzeitreihen ein sogenanntes langes Gedächtnis der zugrundeliegenden Prozesse herleiten lässt. Solch ein Gedächtnis bedeutet, dass der Prozess seine Vergangenheit nie vergisst, mit fundamentalen Auswirkungen auf die gesamte statistische Beurteilung des Klimasystems. Diese Arbeit konnte jedoch zeigen, dass die Analysemethode vollkommen unspezifisch ist und die Hypothese “Langes Gedächtnis” gar nicht abgelehnt werden kann. <br><br> Im zweiten Teil werden zunächst Mängel einer sehr populären Analysemethode, der sogenannten kontinuierlichen Waveletspetralanalyse diskutiert. Diese Methode schätzt die Variabilität eines Prozesses auf verschiedenen Schwingungsperioden zu bestimm­ten Zeiten. Ein wichtiger Nachteil der bisherigen Methodik sind auch hier unspezi­fische Signifikanztests. Ausgehend von der Diskussion wird eine Theorie der Wavelet­spektralanalyse entwickelt, die ein breites Feld an neuen Anwendungen öffnet. Darauf basierend werden spezifische Signifikanztests konstruiert.<br><br> Im letzten Teil der Arbeit wird der Einfluss des El Niño/Southern Oscillation Phäno­mens auf den Indischen Sommermonsun analysiert. Es wird untersucht, ob und wann die Oszillationen beider Phänomene synchron ablaufen. Dazu wird eine etablierte Methode für die speziellen Bedürfnisse der Analyse von typischerweise sehr unregel­mäßigen Klimadaten erweitert. Mittels eines spezifischen Signifikanztests konnten bisherige Ergebnisse mit erhöhter Genauigkeit bestätigt werden. Zusätzlich konnte diese Methode jedoch auch neue Kopplungsintervalle feststellen, die die Hypothese entkräften konnten, dass ein neuerliches Verschwinden der Kopplung ein beisspielloser Vorgang sei. Schliesslich wird eine Hypothese vorgestellt, wie vulkanische Aerosole die Kopplung beeinflussen könnten.