abstract: Loading a cavity-backed slot (CBS) antenna with ferrite material and applying a biasing static magnetic field can be used to control its resonant frequency. Such a mechanism results in a frequency reconfigurable antenna. However, placing a lossy ferrite material inside the cavity can reduce the gain or negatively impact the impedance bandwidth. This thesis develops guidelines, based on a non-uniform applied magnetic field and non-uniform magnetic field internal to the ferrite specimen, for the design of ferrite-loaded CBS antennas which enhance their gain and tunable bandwidth by shaping the ferrite specimen and judiciously locating it within the cavity. To achieve these objectives, it is necessary to examine the influence of the shape and relative location of the ferrite material, and also the proximity of the ferrite specimen from the probe on the DC magnetic field and RF electric field distributions inside the cavity. The geometry of the probe and its impacts on figures-of-merit of the antenna is of interest as well. Two common cavity backed-slot antennas (rectangular and circular cross-section) were designed, and corresponding simulations and measurements were performed and compared. The cavities were mounted on 30 cm $\times$ 30 cm perfect electric conductor (PEC) ground planes and partially loaded with ferrite material. The ferrites were biased with an external magnetic field produced by either an electromagnet or permanent magnets. Simulations were performed using FEM-based commercial software, Ansys' Maxwell 3D and HFSS. Maxwell 3D is utilized to model the non-uniform DC applied magnetic field and non-uniform magnetic field internal to the ferrite specimen; HFSS however, is used to simulate and obtain the RF characteristics of the antenna. To validate the simulations they were compared with measurements performed in ASU's EM Anechoic Chamber. After many examinations using simulations and measurements, some optimal designs guidelines with respect to the gain, return loss and tunable impedance bandwidth, were obtained and recommended for ferrite-loaded CBS antennas. / Dissertation/Thesis / M.S. Electrical Engineering 2013

Na tentativa de estudar a viabilidade do sistema KCl:KCN:OCN-: Eu+2 como meio ativo para laser sintonizável na região do infravermelho médio, observou-se uma interessante característica deste sistema na região do visível. Os íons Eu+2 em sítios acoplados aos íons moleculares CN- e OCN- apresentam uma forte luminescência na região do verde (banda larga centrada em 505nm à temperatura ambiente), cuja característica possibilita um estudo posterior da emissão laser deste sistema. Neste trabalho estuda-se a transição 4f7 4f65d de íons Eu+2 por processo de absorção de um fóton, utilizando as técnicas de absorção ótica, luminescência e medição de tempo de vida. Estuda-se, também, a transição 4f7 4f7 (8S7/2 6P7/2) por processo de absorção de dois fótons. Para o estudo da interação entre os íons Eu+2 e íons moleculares CN- foram feitos tratamentos térmicos à diferentes temperaturas, na tentativa de tornar eficaz o aclopamento eletrônico-vibracional, devido à mobilidade que os íons Eu+2 apresentam na rede cristalina. Toda a parte de aquisição de dados é realizada por um sistema, desenvolvido no próprio Grupo de Ótica, acoplado ao microcomputador. / In the attempt to study the feasibility of the KCl:KCN:OCN-: Eu+2 system as an active medium for mid-infrared tunable lasers, it was observed an interesting feature of this system in the visible region. The Eu+2 ions in the site coupled to CN- and OCN- molecular ions exhibit a strong luminescence in the green region (a large band centered in 505 nm at room temperature). This feature makes possible a further study of the laser action in this system. In this work the 4f7 4f65d transition of Eu+2 ions is studied by means of one photon absorption process, using optical absorption, luminescence and lifetime measurement techniques. The 4f7 4f7 (8S7/2 6P7/2) transition of Eu+2 ions is studied by two photon absorption. In order to study the Eu+2 CN- interaction, the samples were annealed at different temperatures, aiming to obtain an effective electronic-vibrational coupling, due the mobility the Eu+2 ions exhibit in the lattice. The data acquisition is achieved by a system coupled to microcomputer.

