Die entsprechend der Quellstärke größte Fraktion des atmosphärischen Aerosols ist der natürliche Grobstaub (Seesalz, Mineralstaub und primär biologische Partikel). Nahezu alle natürlichen Grobstaubpartikel in trockener Phase weisen mehr oder weniger starke Abweichungen von der sphärischen Form auf. Der Einfluss der Asphärizität auf die aerodynamischen und optischen Eigenschaften kann durch sogenannte Formfaktoren unter Verwendung einer Referenzgröße berücksichtigt werden. Für wissenschaftliche Fragestellungen, die sowohl auf aerodynamischen wie auch optischen Aspekten beruhen, bedarf es einer vollständigen Betrachtung des Einflusses der Partikelmorphologie, um ein physikalisch plausibles Ergebnis zu erhalten. Gegenstand dieser Arbeit ist die Analyse der Relationen zwischen aerodynamischen und optischen Eigenschaften. Ziel ist die approximative Darstellung der optischen Formfaktoren durch den aerodynamischen Formfaktor als Maßzahl der Asphärizität. Hierfür wurden sowohl geometrische Formparameter als auch aerodynamische und optische Formfaktoren für ein Ensemble von regelmäßigen und unregelmäßigen Partikeln simuliert. Der Approximation der optischen Formfaktoren durch den aerodynamischen Formfaktor werden theoretische Überlegungen und Ergebnisse numerischer Simulationen vorangestellt. Die optischen Formfaktoren sind dabei primär eine Funktion des Größenparameters (Partikelgröße und Wellenlänge) und des aerodynamischen Formfaktors. In Laborexperimenten wurden beide Abhängigkeiten unter Verwendung von Proben mit Partikeln unterschiedlicher Asphärizität validiert. Die resultierende Approximation ermöglicht eine einfache und konsistente Beschreibung des Einflusses der Partikelmorphologie auf die aerodynamischen und optischen Eigenschaften. Dies ist eine unabdingbare Voraussetzung für eine genauere Analyse von Partikeleigenschaften, die aus aerodynamisch und optisch basierten In-situ-Messungen abgeleitet werden.

Diese Arbeit befasst sich mit der Lichttransmission im retinalen Gewebe. Aufgrund der inversen Konfiguration der Wirbeltiernetzhaut muss das ins Auge eintretende Licht zahlreiche Zellschichten durchdringen, bevor es von den Photorezeptoren detektiert wird. Die Autorin geht davon aus, dass die morphologische Heterogenität dieser Zellschichten mit einer optischen Heterogenität einhergeht, welche den Lichttransport zu den Photorezeptoren beeinflusst. In den Versuchsbeschreibungen wird erläutert, wie das native Netzhautgewebe von Meerschweinen verschiedenen osmotischen Stimuli ausgesetzt wurde, um morphologische Veränderungen zu provozieren. Durch die parallele Beobachtung der Durchmesser ausgewählter Zellen der äußeren und inneren Netzhaut, sowie der quantitativen Lichtdurchlässigkeit des Gewebes, konnte die Autorin die morphologischen Veränderungen zur retinalen Lichtdurchlässigkeit in Beziehung setzen. Die Ergebnisse zeigen, dass Zellschwellungen zu einer Erhöhung der quantitativen Lichtdurchlässigkeit und Zellschrumpfungen zu einer Verringerung dieser führen. Es werden folgende Schlüsse gezogen: Die osmotischen Stimuli bewirken Volumenregulationsprozesse, infolge derer sich lokale Brechungsindizes und Extinktionskoeffizienten ändern und die retinale Lichtdurchlässigkeit beeinflussen. Zudem konnte die Autorin durch Versuche mit nativen Primatennetzhäuten nachweisen, dass die Abbildungsqualität im Zentrum der Fovea centralis am besten ist, weil die inneren Netzhautschichten dort nicht vorhanden sind und das Licht direkt auf die Photorezeptoren trifft. Diese Arbeit zeigt, dass die Wirbeltiernetzhaut ein optisch aktives Medium ist, dessen Morphologie die Lichttransmission durch das Gewebe beeinflusst.

