New improved model was developed to calculate the absorption and refractive-index spectra in the band-edge region for all the important compound semiconductors. An accurate absorption model including Coulomb interaction and Urbach-broadened band edge has been demonstrated for direct bandgap semiconductors. We have developed a accurate model in which a piecewise linear approximation is used for the shape of the absorption spectrum. We also propose a steep-edged compound Lorentzian line-shape function (SCL-LSF) for modeling the Urbach tail, and the line broadening of exciton absorptions. The results of applying this fitting procedure to the absorption spectra of GaAs, InP and InAs are presented, and a consistent set of band parameters are extracted. The analytical absorption model is suitable for a complete closed-form Kramers-Kronig transform of the absorption spectrum to obtain the refractive index spectrum. A band-to-band Coulomb interaction model for the refractive index spectra is presented of AlxGa1-xAs for 0 < x < 0.412, and In0.53Ga0.47As ternary semiconductors at photon energies near and above the band gap. An accurate absorption model is used to calculate the contribution on the refractive index near band-edge region through a complete closed-form Kramers-Kronig transform. By including a single oscillator Sellmeier model for the high-energy absorption spectrum, closed-form expressions are obtained for the band-edge region refractive index. Both spectra are fully described in terms of a finite set of parameters that can be interpolated for all the important compound semiconductors. The refractive index spectra are extended beyond the band-gap energy and are in excellent agreement with the available experimental data. Our new model makes accurate modeling possible for devices such as electroabsorption and electrorefraction modulators.

This thesis describes a method developed to quickly measure the Rayleigh wave Q for a test material using a minimally invasive laser probe. The probe was donated to our lab by Dr. Alex Maznev at Phillips AMS in Natick, Ma. The machine was originally used to measure ultra thin film metal thicknesses; however we have utilized it to suit our needs. The optics head relies on a technique known as the transient grating method to generate a dispersion curve. This dispersion curve is then operated on by a local approximation for the Kramers-Kronig relations. The Kramers-Kronig relations for acoustic waves relate the real and imaginary parts of the dynamic compressibility to one another. The real part of the compressibility relates to the phase velocity of the wave and the imaginary part relates to the attenuation. Once the attenuation for the corresponding range of frequencies is determined the last step is to apply both the dispersion data and the attenuation data to the material Q equation to find Q over a range of frequencies. This thesis discusses the design of the machine, the theory behind the Kramers-Kronig relations and surface acoustic waves, the experimental procedure, and lastly results generated by the technique.

En raison de leur capacité à absorber et diffuser la lumière, les aérosols jouent un rôle essentiel dans le bilan radiatif de la Terre. Cependant, la grande variabilité spatiale et temporelle de leur concentration et propriété physico-chimique rend délicate la quantification précise de leur impact sur le climat. Les mesures par télédétection sont des outils efficaces d’observation et d’analyse des aérosols de l’échelle locale à globale. Néanmoins, pour exploiter pleinement les capacités de ce type d’instruments, il est indispensable de mieux connaître les propriétés optiques des aérosols qui dépendent de leurs propriétés minéralogiques ou chimiques. Ces deux propriétés sont liées par l’Indice Complexe de Réfraction (ICR), qui représente une des principales sources d’incertitudes de l’étude des aérosols par télédétection. L’objectif de ce travail est donc de proposer et d’exploiter une méthode originale visant à mieux déterminer les ICR de particules. Pour cela, une nouvelle approche robuste et versatile a été développée et mise en œuvre. Ainsi, afin de déterminer précisément les capacités de cette dernière, la validation de chacune des étapes du processus d’obtention des ICR a été réalisée. L’approche complète a ensuite été appliquée pour des particules en suspension de SiO2 amorphe et cristalline, qui constituent notamment, la fraction majoritaire des aérosols volcaniques et désertiques.Enfin, les premiers résultats obtenus pour des aérosols prélevés lors de campagnes de mesures sont également présentés. Ceux-ci mettent en évidence le potentiel de l’approche proposée pour la détermination d’ICR, en vue d’améliorer l’exploitation de la mesure des aérosols par télédétection. / Due to their ability to absorb and scatter radiations, aerosols play an important role in the Earth’s radiative budget. However, quantitative estimations of their effects on climate are quite uncertain due to their large spatial and temporal variability in terms of concentration and physical properties. Measurements from remote sensing instruments are efficient tools to observe and investigate aerosol distributions from regional to global scales. Nevertheless, to fully exploit instrument capabilities, precise optical properties – dependent on chemical or mineralogical properties – are needed. These properties are linked by the Complex Refractive Index (CRI), which represents one of the main sources of uncertainty for studying aerosols from remote sensing instruments.The objective of this study is to propose and exploit a new methodology, aiming to determine precise CRI of particles. For this purpose, a new robust and versatile approach has been developed and implemented. Moreover, to determine capabilities of this approach, validation of each step in the procedure for CRI determination has been realized. The complete approach has been also applied for suspended particles of amorphous and crystalline SiO2, which are the major fraction of volcanic and mineral dust aerosols. Lastly, first results from collected samples from measurement campaigns are also presented. These results highlight the potential of the proposed approach to determine CRI, in order to improve the aerosol measurement exploitations by remote sensing instruments.

