In this dissertation we study the development of microwave and RF near-field potentials for use with atom chip trapped atomic gases. These potentials are inherently spin-dependent, able to target individual spin states simultaneously. In contrast with traditional atom chip potentials, these RF traps can be operated at arbitrary bias magnetic field strengths and thus be combined with magnetic Feshbach resonances. Furthermore, these potentials can strongly suppress the potential roughness that plagues traditional atom chip potentials. We present a dual chamber atom chip apparatus for generating ultracold 87Rb and 39K atomic gases. The apparatus produces quasi-pure Bose-Einstein condensates of 104 87Rb atoms in an atom chip trap that features a dimple and good optical access. We have also demonstrated production of ultracold 39K and subsequent loading into the chip trap. We describe the details of the dual chamber vacuum system, the cooling lasers, the magnetic trap, the multi coil magnetic transport system, and the atom chip. The apparatus is well suited for studies of atom-surface forces, quantum pumping and transport experiments, atom interferometry, novel chip-based traps, and studies of one-dimensional many-body systems.

This investigation was undertaken in order to confirm and to extend earlier studies of processes whereby energy and angular momentum are transferred from external to internal degrees of freedom in low velocity collisions between ions and atoms. Specifically, this investigation sought to verify the proper functioning of a device designed to study low velocity atomic and molecular collisions, to confirm results obtained in an earlier study of spectra produced by collisions of He+ions with argon atoms, and to extend the energy and wavelength ranges of this study to 1500 eV and 6200 Å, respectively. The data was in the form of stripchart recordings taken at five beam energies, 600 eV, 800 eV, 1000 eV, 1250 eV, and 1500 eV. A basic analysis of this data was carried out; i.e., lines were identified, their wavelengths determined, and intensities calculated. In addition, the energy dependencies of the emission cross sections of twelve fully resolved lines were plotted and a partial Grotian diagram was drawn. The apparatus was frund to be functioning properly at energies about 609 eV but not a lower energies. Lipeles' energy and wavelength ranges were extended successfully, and in several instances his findings were confirmed (cf. Lipeles 1971). The visible Ar II spectrum was quite rich with twenty-nine lines being observed, six of which had not been detected previously. In addition, a single line was observed from neutral argon and a single band from molecular nitrogen, a contaminant in the argon target gas.

An electron microscope with electrostatic lenses was used for high resolution studies of magnetic domains in thin iron films. Observation methods used to determine the directions of local magnetization in iron thin films were the Lorentz method and the Foucault method. We studied how Bloch line-crosstie pairs and crosstie main walls behave in applied, in-plane magnetic fields. We found that crosstie main walls remain unchanged until crosstie density goes nearly to zero when the field is applied perpendicular to the main wall. A twisted type of domain appears where crossties disappear.

<p>Detta examensarbete utgår ifrån en artikel i vilken en metod för att skapa holografisk video beskrivs. Syftet med arbetet är att återskapa denna metod. Metoden bygger på projicering av hologram med hjälp av delar från en projektor, en laser och några linser.</p><p>Först görs en litteraturstudie för att få förståelse över hur metoden fungerar. Här behandlas hur ögat ser djup och vilka olika typer av displayer det finns för att återge tredimensionella holografiska bilder. Vidare beskrivs skillnaden mellan optisk och datorgenererad holografi. Detta arbete hanterar enbart datorgenererad holografi.</p><p>Diffraktion, böjning av ljusstrålar och interferens mellan ljusstrålar ligger som grund för metoden att skapa holografiska bilder. I optisk holografi låter man ljusstrålar från ett objekt och en referensstråle interferera med varandra. Deras interferensmönster fångas upp på en fotografisk film. Ett hologram av objektet kan därefter rekonstrueras genom att belysa den fotografiska filmen med samma referensstråle.</p><p>För att återge tredimensionella holografiska bilder så behövs en SLM (”Spatial Light Modulator”). Den SLM som används här är Texas Instruments DLP (”Digital Light Processing”). Denna återfinns i DLP-projektorer i vilken huvudkomponenten är en DMD (”Digital Micromirror Device”). En DMD är ett datorchip bestående av mikroskopiska små speglar i ett rutmönster. DMD:n belyses i projektorn av en lampa och här av en laser. Vardera mikrospegel kan vinklas mot resp. från ljuskällan och därigenom föra sitt lilla ljusknippe vidare eller inte.</p><p>Datorgenererad holografi simulerar optisk holografi, genom en fouriertransform. Denna transform har som indata en numerisk beskrivning av ett objekt och som utdata ett interferensmönster som matas in i DLP:n. De infallande ljusstrålarna på DMD:n agerar utifrån interferensmönstret och återger ett hologram. Jämför här med den fotografiska filmen inom optisk holografi.</p><p>Den andra delen av examensarbetet hanterar min återskapning av metoden. För att beskriva transformen valdes datorprogrammet Matlab. Indata till programmet är två tvådimensionella bilder. Dessa placeras i en rymd med ett inbördes avstånd mellan varandra i z-led. Denna rymd är det objekt som ska skapas ett hologram för. Programmet ger som utdata en tvådimensionell bild som utgör interferensmönstret för objektet.</p><p>Stor vikt har lagts vid optimering av detta program genom att utnyttja Matlabs styrka i matrisoperationer och att förenkla beräkningen för de punkter som i hologrammet är genomskinliga, dvs. de punkter som inte hör till objektet.</p><p>I resultatdelen presenteras interferensmönstret för ett givet objekt. En slutsats är att beräkna transformen för normalstora eller större objekt är en mycket tidsödande process. Det krävs stor datorkraft och bättre optimering för att få acceptabla tider för beräkningen. Här beräknas bara interferensmönster för enstaka objekt, för att skapa holografisk video så behövs runt 24 bilder per sekund. Det är fullt möjligt att skapa holografisk video med det presenterade programmet men det skulle ta allt för lång tid för beräkning.</p>

