Les propriétés structurales et de luminescence de couches minces de TiO2 et Y2O3 dopées terres rares (thulium, terbium et ytterbium) ont été étudiées en vue de les intégrer dans une cellule photovoltaïque comme couche de conversion spectrale du proche UV vers l'infrarouge afin d'en améliorer l'efficacité. Ces couches minces ont été synthétisées par dépôt chimique en phase vapeur à pression atmosphérique à l'aide de précurseurs organo-métalliques et assisté par aérosol (aerosol assisted MOCVD). Les couches minces sont partiellement cristallisées dès la synthèse (400°C pour le TiO2 en phase anatase, 540°C pour Y2O3 en phase cubique). Après traitement thermique la cristallisation est largement améliorée et la luminescence des ions dopant terres rares est obtenue dans les deux matrices oxydes. Le thulium émet dans une large bande située vers 800 nm et l'ytterbium vers 980 nm. Le terbium quand à lui émet dans une gamme située principalement dans le visible. Les spectres d'excitation ont montré que l'absorption des photons se fait via la matrice. En matrice TiO2 une efficacité de transfert d'énergie du Tm3+ vers l'Yb3+ de l'ordre de 20 % a été déterminée pour des teneurs de 0,8 % des deux dopants, ce qui correspond à la limite d'auto-extinction. Le rendement global mesuré est faible, nous avons montré que les causes probables de cette faible valeur sont le manque d'absorption des couches minces pour obtenir l'excitation de l'ion sensibilisateur ainsi que des processus de luminescence et de down conversion pas assez efficaces.

Atomic precision measurements provide a strong testing ground for new theoretical ideas and fundamental laws of physics. Measurement of the Lamb shift in the hydrogen atom is one of the best examples towards this -it resulted in the birth of QED in 1949 by Dyson, Feynman, Schwinger and Tomonaga. The precision measurements of the hyperfine structure in hydrogen and deuterium by Nafe, Nelson and Rabi indicated that the g-factor for the electron was not exactly 2 as predicted by Dirac, but slightly greater, due to QED effects. Thus the precision measurements are indispensable not only for developing new theory but also for the verification and fine-tuning of theoretical parameters. Precision measurement of hyperfine structure provide valuable information about the nucleus structure, which is helpful in fine tuning of atomic wave-functions used in theoretical calculations. The aim of the work reported in this thesis is the measurement of hyperfine frequency and the observation of hyperfine structure constant in alkali atoms and in Yb atom. This thesis is organized as follows. In Chapter 1, an introduction to the importance of Alkali atoms and Yb atom in the field of precision measurement will be discussed. The scope of this thesis is also discussed in this chapter. In Chapter 2, an introduction to hyperfine structure starting from the beginning of the atomic physics will be discussed. We have discussed about the LS-coupling, jj-coupling, and the influence of the atomic nucleus on atomic spectra. We have also discussed the Zeeman effect and Doppler broadening. In chapter 3, the detail of experimental technique used in this thesis as copropagating satabs, hyperfine frequency measurement using AOM scan, AOM lock and ring cavity has been discussed. Experimental technique to observe the EIT signal in two electron Yb system has been discussed, which can be improved the precision in frequency measurement because of the narrow line-width. In chapter 4, we describe the co-propagating saturated-absorption spectroscopy and its application in frequency measurement. Saturated-absorption spectroscopy (satabs) in a vapor cell is a standard technique used to stabilise the laser frequency. In normal satabs we are getting some extra peaks known as a crossover peaks because laser interact with different velocity group in a vapor cell. In satabs the crossover peaks are stronger and often swamp the true peaks. So we have developed a technique of co-propagating satabs to remove the spurious peak, which has several advantages over conventional satabs. The co-propagating satabs signal appears on a flat background (Doppler-free) with good signal-to-noise ratio and does not have the problem of crossover resonances in between hyperfine transitions. We have adapted this technique to make measurements of hyperfine intervals by using one laser along with an acousto-optic modulator (to produce the scanning pump beam). In chapter 5, we describe the measurement of the hyperfine interval in the 2P1/2 state of 7Li using the SAS technique in hot Li vapor. This technique produces spurious ground crossover resonances that are more prominent that the real peaks. So we have used this ground crossover to measure the hyperfine interval using AOM locking technique. We have developed a technique to measure the absolute frequencies of optical transitions by using an evacuated Rb-stabilized ring-cavity resonator as a transfer cavity. In chapter 6, we study the wavelength-dependent errors due to dispersion at the cavity mirrors by measuring the frequency of the same transition in the Cs D 2 line (at 852 nm) at three cavity lengths. The spread in the values shows that dispersion errors