[ES] La difusión de la luz es un fenómeno ubicuo con implicaciones significativas en gran variedad de disciplinas. Mientras que la mayoría de los estudios de difusión se centran en la extinción u otras mediciones relacionadas con la amplitud, la fase de la onda difusa contiene información importante que puede ser aprovechada para múltiples propósitos. Aunque pocas técnicas de caracterización son adecuadas para esta tarea, la espectroscopía de terahercios (THz) es una técnica coherente que permite esto en un amplio rango de frecuencias con propiedades cuasi ópticas. Para lograrlo, estudiaremos y mejoraremos la metodología existente de pulsos de THz aumentando la velocidad de adquisición de espectros de alta resolución mediante la combinación de diversas técnicas para el muestreo de retardo. Esta tesis aborda la investigación de luz difusa con tecnología de THz para dos desarrollos principales. El primero es un método de caracterización del tamaño de partículas resuelto espectralmente utilizando medidas de extinción y de índice de refracción (IR). Al resolver el problema inverso de luz difusa, se puede obtener una gran información de las propiedades geométricas y químicas de las partículas. Este método tradicionalmente ha empleado solo de datos de extinción del medio heterogéneo. Demostramos que se puede lograr una mejora neta en la reconstrucción de la distribución del tamaño de partícula al combinar datos de extinción con datos de IR. Dado que las mediciones se encuentran en un rango de frecuencia limitado, obtener el IR a partir de relaciones de Kramers-Kronig (KK) no puede sustituir su medición directa utilizando técnicas coherentes. Una razón adicional por la cual las relaciones de KK pueden no ser útiles es que, en el caso de una partícula con una densidad óptica menor que el fondo, el IR efectivo complejo no sigue relaciones de dispersión convencionales. El estudio de este fenómeno y la interpretación de las implicaciones causales que surgen son el foco de la última parte de esta tesis, junto con su posible aplicación para el diseño de ondas con contenido espectral arbitrario. Finalmente, se discuten las conclusiones y las líneas futuras de trabajo derivadas de nuestros hallazgos. / [CA] La difusió de la llum és un fenomen ubic amb implicacions significatives en una gran varietat de disciplines. Mentre que la majoria dels estudis de difusió se centren en l'extinció o altres mesures relacionades amb l'amplitud, la fase de l'ona difusa conté informació important que es pot aprofitar per a múltiples propòsits. Encara que poques tècniques de caracterització són adequades per a aquesta tasca, l'espectroscòpia de teraherços (THz) és una tècnica coherent que permet això en un ampli rang de freqüències amb propietats quasi òptiques. Per a aconseguir-ho, estudiarem i millorem la metodologia existent de polsos de THz augmentant la velocitat d'adquisició d'espectres d'alta resolució mitjançant la combinació de diverses tècniques per al mostreig de retard. Aquesta tesi aborda la investigació de la llum difusa amb tecnologia de THz per a dos desenvolupaments principals. El primer és un mètode de caracterització de la mida de partícules resolt espectralment utilitzant mesures d'extinció i d'índex de refracció (IR). En resoldre el problema invers de llum difusa, es pot obtenir una gran informació sobre les propietats geomètriques i químiques de les partícules. Aquest mètode tradicionalment ha emprat només dades d'extinció del medi heterogeni. Demostrem que es pot aconseguir una millora neta en la reconstrucció de la distribució de la mida de partícula en combinar dades d'extinció amb dades d'IR. Donat que les mesures es troben en un rang de freqüència limitat, obtenir l'IR a partir de relacions de Kramers-Kronig (KK) no pot substituir la seua mesura directa utilitzant tècniques coherents. Una raó addicional per la qual les relacions de KK poden no ser útils és que, en el cas d'una partícula amb una densitat òptica menor que el fons, l'IR efectiu complex no segueix relacions de dispersió convencionals. L'estudi d'aquest fenomen i la interpretació de les implicacions causals que sorgeixen són el focus de la darrera part d'aquesta tesi, juntament amb la seua possible aplicació per al disseny d'ones amb contingut espectral arbitrari. Finalment, es discuteixen les conclusions i les línies futures de treball derivades dels nostres descobriments. / [EN] Light scattering is a ubiquitous phenomenon with significant implications across various disciplines. While most scattering studies focus on extinction or other amplitude-related measurements, the phase of the scattered wave holds important information that can be harnessed for a multitude of purposes. However, while few characterization techniques are suited for this task, terahertz (THz) spectroscopy is a coherent technique that permits this across a wide range of frequencies with quasi-optical properties. To accomplish this, we will study and improve the existing methodology of pulsed THz by increasing the speed of acquisition of high-resolution spectra with a combination of existing delay sampling techniques. This thesis approaches light