The concept of rendering an object invisible, once considered unfathomable, can now be deemed achievable using artificial metamaterials. The ability for these advanced structures to refract waves in the negative direction has sparked creativity for future applications. Manipulating electromagnetic waves of all frequencies around an object requires precise and unique parameters, which are calculated from various mathemat- ical laws and equations. We explore the possible interpretations of these parameters and how they are implemented towards the construction of a suitable metamaterial. If carried out correctly, the wave will exit the metamaterial exhibiting the same behavior as when it had entered. Thus, an outside observer will not be able to recognize any abnormal changes in wave frequency or direction. This paper will survey studies and technologies from the past 20 years to arrive at a concise mathematical examination of the possibilities and inherent issues under the umbrella of modern ”cloaking.”

The concept of rendering an object invisible, once considered unfathomable, can now be deemed achievable using artificial metamaterials. The ability for these advanced structures to refract waves in the negative direction has sparked creativity for future applications. Manipulating electromagnetic waves of all frequencies around an object requires precise and unique parameters, which are calculated from various mathemat- ical laws and equations. We explore the possible interpretations of these parameters and how they are implemented towards the construction of a suitable metamaterial. If carried out correctly, the wave will exit the metamaterial exhibiting the same behavior as when it had entered. Thus, an outside observer will not be able to recognize any abnormal changes in wave frequency or direction. This paper will survey studies and technologies from the past 20 years to arrive at a concise mathematical examination of the possibilities and inherent issues under the umbrella of modern ”cloaking.”

Detta examensarbete utgår ifrån en artikel i vilken en metod för att skapa holografisk video beskrivs. Syftet med arbetet är att återskapa denna metod. Metoden bygger på projicering av hologram med hjälp av delar från en projektor, en laser och några linser. Först görs en litteraturstudie för att få förståelse över hur metoden fungerar. Här behandlas hur ögat ser djup och vilka olika typer av displayer det finns för att återge tredimensionella holografiska bilder. Vidare beskrivs skillnaden mellan optisk och datorgenererad holografi. Detta arbete hanterar enbart datorgenererad holografi. Diffraktion, böjning av ljusstrålar och interferens mellan ljusstrålar ligger som grund för metoden att skapa holografiska bilder. I optisk holografi låter man ljusstrålar från ett objekt och en referensstråle interferera med varandra. Deras interferensmönster fångas upp på en fotografisk film. Ett hologram av objektet kan därefter rekonstrueras genom att belysa den fotografiska filmen med samma referensstråle. För att återge tredimensionella holografiska bilder så behövs en SLM (”Spatial Light Modulator”). Den SLM som används här är Texas Instruments DLP (”Digital Light Processing”). Denna återfinns i DLP-projektorer i vilken huvudkomponenten är en DMD (”Digital Micromirror Device”). En DMD är ett datorchip bestående av mikroskopiska små speglar i ett rutmönster. DMD:n belyses i projektorn av en lampa och här av en laser. Vardera mikrospegel kan vinklas mot resp. från ljuskällan och därigenom föra sitt lilla ljusknippe vidare eller inte. Datorgenererad holografi simulerar optisk holografi, genom en fouriertransform. Denna transform har som indata en numerisk beskrivning av ett objekt och som utdata ett interferensmönster som matas in i DLP:n. De infallande ljusstrålarna på DMD:n agerar utifrån interferensmönstret och återger ett hologram. Jämför här med den fotografiska filmen inom optisk holografi. Den andra delen av examensarbetet hanterar min återskapning av metoden. För att beskriva transformen valdes datorprogrammet Matlab. Indata till programmet är två tvådimensionella bilder. Dessa placeras i en rymd med ett inbördes avstånd mellan varandra i z-led. Denna rymd är det objekt som ska skapas ett hologram för. Programmet ger som utdata en tvådimensionell bild som utgör interferensmönstret för objektet. Stor vikt har lagts vid optimering av detta program genom att utnyttja Matlabs styrka i matrisoperationer och att förenkla beräkningen för de punkter som i hologrammet är genomskinliga, dvs. de punkter som inte hör till objektet. I resultatdelen presenteras interferensmönstret för ett givet objekt. En slutsats är att beräkna transformen för normalstora eller större objekt är en mycket tidsödande process. Det krävs stor datorkraft och bättre optimering för att få acceptabla tider för beräkningen. Här beräknas bara interferensmönster för enstaka objekt, för att skapa holografisk video så behövs runt 24 bilder per sekund. Det är fullt möjligt att skapa holografisk video med det presenterade programmet men det skulle ta allt för lång tid för beräkning.