are below 30 kHz, corresponding to a relative precision of 10−10 . We give an explanation for reduced dispersion errors in the ring-cavity geometry by calculating errors due to the lateral shift and the phase shift at the mirrors, and show that they are roughly equal but occur with opposite signs. In chapter 7, we describe precision measurement of hyperfine structure in the 3P2 state of 171,173Yb, and see an unambiguous signature of the magnetic octupole coefficient C in 173Yb. The frequencies of the 3P23S1 transition at 770 nm → are measured using a Rb-stabilized ring-cavity resonator with an accuracy of 200 kHz. In 173Yb we obtain the hyperfine coefficients as A = − 742.11(2) MHz and B = 1339.2(2) MHz, which represent a two orders-of-magnitude improvement in precision, and C = 0.54(2) MHz. Using atomic-structure calculations for two-electron atoms, we extract the nuclear moments quadrupole Q =2.46(12)b and octupole Ω = 34.4(21)b × µN . The observation of nuclear octupole moment in two-electron atoms, to the best of our knowledge, was never reported before. In 171Yb we obtain the hyperfine coefficient A = 2678.49(8) MHz. Using this measurement as well as the previous measurement of A coefficient from our lab, we have compared the hyperfine anomalies for 1P1, 3P1 and 3P2 states. In chapter 8, we describe the EIT in two electron system of 174Yb from 1S0(Fg = 0) 3P1(Fe = 1). We have observed the EIT in degenerate two level system and → after lifting the degeneracy by applying the magnetic field we are getting five peaks. We have also observed the EIT in 173Yb. In 173Yb there are three degenerate two level system Fg =5/2 Fe =3/2, Fg =5/2 Fe =5/2, Fg =5/2 Fe =7/2. →→→ We have observed the same type of EIT signal for all the three transitions Fg = FFe = F, ±F + 1. → In Chapter 9, we give a broad conclusion to the work reported in this thesis and suggest future avenues of research to continue the work started here.

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In the first chapter, a Q-switched fiber laser that is capable of generating transform-limited pulses based on single-frequency fiber laser seeded ring cavity is demonstrated. The output pulse width can be tuned from hundreds of nanoseconds to several microseconds. This Q-switched ring cavity fiber laser can operate over the whole C-band. In addition, a theoretical model is developed to numerically study the pulse characteristics, and the numerical results are in good agreements with the experimental results. In the next chapter, a Raman fiber laser is developed for generating signal at 1480 nm. Initial experimental results has demonstrated generating of Raman laser at 1175 nm, 1240 nm, 1315 nm, and 1395 nm wavelength. Finally, a free space fiber amplifier is studied both theoretically and experimentally. The experimental work has demonstrated signal coupling efficiency up to 90% in the NP highly Er/Yb co-doped phosphate fiber.

Mit der vorliegenden Habilitationsschrift habe ich den Versuch unternommen, die beiden Themenkomplexe meiner bisherigen wissenschaftlichen Tätigkeit als Beispiele für die Rolle von Modellen in der klinischen Forschung zu verwenden. Den Ansto§ dazu gaben Diskrepanzen, die mir in der Auseinandersetzung mit eigenen Ergebnissen und Beobachtungen im Umfeld dieser Themenkomplexe aufgefallen sind: der Rolle kontaminierender Tumorzellen in der Hochdosistherapie maligner Tumoren einerseits und dem Enzym Dipeptidylpeptidase IV (DPP IV) andererseits. Die beobachteten Diskrepanzen sind Ausdruck konkurrierender pathophysiologischer oder therapeutischer Modelle, und die Präferenz eines bestimmten Modells scheint nicht rein rational erklärbar. Welche Faktoren tragen jedoch zur Entscheidung für oder gegen ein bestimmtes Modell bei? Ich möchte den Umgang mit wissenschaftlichen Modellen anhand der genannten Themenkomplexe aus meiner Sicht erörtern. Anschlie§end soll ein Entwurf skizziert werden, in dem die der Entscheidung für oder gegen ein therapeutisches Modell zugrundeliegende Motivationslage besser verständlich wird und die Intentionalität klinischer Forschung auf den Patienten hin berücksichtigt. / In the thesis presented here, I have taken the challenge to use the topics of my scientific work to discuss the role that models appear to exert in clinical science. This decision arose from discrepancies that became evident in the comparative assessment of my own studies in relation with the surrounding scientific context: the role of tumor cells contaminating peripheral blood or progenitor cell harvests as part of a high-dose chemotherapy regimen on the one hand, and the enzyme dipeptidyl peptidase IV (DPP IV) on the other. The observed discrepancies appear to result from competing pathophysiological or therapeutic models, and the preference or rejection of one model apparently cannot be explained solely by rational factors. I will discuss the application of models in the context of the topics which my scientific work has been focusing on, and I will develop a draft proposal which will render the individual motivational status underlying the decision in favor of or against a distinct model easier to understand, with attention to the intentionality of clinical research towards the patient.