scattering research with THz technology for two main developments. The first one is a spectrally resolved particle size characterization method using extinction and refractive index (RI) measurement. By solving the inverse scattering problem, great insight into the geometric and chemical properties of the particles can be gained. This method has traditionally relied only on extinction data from the heterogeneous medium. We demonstrate that a net improvement in the reconstruction of the particle size distribution can be made by combining extinction with RI datasets. Since the measurements are in a limited frequency range, obtaining the RI from Kramers-Kronig (KK) relations cannot substitute for its direct measurement using coherent techniques. One additional reason why KK relations may not be of use is that, for the case of a particle with lower optical density than the background, the measured complex effective RI does not follow conventional dispersion relations. The study of this phenomenon and the interpretation of the causal implications that arise are the subject of the last part of this thesis, along with its possible application to the arbitrary shaping of spectral wave features. Ultimately, the conclusions and future lines of work derived from our findings are discussed. / This thesis has been developed under grant FPI ACIF-2018-163 by GVA, project PID2019-111339GBI00 and project PDC2021-121597-I00 by MCIN/AEI / Báez Chorro, MÁ. (2024). Study of the Complex Spectral Response of Scattering Media with Terahertz Spectroscopy [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/205586

Dans le cadre de la discrétion acoustique des navires militaires, cette thèse contribue à la modélisation de structures amorties par des matériaux viscoélastiques, sous forme de couches contraintes. Afin de pouvoir optimiser et dimensionner la structure et le matériau amortissant, il est souhaitable de disposer d'un outil numérique prédictif et efficace. Dans un premier temps, une stratégie de caractérisation et de modélisation du comportement de matériaux viscoélastiques est proposée. Elle inclue une méthode de recalage de résultats de mesures par DMA basée sur le respect des relations de Kramers-Kronig, permettant ainsi de construire des courbes maîtresses du matériau en accord avec le principe de causalité. Dans un deuxième temps, un code de calcul par éléments finis est développé, puis des essais de vibration sur structures sandwich sont réalisés afin de valider la modélisation par éléments finis de structures munies de matériaux viscoélastiques. Dans le cas d'une fine couche viscoélastique insérée dans une structure maillée par des éléments volumiques, deux éléments d'interface sont développés : ils permettent de tester simplement plusieurs configurations. Enfin, dans un troisième temps, deux catégories de méthodes de réduction adaptées au calcul de la réponse fréquentielle de structures fortement amorties par des matériaux viscoélastiques sont étudiées : les méthodes de projection sur bases modales et la méthode de reconstruction par approximants de Padé. Dans le cadre d'études paramétriques pour l'optimisation des performances acoustiques des traitements viscoélastiques contraints, les avantages des méthodes développées sont mis avant à travers deux cas d'application. / In the context of acoustic discretion of naval ships, this thesis contributes to the modelling of viscoelastically damped structures by means of thin constrained layers. In order to optimize and design the structure and the damping material, a predictive and efficient numerical tool is desirable. Firstly, a characterization and modelling strategy of the behaviour of viscoelastic materials is proposed. A shifting procedure of DMA measurements based on the fulfillment of the Kramers-Kronig relations is developed in order to build master curves of the material which are consistent with the causality principle. Secondly, a finite element code is developed, and vibration experiments are realized in order to validate the finite element modelling of structures with viscoelastic materials. In the case of thin constrained viscoelastic layers applied to a structure meshed using brick elements, two interface finite elements are developed, which facilitate parametric studies. Finally, two families of reduction methods adapted to the calculation of the frequency response of structures highly damped by viscoelastic materials are studied: modal projection methods and Padé approximants reconstruction method. The advantages of the proposed methods, in the frame of parametric studies for the optimization of the acoustic performances of constrained viscoelastic layers, are highlighted through two applications.