Diese Diplomarbeit befasst sich mit stochastischen Gradientenverfahren als Methoden der numerischen Optimierung für die Anwendung in der adaptiven Optik. Die adaptive Optik wird insbesondere im Fall der Propagation von Licht durch die Atmosphäre zur Verbesserung der Abbildungseigenschaften eines optischen Systems verwendet. Als Verfahren der Wahl wird das Simultaneous Perturbation Stochastic Approximation Verfahren (SPSA-Verfahren) betrachtet, das aufgrund seiner geringen Anzahl von benötigten Zielfunktionsauswertungen pro Iteration sehr gut zu den Echtzeit-Anforderungen der Anwendung passt. Neben der Darstellung des physikalischen Hintergrunds wird Wert auf eine fundierte Verankerung der Analyse der Verfahren in der Wahrscheinlichkeitstheorie gelegt. Die verwendeten Resultate u.a. der Martingaltheorie werden im Rahmen der Arbeit in die benötigte Form gebracht. Als Hintergrund wird ein Einblick in die Theorie der deterministischen, ableitungsfreienGradientenverfahren gegeben. Die Konvergenz des SPSA-Verfahrens wird auf ein Konvergenztheorem für Stochastic-Approximation-Verfahren von Kushner und Clark zurückgeführt. Dabei wurde in der Konvergenztheorie zunächst Spall gefolgt, aufgrund von wahrscheinlichkeitstheoretischen Überlegungen werden dann aber teilweise geänderte Voraussetzungen verwendet.Der praktische Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Anwendung des Verfahrens in der adaptiven Optik am Beispiel eines Labor-Testsystems. Die Voraussetzungen der Theorie werden für die Anwendung gewürdigt. Zur Umsetzung des Verfahrens in einen konkreten Algorithmus wird auf die Parameterwahl und mögliche Erweiterungen eingegangen. Die Wahl der Parameter nach Spall wird um eine Überlegung aus der Theorie der numerischen Differentiation erweitert, so dass sich eine andere Empfehlung hinsichtlich der Wahl der Schrittweite für die Gradientenschätzung ergibt. Ein Optimierungsdurchgang wird dargestellt und bewertet und anschließend ein Ausblick für die mögliche Verwendung des Verfahrens in einem adaptiv-optischen System gegeben.

Rutherford backscattering spectrometry are performed at the Tandem Laboratory of Uppsala Univer-sity, providing information on thickness and composition of materials. To avoid the channelling effect,a wiggling routine has been created to randomly move the sample holding goniometer during the spec-trum acquisition. The aim of this project is to incorporate this routine into the batch measurement infrastructure.

The method of dipole orientation of protein complexes using electric fields plays a key role in the development of single particle imaging, since it enables orientation of the protein in vacuum. In the orientation process the protein is exposed to an external electric field along which the dipole axis of the protein will eventually align. Earlier studies using molecular dynamics simulations have implemented a constant electric field to examine the dipole orientation process. However, when injected into the electric field the protein experiences a gradually increasing field strength converging to some terminal field strength rather than a constant electric field. In order to examine the effects of the time-dependant nature of the electric field, in comparison to a constant one, fields with different time dependances were implemented in molecular dynamics simulations in vacuum performed with GROMACS. Ubiquitin was chosen as a model protein. The results of the study show time-increasing fields tend to result in slower orientation, but preserve the structure of the protein better than for a constant field. It was also shown that after 10 ns electric field exposure, with terminal field strengths greater  or equal to 0.6Vnm^-1, there was no apparent difference of the average degree of orientation of proteins within the time-increasing fields and the constant one. However, for fields of greater or equal to 1.5Vnm^-1 the constant field tended to result in a larger change of the protein structure.