Orientador: Rosana Maria Caram de Assis / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-09T23:46:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sardeiro_PaulaSilva_D.pdf: 4278471 bytes, checksum: caae243c104fee90280a8154d5e47b08 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo A escolha de trabalhar com os vidros translúcidos e policarbonatos alveolares ocorreu devido à inexistência de pesquisas na área e por estar sendo ostensivamente utilizados na Europa e Estados Unidos e, no país, vem ganhando espaço nas fachadas das edificações desde a década de 90, como um material renovado e inédito. Conseqüentemente, percebe-se a necessidade de caracterizar este material diante da radiação solar, levando em consideração o conforto térmico e visual no interior da edificação. Para tanto, foram realizadas medições em laboratórios, por meio do espectrofotômetro e do rugosímetro, como também medições in loco, através de células-teste. No laboratório foram realizadas medições de transmissão da radiação nos vidros e policarbonatos alveolares, com o espectrofotômetro; e medições do perfil dos vidros com o rugosímetro. Nas células-teste foram medidas a temperatura interna e externa do ar, a temperatura superficial interna e externa do vidro e a temperatura da parede oposta a janela. Obteve-se resultados inéditos, caracterizando a transmissão para cada região específica: ultravioleta, visível e infravermelho, verificando os parâmetros térmicos e luminosos. A rugosidade da superfície do vidro tem poder decisivo na questão da transmissão da radiação. Nas células-teste fechadas com os vidros translúcidos com menores valores referentes ao Profile Rugose Total - PRT foram registrados os maiores valores relativos à temperatura interna do ar. Formulam-se recomendações que servirão de subsídios na especificação e na indicação de superfícies translúcidas para arquitetos e projetistas, levando em consideração o térmico e o visual; e, também, divulgam-se informações técnicas que são escassas na literatura nacional e internacional / Abstract: This paper is directed towards translucent glasses and alveolar polycarbonates due to the lack of extensive research in this field. Nonetheless, these materials have been ostensively used in Europe and United States. In Brazil, translucent glasses and alveolar polycarbonates have been increasingly applied to building facades since the decade of 90¿s as a novel and renewed material. Thus, it is important to characterize translucent glasses and alveolar polycarbonates before solar radiation considering the thermal and visual comfort inside the building. In order to do so, laboratory measurements were performed using a spectrophometer to measure the glass transmission and a profilometer to measure the glass profiles. In loco measurements were also carried out through test cells in which the air, glass surface and wall temperatures were evaluated. The novel results characterized the transmission to each specific region, ultraviolet, visible and infrared, which verified the thermal and visual parameters. The glass surface roughness has a distinguished influence on the radiation transmission. The test cells closed with translucent glass of the lowest PRT values demonstrated the highest values of internal air temperature. It was possible to elaborate recommendations that will serve as groundwork for architects and designers in the specification and indication of translucent surfaces taking into account the thermal and visual comfort. At last, the results also contributed to disclose technical information that is scarce in the national and international literature / Doutorado / Arquitetura e Construção / Doutor em Engenharia Civil

Orientador: Newton Cesário Frateschi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estaual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-14T07:11:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vallini_Felipe_M.pdf: 6816809 bytes, checksum: 7d9629364087ccf092b857c9650d464d (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: A crescente demanda do uso de sistemas de comunicação óptica, seja pelo aumento do número de usuários ou pela quantidade de informação enviada, requer um aumento substancial na necessidade de desenvolvimento de novos sistemas e componentes. Em termos de componentes aplicados à comunicação óptica, aqueles utilizados para a amplificação óptica são de grande importância. Entre eles estão presentes os amplificadores ópticos de semicondutores. Para aplicações após a modulação óptica, pré-detecção e analógicas, é importante alta linearidade dos amplificadores, para que não haja distorção dos sinais e informações enviadas. Já os amplificadores em saturação (de baixa linearidade) permitem grande robustez de desempenho e a redução da complexidade (e do custo) de componentes de micro-óptica em integrações híbridas, neste caso utilizados para compensar perdas ópticas devido ao sistema e ao envelhecimento dos lasers e corrigir efeitos da polarização. Sendo assim, nos dois extremos de condição de operação, não saturado e em saturação profunda, temos a possibilidade de utilizar o dispositivo em aplicações lineares ou não-lineares, respectivamente. Como a saturação do ganho de um amplificador depende da densidade de portadores injetadas no mesmo, propomos o desenvolvimento de amplificadores com multicontatos para a injeção não homogênea de portadores. Com base na idéia proposta acima, nossa