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-03-28Bitstream added on 2014-06-13T19:53:24Z : No. of bitstreams: 1 santos_afs_me_ilha.pdf: 529659 bytes, checksum: add7c6495e005e9cdef13e0ca3baf349 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Na caracterização das propriedades ópticas em materiais, a determinação dos parâmetros ópticos como o índice de refração (n) e o coeficiente de extinção (k) são fundamentais. A análise da dispersão dos parâmetros ópticos com a freqüência fornece informações do comportamento da polarização do material com a radiação e as relações de Kramers-Kronig representam uma ferramenta básica de estudo. Neste trabalho, o principal objetivo é determinar parâmetros ópticos (n e k) e dielétricos do sistema vítreo telureto ((20-x)Li2O-xWO3-80TeO2) através da análise de espectro infravermelho pelas relações de Kramers-Kronig. Para tanto, amostras de vidro na composição x = 0, 5, 10 e 15 %mol foram sintetizadas no laboratório do grupo Vidros e Cerâmicas. As amostras foram polidas opticamente e seus espectros de refletância foram obtidos nos espectrômetros Bomem DA8 e Nexus 670 da Nicolet, na região entre 40 e 4000 cm-1. Os espectros obtidos apresentam picos de reflexão característicos observados em outros sistemas vítreos telureto, o que permitiu identificar as bandas vibracionais. As constantes ópticas foram obtidas utilizando as relações de Kramers-Kronig. Para todas as composições estudadas foi observado um aumento no índice de refração quando se aumentou a quantidade de WO3. Do espectro obtido para a constante dielétrica foi possível determinar as freqüências correspondentes aos modos ópticos transversais e longitudinais. As freqüências obtidas se ajustam com aquelas obtidas pelo modelo analítico dos quatro parâmetros semi-quânticos da constante dielétrica, principalmente para a região acima de 500 cm-1. / In the study of optical and dielectric properties of materials, the determination of complex indices of refraction and complex dielectric function is fundamental. The analysis of the dispersion of the optical parameters with the frequency provides information about the behavior of the polarization of the material with the radiation, and the Kramers-Kronig relations represent a basic tool of the study. In this work, the main objective was to determine the optical (n and k) and dielectric parameters of a tellurite glasses system ((20-x)Li2O-xWO3-80TeO2) through the infrared spectrum analysis by Kramers-Kronig dispersion relations. For this, glass samples with x=0, 5, 10, and 15 %mol were prepared at the laboratory of Glasses and Ceramics group. The glass samples were polished and their reflectance spectra were obtained in the Bomem DA8 and Nicolet Nexus 670 spectrometers, in the spectral range of 40 to 4000 cm-1. The obtained spectra present allowed us to assign the vibrational bands. The optical and dielectric constants were obtained by the Kramers-Kronig method. For all studied glass compositions an increase was observed in the real part of refractive index when the WO3 content is increased. From de obtained dielectric function it was possible to extract transversal and longitudinal optical phonons frequencies. The frequencies agree with those obtained by the four-parameter semiquantum model, mainly for the region above 500 cm-1.

En microscopie à force atomique (AFM), l'étude des échantillons est réalisée à l'aide d'une pointe montée sur un microlevier. Le coeur de la technique est la mesure de la force d'interaction pointe-surface, directement proportionnelle à la déflexion du levier. Plus généralement, la compréhension profonde des propriétés mécaniques des microstructures joue un rôle significatif dans le développement des microsystèmes électromécaniques (MEMS), ou encore de capteurs chimiques ou biologiques miniatures.<br /><br />Au delà du dispositif traditionnel de mesure de déflexion angulaire, nous avons conçu et réalisé un AFM avec une détection interférométrique différentielle (entre la base encastrée et l'extrémité libre du levier). La résolution ultime est de 10^-14 m/Hz^1/2, la mesure est de plus intrinsèquement calibrée, indifférente aux dérives thermiques lentes et sans limitation de la plage d'amplitude de la déflexion. <br /><br />Grâce à notre dispositif, nous mesurons le bruit thermique le long du levier. Une reconstruction de la forme spatiale des quatre premiers modes propres en flexion révèle un excellent accord avec le modèle de poutre de Euler-Bernoulli. Un ajustement simultané sur les quatre résonances thermiquement excitées est réalisé à l'aide d'un seul paramètre libre : la raideur du levier, qui est ainsi mesurée avec une grande précision et robustesse. <br /><br />Les fluctuations thermiques de déflexion à basse fréquence démontrent qu'un modèle d'oscillateur harmonique avec dissipation visqueuse n'est plus pertinent hors résonance. De plus, on observe des différences substantielles entre les leviers avec et sans revêtement métallique. Pour ces derniers, l'approche hydrodynamique de Sader rend compte fidèlement du comportement des fluctuations en dessous de la résonance dans l'air. La présence du revêtement introduit une deuxième source de dissipation : la viscoélasticité. Elle se manifeste comme un bruit en 1/f à basse fréquence. L'utilisation du Théorème Fluctuation-Dissipation (TFD) et des relations de Kramers-Kronig permettent une caractérisation complète de la réponse du levier à l'aide des spectres de fluctuations. Une estimation quantitative de la viscoélasticité et de sa dépendance en fréquence est notamment obtenue.