G-CSF besitzt direkte Effekte auf die Aktivierung bakterizider Eigenschaften neutrophiler Granulozyten und verbessert das Überleben bakteriell infizierter Tiere. Daher wurde in der hier vorliegenden Arbeit der Effekt einer prophylaktischen oder therapeutischen Gabe von G-CSF bei experimenteller Pneumonie durch Klebsiella pneumoniae in Mäusen untersucht. Unerwarteterweise verschlechterte aber eine prophylaktische G-CSF-Gabe das Überleben und führte dosisabhängig zu einer Steigerung der bakteriellen Dissemination von der Lunge in Leber und Milz. Im Gegensatz dazu konnte ein spezifisch gegen K2-Kapselpolysaccharid (K2-KPS) von K. pneumoniae gerichteter monoklonaler Antikörper signifikant die Vermehrung der Bakterien in Lunge, Leber und Milz reduzieren. Die Blockierung von TNF?? durch Pentoxifyllin hingegen verzögerte die Letalität nach Induktion der Pneumonie, verhinderte sie jedoch nicht. In vitro konnte hier nachgewiesen werden, daß G-CSF spezifisch an K. pneumoniae bindet und daß diese Bindung an mehrere Proteine mit einem Molekulargewicht von 41, 25 und 21 kDa erfolgt. Die Bindung von G-CSF an K. pneumoniae führte zu einer signifikant erhöhten Produktion des wichtigsten Virulenzfaktors, K2-KPS. Dies verminderte in vitro signifikant eine Phagozytose der Bakterien durch neutrophile Granulozyten. Damit gelang es zum ersten Mal, die Bindung von G-CSF an ein gram-negatives Bakterium, K. pneumoniae, nachzuweisen und zu zeigen, daß diese Bindung in vitro zu einer erhöhten Produktion des wichtigsten Virulenzfaktors und in vivo zur Verschlechterung einer experimentellen Pneumonie durch erhöhte bakterielle Disseminierung bei prophylaktischer Gabe von G-CSF vor Infektion führt. Die weitere Untersuchung dieser Phänomene hinsichtlich einer möglichen Bindung von G-CSF auch an andere Bakterien könnte zu einer differenzierten supportiven Therapie bakterieller Infektionen mit G-CSF in nicht neutropenischen Patienten führen. / Besides its well-established effects on granulocytopoiesis, granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF) has been shown to have direct effects on the recruitment and bactericidal ability of neutrophils, resulting in improved survival of experimentally infected animals. The effect of G-CSF on the course of experimental pneumonia induced by Klebsiella pneumoniae was studied. Using a highly reproducible murine model, the paradoxical finding that mortality from infection was significantly increased when animals received G-CSF before induction of pneumonia could be demonstrated. Administration of G-CSF promoted replication of bacteria in the liver and spleen, thus indicating an impairment rather than an enhancement of antibacterial mechanisms. By contrast, a monoclonal antibody against Klebsiella K2 capsule significantly reduced bacterial multiplication in the lung, liver, and spleen, and abrogated the increased mortality caused by G-CSF. Blocking of TNF-? with pentoxifylline, however, could not prevent increased mortality caused by G-CSF. In vitro studies showed a direct effect of G-CSF on K pneumoniae resulting in inreased capsular polysaccharide (CPS) production. When bacteria were coincubated with therapeutically achievable concentrations of G-CSF, phagocytic uptake and killing by neutrophils was impaired. Western blot analysis showed three binding sites of G-CSF to K pneumoniae. Thus, in this model, the direct effect of G-CSF on a bacterial virulence factor, CPS production, outweighed any beneficial effect of G-CSF on recruitment and stimulation of leukocytes. Further investigations of possible binding of G-CSF to other bacteria might influence a differentiated supportive therapy of bacterial infections in non-neutropenic patients with this growth factor.