<p>The objective of this thesis has been to investigate novel host material configurations for high-power end-pumped Er-Yb co-doped, or Yb doped microchip lasers and try to increase their performance. In Er-Yb co-doped systems, the main limitation is the thermal shortcomings of the phosphate glass host material. The thesis presents some novel results that contribute to the search for a crystalline replacement. In Yb doped systems, most end-pumped schemes reported have been using relatively low-power single-emitter diodes. The thesis presents experiments with Yb:KGW microchips end-pumped by high-power diode bars. Another common limitation of end-pumped Yb microchip lasers is the thermal lens that destabilizes the cavity and decreases the beam quality. The approach to reduce the thermal lens by using an athermal propagation direction has been evaluated and the results are presented in the thesis.</p><p>In the search for a crystalline host material for Er-Yb systems, borates have been found increasingly interesting. Consequently, we started out by investigating Gadolinium-calcium-oxoborate, GdCOB, which could be grown in platinum crucibles. It was found that the cw performance of such monolithic microchips is quite comparable to glass hosts in terms of slope efficiency, but the threshold is significantly larger. As for Q-switched performance, which is essential to most Er-Yb applications, the first efficient Q-switched results with a crystalline host is presented in the thesis. Similar to the cw regime, the slope efficiencies are comparable to glass, while the threshold is quite high. However, the perhaps most important parameter, maximum output power before thermal fracture, is neither significantly improved nor worsened compared with phosphate glass. This is believed to be due to higher threshold and a stronger thermal expansion that negates the benefit of a thermal conductivity that is only 2-3 times higher. To find a host material that could withstand higher pump powers, we turned our attention to the double-tungstates KGW and KYW, which have higher thermal conductivity and higher cross-sections. They have, however, energy level lifetimes which differ significantly from glass or borates and as a consequence, a thorough spectroscopic investigation has been undertaken to optimize dopant concentrations. Laser experiments on crystals with dopant concentrations based on this investigation are expected in the near future.</p><p>When pumping Yb:KGW with a high-power diode bar, we achieved output powers of 9 – 12.4 W under different experimental conditions with incident powers of 18.3 – 26 W. The incident power of 26 W in one design was enough to fracture the crystal. Using a crystal cut for propagation along an athermal direction and comparing it with an identical b-cut crystal, we found that the thermal lens in the athermally oriented crystal was about a factor two weaker at the same absorbed power.</p>

Nesse trabalho utilizamos um modelo analítico para avaliar o desempenho de estruturas semicondutoras contendo pontos quânticos que servem de base para a fabricação de fotodetectores que operam na faixa do infravermelho. O desempenho desses dispositivos foram avaliados através da corrente no escuro e da detectividade. Os trabalhos existentes na literatura, baseados neste modelo, não consideram a de­ pendência da estrutura eletrônica do ponto quântico com suas dimensões. Desta forma, neste trabalho, analisamos o comportamento da corrente no escuro e da de­tectividade em função de vários parâmetros que definem a estrutura da amostra, levando em consideração as dimensões dos QDs. Nossos resultados mostraram quais parâmetros devemos ajustar para fazer fotodetectores: (1) que contenham a maior densidade de QDs com dimensões compatíveis com a energia de ionização desejada; (2) que maximizam o desempenho do dispositivo e (3) minimizam o ruído do mesmo. / In this work we used an analytical model to calculate the dark current and the detectivity of infrared photodetectors based on InAs quantum dots semiconductor heterostructures. The existing works reported in the literature based on this analytical model do not take into account the electronic structure of the QD in the calculations. In this way, in the present work, we took into account the QD dimensions when we analized the dependence of the dark current and the detectivity on the parameters which define the sample structure. Our findings show which parameters must be adjusted in order to obtain photodetectors with: (1) the larger density of QDs with dimensions compatible with the wanted ionization energy; (2) that maximize the performance; (3) and that minimize the noise of the devices.

This thesis proposes and tests an individually customizable model of the human crystalline lens. This model will be crucial in developing both research on the human eye and driving diagnostic tools to help plan and treat optical issues, such as those requiring refractive surgery. This thesis attempts to meet two goals: first, it will determine whether this new lens model can reproduce the major aberrations of real human eyes using a computational framework. Second, it will use clinical information to measure how well this model is able to predict post-operation results in refractive surgery, attempting to meet clinical standards of error. The model of the crystalline lens proposed within this thesis is shown to be valid, as it is able to both reproduce individual patient's optical information, and correctly predicts the optical results of a refractive surgery of an individual human eye within clinical standards of error.