The European X-Ray Free-Electron Laser facility (XFEL) provides ultra-short x-ray pulsesof high peak brilliance that are used in research to analyse atomic or molecular structures.The facility accelerates electrons and moves them through an undulator system consistingof several undulator cells containing permanent magnet poles supplying an alternatingmagnetic field, which causes the electrons to emit x-ray pulses. A concern is raised overthe deterioration of the permanent magnets due to radiation damage originating from strayradiation in the undulator system. The stray radiation is believed to be released by the highenergy electrons interacting with the beam pipe wall. In this study particle simulations aremade using the Monte Carlo particle transport code FLUKA to compare to previous sim-ulations and measurements performed at XFEL. A beam line model was made in FLUKA,simulating electron beams interacting with the vacuum pipe at several points. The sim-ulated energy deposition distribution along the undulator segment surface was fitted tomeasurement data of the dose over the magnets in different undulator cells at XFEL. Thisway the probability of the stray radiation originating from different electron beam interac-tion points could be studied. For the undulator cells that were studied the radiation wasfound to originate from interactions mainly in the gap between undulator segments. Forcell 4 and 12 it was found that radiation also originates from electron interactions with thebeam pipe inside the undulator segments. It was concluded that improvements can bemade in the simulation technique by simulating electron beam interactions at more posi-tions along the vacuum pipe’s longitudinal axis and around its lateral cross section. Furtherresearch is needed to find the impact of the alternating magnetic field over the undulatorsegments as well as to find which particles contribute to the radiation damage at XFEL. Asthe undulator cells had different relative contributions to the damaging dose from differentelectron beam interaction points it could be of interest to use the same method for fittingsimulated dose distributions to measurements of other undulator cells at XFEL.