Die postoperative pulmonale Hypertension (PHT) bei Kindern nach chirurgischer Korrektur eines angeborenen Herzfehlers ist mit einer erhöhten postoperativen Morbidität und Mortalität assoziiert. Sie kann in lebensbedrohliche pulmonalhypertensive Krisen exazerbieren. Eine systematische Untersuchung der zugrundeliegenden Pathophysiologie sowie mögliche Behandlungsformen der postoperativen PHT ist Gegenstand dieser Arbeiten. Alle Untersuchungen wurden im Rahmen der klinischen Routine an sedierten und zumeist intubierten und mechanisch beatmeten Kindern mit angeborenen Herzfehlern durchgeführt, sowohl präoperativ im Herzkatheterlabor, als auch postoperativ auf der Intensivstation. Es wird die Anwendung von inhalatorischem NO und aerosolisiertem PGI2 zur Diagnostik und Therapie der prä- und postoperativen PHT bei Patienten mit angeborenen Herzfehlern konkret entwickelt und dargestellt. Die Bedeutung von pulmonalem endothelialen Versagen, zirkulierenden plasmatischen Endothelinen und vaskulo-bronchialen Interaktionen für Ausprägung der postoperativen PHT und den klinischen Verlauf des Patienten werden hier erstmals dargestellt. Insgesamt werden hierdurch neue Therapieansätze aufgezeigt, welche bereits im Einsatz sind oder in naher Zukunft umgesetzt werden. / Postoperative pulmonary hypertension in children after congenital heart surgery is associated with increased postoperative morbidity and mortality. This state may exacerbate in livethreatening pulmonary hypertensive crises. A systematic assessment of the underlying pathophysiology and possible treatment options was the object of this work. All studies were done within the clinical routine in sedated and mostly intubated and mechanically ventilated children with congenital heart disease, during preoperative evaluation in the cardiac catheter laboratory, and during their postoperative recovery on the intensive care unit. The application of inhaled nitric oxide and aerosolised prostacyclin for the preoperative evaluation and postoperative treatment of pulmonary hypertension is described. The impact of pulmonary endothelial dysfunction, circulating endothelins, and vasculo-bronchial interactions for the development and perpetuation of postoperative pulmonary hypertension and the clinical course of the patient is delineated for the first time. Thus, novel therapeutic options are demonstrated which may be already in use or will be applied in the near future.

Die Quantifizierung koronararterieller Verkalkungen mit der Elektronenstrahltomographie hat sich als ein genaues nichtinvasives Instrument der Risikostratefizierung bei koronarer Herzerkrankung erwiesen. Obwohl die Herztransplantation heute als etablierte Therapie der fortgeschrittenen Herzinsuffizienz akzeptiert ist, wird der langfristige Behandlungserfolg durch das Auftreten einer koronararteriellen Intimaproliferation, der sog. Graftsklerose, limitiert. Um die Eignung der Elektronenstrahltomographie für die Diagnostik der Graftsklerose zu prüfen, wurden 112 Patienten zwischen einem und 153 (Median: 46) Monate nach Herztransplantation untersucht. Die koronararterielle Kalklast wurde mit der Agatston-Methode quantifiziert und mit den Ergebnissen der Koronarangiographie und der intrakoronaren Ultraschalluntersuchung verglichen. Koronararterielle Verkalkungen fanden sich bei 84 Patienten (75%). In der Koronarangiographie wiesen 16 Patienten eine >50% Stenose auf, deren Agatston-Score nur in einem Fall unter 55 lag (p9 das Vorliegen verkalkter Plaques. Die Elektronenstrahltomographie hat sich damit als ein vielversprechendes Verfahren zur nichtinvasiven Diagnose einer koronaren Herzerkrankung nach Herztransplantation erwiesen. / Electron beam computed tomography (EBCT) is a non-invasive imaging method that allows for the accurate estimation of coronary risk. Although cardiac transplantation represents the ultimate treatment of end stage congestive heart failure, ist success is limited by intimal proliferation, also known as transplant vasculopathy. To validate the use of EBCT in the detection of cardiac transplant coronary disease, 112 patients were examined between one and 153 months after cardiac transplantation (median: 46 months). Coronary artery calcium load was determined by the Agatston-method and compared with the results of conventional coronary angiography and intracoronary ultrasound. Coronary artery calcifications were found in 84 patients (75%). Upon coronary angiography, 16 patients displayed stenotic lesions of more than 50% of the luminal diameter, and only one of these patients had an Agaston score of less than 55 (p