The reflectivity spectrum of SbSeI crystals in the spectral range of 10 – 300 cm–1 over a wide range of temperatures (10 – 297 K) with light polarization E||c and Ec was experimentally studied. Measurements were carried out in Germany. Also experimental research was carried out with the reflectivity spectrum of SbSI crystals in the spectral range of 10-450 cm–1 with light polarization E||c over temperature range (273 – 350 K) . The spectra of optical constants and optical functions were calculated using the Kramers–Kronig (KK) technique and the method of optical parameter fitting (OP). Tables and diagrams are presented. Vibrational spectra of SbSeI crystals in harmonic approximation were theoretically investigated. The oscillation frequencies of normal vibrational modes and the amplitudes of normal coordinates along z(c) axis and in x-y plane by diagonalization of the dynamic matrix were calculated. Experimental studies of reflectivity spectrum of SbSeI crystals revealed, that there is no ferroelectric phase transition in SbSeI crystals in the temperature range of 10 - 297 K. And experimental studies of reflectivity spectrum of SbSeI crystals proved, that ferroelectric phase transition in SbSI crystals grown by us occurs at temperature TC = 293 K. SbSI crystals in range of temperatures T > TC are in paraelectric phase, and in range of temperatures T < TC are in ferroelectric phase. It was experimentally proved, that low-frequency IR mode of SbSeI, when E ׀׀ c is... [to full text]

Dans le cadre de la discrétion acoustique des navires militaires, cette thèse contribue à la modélisation de structures amorties par des matériaux viscoélastiques, sous forme de couches contraintes. Afin de pouvoir optimiser et dimensionner la structure et le matériau amortissant, il est souhaitable de disposer d'un outil numérique prédictif et efficace. Dans un premier temps, une stratégie de caractérisation et de modélisation du comportement de matériaux viscoélastiques est proposée. Elle inclue une méthode de recalage de résultats de mesures par DMA basée sur le respect des relations de Kramers-Kronig, permettant ainsi de construire des courbes maîtresses du matériau en accord avec le principe de causalité. Dans un deuxième temps, un code de calcul par éléments finis est développé, puis des essais de vibration sur structures sandwich sont réalisés afin de valider la modélisation par éléments finis de structures munies de matériaux viscoélastiques. Dans le cas d'une fine couche viscoélastique insérée dans une structure maillée par des éléments volumiques, deux éléments d'interface sont développés : ils permettent de tester simplement plusieurs configurations. Enfin, dans un troisième temps, deux catégories de méthodes de réduction adaptées au calcul de la réponse fréquentielle de structures fortement amorties par des matériaux viscoélastiques sont étudiées : les méthodes de projection sur bases modales et la méthode de reconstruction par approximants de Padé. Dans le cadre d'études paramétriques pour l'optimisation des performances acoustiques des traitements viscoélastiques contraints, les avantages des méthodes développées sont mis avant à travers deux cas d'application.

We give a rather self-contained introduction to the rare pion to dielectron decay which in nontrivial leading order is given by a QED triangle loop. We work within the dispersive framework where the imaginary part of the amplitude is obtained via the Cutkosky rules. We derive these rules in detail. Using the twofold Mellin-Barnes representation for the pion transition form factor, we derive a simple expression for the branching ratio B(π0 <img src="http://www.diva-portal.org/cgi-bin/mimetex.cgi?%5Crightarrow" /> e+e-) which we then test for various models. In particular a more recent form factor derived from a Lagrangian for light pseudoscalars and vector mesons inspired by effective field theories. Comparison with the KTeV experiment at Fermilab is made and we find that we are more than 3σ below the KTeV experiment for some of the form factors. This is in agreement with other theoretical models, such as the Vector Meson Dominance model and the quark-loop model within the constituent-quark framework. But we also find that we can be in agreement with KTeV if we explore some freedom of the form factor not fixed by the low-energy Lagrangian.