In this master thesis project, a pulsed UV laser was designed and constructed. Also, the effects of absorption in a volume Bragg grating were investigated. The laser was diode pumped and constructed with Yb:KYW as gain medium. The lasing was at a wavelength of 1029.2 nm with a spectral bandwidth of 0.23 nm, locked by a volume Bragg grating that was used as input coupler for spectral control. Passive Q‑switching was used to generate pulses by placing a Cr:YAG saturable absorber inside the cavity. The laser generated radiation with a maximum peak power of 3.8 kW at an average power of 0.35 W, a repetition rate of 4 kHz and a pulse width of 16 ns. The maximum average power was 1.3 W with a peak power of 2 kW at a repetition rate of 20 kHz and with a pulse width of 20 ns. Through extra‑cavity second harmonic generation using an LBO crystal, green light at a wavelength of 514.7 nm was generated. The maximum average power was 130 mW with an optical conversion efficiency from the fundamental of around 10 %. Then, the second harmonic and the fundamental wave were mixed to generate UV light, at a wavelength of about 343 nm, by using a second LBO crystal. The maximum average power of UV was about 23 mW with an optical efficiency, with respect to the green, of approximately 20 %. One limitation of the laser was that the Cr:YAG was bleached not only by the circulating laser field, but also by remaining pump light. This resulted in decreasing peak power with increasing pump power, thus limiting the nonlinear conversion efficiencies. Thermal fracture of the Cr:YAG was a limiting factor for the intra-cavity average power, while burning of the coating on the Yb:KYW crystal limited the maximum peak power. The effects on a laser when using too high power for the level of absorption in a volume Bragg grating were also investigated. The effects of both resonant and non-resonant beams were investigated.  Since the intensity of a resonant beam decreases approximately exponentially in a volume Bragg grating, due to absorption, an uneven temperature distribution along the propagation axis is formed. This results in different thermal expansion and hence, results in a longitudinal chirp of the grating. The chirp caused a decrease in both reflectivity and spectral selectivity. The reflectivity of the particular grating used in these experiments decreased from 99.4 % to 93 %. In addition, it was experimentally shown that if a volume Bragg grating absorbs a non-negligible amount of a non-resonant beam, the thermal load will deform the volume Bragg grating. Therefore, it is not suitable to use such a grating the as input coupler of a laser cavity. / I detta examensarbete utformades och konstruerades en pulsad UV-laser. Dessutom undersöktes effekterna av absorption i ett volymbraggitter. Som laserkristall användes Yb:KYW vilken pumpades med en diodlaser. Lasring skedde vid 1029,2 nm med en bandbredd av 0,23 nm genom att ett volymbraggitter användes som inkopplingsspegel för att kontrollera spectrumet. Pulser generades genom passiv Q-switching med en Cr:YAG som mättnadsbar absorbator inne i kaviteten. Den maximala toppeffekten var 3,8 kW vid 0.35 W medeleffekt, 4 kHz repetitionsfrekvens och en pulsbredd på 16 ns. Den maximala medeleffekten var 1.3 W med en toppeffekt på 3,8 kW, 20 kHz repetitionsfrekvens och en pulsbredd på 20 ns. Genom frekvensdubbling i en LBO kristall genererades grönt ljus vid våglängden 514,7 nm. Den maximala medeleffekten var 130 mW med en optisk verkningsgrad från den fundamentala våglängden på 10 %. Sedan blandades det infraröda och det gröna ljuset i en andra LBO kristall för att generera UV-ljus, vid en våglängd om 343 nm. Den högsta medeleffekten av UV var cirka 23 mW med en optisk verkningsgrad, med avseende på det gröna ljuset, på ungefär 20%. En begränsning av laser var att Cr:YAG kristallen blektes inte enbart av lasern utan även av pumpen. Detta resulterade i fallande toppeffekt med ökande pumpeffekt, vilket begränsade effektiviteten i den ickelinjära konverteringen. Termisk fraktur på Cr:YAG kristallen var en begränsande faktor för cirkulerande medeleffekten i kaviteten, medan brännskador på Yb-kristallens antireflexbehandling begränsade toppeffekten. Effekterna i en laser vid användning av en alltför hög effekt i förhållande till nivån av absorption i ett volymbraggitter studerades också. Effekterna av både resonanta och ickeresonanta strålar undersöktes. Eftersom intensiteten av en resonant ståle minskar ungefär exponentiellt i ett volymbraggitter kommer temperaturen, på grund av absorption, fördelas ojämnt i propageringsriktningen. Detta resulterar i olika termiska expansion med en längsgående varierad gitterperiod som följd. Detta orsakar en minskning utav både reflektiviteten och den spektrala selektiviteten. Reflektiviteten i gittret som användes i dessa experiment minskade från 99,4 % till 93 %. Dessutom visades det experimentellt att om ett volymbraggitter absorberar en icke försumbar del av en ickeresonant stråle kommer värmebelastning att deformera volymenbraggittret. Därför är det inte lämpligt att använda ett sådant gitter som inkopplingsspegel i en laser.

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. 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. 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. / QC 20101116

Measurements of film mass flow rate for annular, diabatic steam-water flow in tubes are presented. The measurements were carried out with four axial power distributions and at several axial positions at conditions typical for boiling water reactors, i.e. 7 MPa pressure and total mass flux in a range from 750 to 1750 kg/m2s. The results show that the influence of the axial power distribution on the dryout power corresponds to a consistent tendency in the film flow rate and that the film tends to zero when dryout is approached. Furthermore it is demonstrated that two selected phenomenological models of annular flow well predict the present data. A model for additional entrainment due to boiling is shown to degrade the predictions. / QC 20101108

We studied the mutual neutralization of Li+ and H- at effective collision energies of a few hundred meV, which corresponds to temperatures of around 2000 K, in the double ion storage ring DESIREE.We present a new approach to match beam velocities and a new general analysis method for non-fragmenting mutual neutralization at DESIREE.Our results show two features, which we could clearly assign to the product channel into the electronically   excited  3s state of neutral lithium and an unresolved combination of 3p and 3d final state contributions.Branching fractions into 3s are extracted for ten different collision energies via spectral binning and compared to several theoretical investigations and two previous measurements, which focused on the heavier isotope deuterium.We find a significant isotope effect, as theoretically predicted, but in contrast to previous experimental results. The branching fractions agree well with different theoretical approaches using non-empirical couplings and  best with a combination of ab initio potentials and Landau-Zener transition probabilities.