Sekundäre bakterielle Infektionen im Verlauf oder in Folge einer Infektion mit Influenza A Viren (IAV) steigern oftmals die Schwere des Krankheitsverlaufes, was besonders während der IAV Pandemien von 1918, 1968 und 2009 deutlich wurde. Genaue mechanistische Ursachen, welche dieser gesteigerten Kopathogenität zugrunde liegen wurden überwiegend in Tierversuchsmodellen adressiert und sind immunologisch unvollständig. Aufgrund organstruktureller und immunfunktioneller Speziesunterschiede ist ungewiss, inwieweit eine Übertragbarkeit der Daten zwischen Mensch und Maus besteht. Fokus der Arbeit bildete die Analyse potentieller IAV assoziierter Änderungen der angeborenen Immunität, welche sekundäre Pneumokokkeninfektionen in humanem ex vivo Lungengewebe begünstigen. Dafür wurden zentrale Zyto - bzw. Chemokine als Reaktion auf Einzelinfektionen mit dem saisonalen IAV Pan/99(H3N2) sowie Streptococcus pneumoniae D39 mit denen subsequenter viral-bakteriellen Koinfektion verglichen. Ausgelöst durch die antivirale Interferonantwort erfolgte die Reduktion der pneumokokkeninduzierten Bildung von IL-1β und GM-CSF auf translationaler und transkriptioneller Ebene. Vermutlich beeinflussen Typ I und II Interferone die IL-1β Bildung, welches über parakrine Wechselwirkungen an der GM-CSF Regulation beteiligt ist. Auf zellulärer Ebene verursachte IAV die Freisetzung von Typ I, II und III Interferonen aus primären humanen Alveolarepithelzellen vom Typ II. In humanen Alveolarmakrophagen unterdrückten Typ I und II Interferone die pneumokokkeninduzierte IL-1β Freisetzung. Folglich unterblieb die IL-1β-regulierte GM-CSF Sekretion aus Alveolarepithelzellen vom Typ II. Die Ergebnisse zeigen, dass influenzainduzierte Interferone durch die Unterdrückung der IL-1β regulierten Bildung von GM-CSF in humanem Lungengewebe beitragen. Damit unterstützt sie das Verständnis immunologischer Faktoren, welche diesem Krankheitsbild im Menschen pathophysiologisch zugrunde liegen können. / Secondary bacterial infections, which occur during or following an IAV infection, exaggerate the severity of the course of disease up to a lethal outcome, clearly recognizable during the fatal IAV pandemics from 1918, 1968 or 2009. Particular mechanisms underlying this exaggerated viral-bacterial copathogenity were almost solely addressed using animal models and are immunologically incomplete. Due to structural and immunofunctional interspecies differences the transferability of data between human and mice remains indeterminate. The study mainly purposed to investigate IAV associated modulations of innate immunity, which potentially facilitates secondary pneumococcal pneumonia in primary human ex vivo lung tissue. Hence secretion of central cyto- and chemokines initiated by single infection with the seasonal IAV Pan/99(H3N2) or the bacterium Streptococcus pneumoniae D39 were compared to subsequent viral-bacterial coinfection. In context of an antiviral interferon response the pneumococcal induced translation and transcription of IL-1β and GM-CSF were reduced. Probably type I and type II interferons affect generation of IL-1β, which participates in the regulation of GM-CSF by paracrine interactions. On a cellular basis the infection of primary human alveolar epithelial cells type II (AECII) with IAV triggered the release of interferon type I, II and III. In human alveolar macrophages type I and II interferons suppressed the pneumococcal induced release of IL-1β. Consequently, the IL-1β regulated generation of GM-CSF in AECII was impeded. The present study indicates, that influenza related induction of interferons suppresses the IL-1β related release of GM-CSF in human lung tissue. Thereby it takes part in contributing to pathophysiological comprehension of immunological factors underlying this copathogenity.