dissertação de mestrado trata do projeto de amplificadores multi-contatos partindo do estudo das propriedades de saturação do ganho. Fabricamos um laser de semicondutor, do qual parâmetros empíricos foram extraídos. Desenvolvemos uma simulação de amplificadores de contatos únicos e de multi-contatos, cujos dados de entrada foram os parâmetros empíricos obtidos. Com a mesma estrutura epitaxial utilizada na fabricação do laser, fabricamos amplificadores de contato único e de multi-contatos. Caracterizamos os dispositivos e obtemos boa concordância qualitativa com nossas simulações. Obtemos um controle da linearidade em amplificação de sinais contínuos de -7 a 7 dBm para uma baixa corrente de bombeio das cavidades dos dispositivos / Abstract: The dramatic increase in information density required for nowadays telecom systems demands constant improvements in optical communication technology. In this technology the components used for optical amplification are of great importance, particularly the semiconductor optical amplifiers for they provide high level of miniaturization and reduction in power consumption. Considering these components, after optical modulation, before detection and analog applications requires high linearity of the amplifiers. On the other hand, amplifiers in deep saturation (highly non-linear) yield big robustness and complexity reduction (and cost reductions) for hybrid integration. Also, non-linearity may be of interest for wavelength conversion, switching and pulse compression or dilatation. Therefore, the two extreme operation conditions, unsaturated or in deep saturation are of interest. Since the gain saturation of an amplifier depends on their carrier density, we propose the development of amplifiers with multi-contacts for non-homogeneous injection of carriers along the waveguide of the device. Based on this idea we present the development of multi-contact amplifiers in this dissertation. We first present the modeling of the device using semi-empirical parameters obtained from the fabrication of semiconductor lasers that uses the same epitaxial structures. Subsequently, we fabricated single-contact amplifiers and multi-contacts semiconductor amplifiers, the main subject of this work. The characterization of the devices was realized and good qualitative concordance with our simulations is shown. A linearity control of the amplification for DC signals was achieved for relatively low injection current in both cavity in a -7 to 7 dBm input power range / Mestrado / Mestre em Física

Orientador: Lucila Chebel Labaki / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-08T09:29:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Castro_AdrianaPetitodeAlmeidaSilva_D.pdf: 2534532 bytes, checksum: 4ea70ab9e519a13a5ddf61c29646f7b7 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O desempenho térmico de uma edificação depende de fatores como implantação, orientação, materiais e componentes construtivos, que devem ser adequadamente definidos para diferentes condições climáticas. O edifício atua como mecanismo de controle das variáveis do clima, através de sua envoltória (paredes, piso, cobertura e aberturas) e dos elementos do entorno, e deve ser projetado de modo a proporcionar conforto e eficiência energética. Entre os componentes da construção, os vidros funcionam como um dos elementos de maior potencialidade de aquecimento interno. Devido à sua transparência à radiação solar, possibilitam facilmente o ingresso de grande parte dessa energia no ambiente. No presente rabalho estudou-se o comportamento de superfícies transparentes em fachadas, em situação real, através de medições em seis células-teste, de dimensões 2,00 x 2,50m. Analisou-se in loco o comportamento térmico de vidros, comercialmente disponíveis no mercado, cuja caracterização, do ponto de vista da transmissão espectral, já era conhecida através de técnica espectrofotométrica. Foram selecionados 14 tipos de vidros: cinco planos, quatro refletivos pirolíticos, três refletivos metalizados a vácuo e dois laminados, os quais foram instalados em aberturas de 1,00 X 1,20m nas células-teste, localizadas em fachadas com orientação norte e oeste. A análise foi realizada separadamente para as duas orientações. Avaliou-se o desempenho térmico de cada vidro, tendo o incolor, de espessura 4mm, como referência. A metodologia utilizada consistiu na aquisição de dados mensuráveis de parâmetros ambientais: temperaturas superficiais internas dos vidros, temperaturas de bulbo seco no ambiente interno e temperaturas do ar externo. O fator de ganho solar foi calculado a partir dos resultados de absortância dos diferentes materiais, obtidos por análise espectrofotométrica, e diferenças entre as temperaturas interna e externa. Os resultados mostram o alto ganho de calor através dos vidros planos, sendo o incolor o de pior desempenho térmico, com maior ganho, seguido pelo bronze, cinza e verde. Os vidros refletivos metalizados a vácuo apresentam o melhor desempenho térmico, dentre os materiais analisados, quando se tem como objetivo atenuar o ganho de calor e projetar edificações com menor consumo energético para refrigeração / Abstract: Thermal performance of buildings depends on several factors, such as implantation, orientation, materials and building components, which should be appropriately defined for different climate conditions. The building acts as a controller of the climatic variables, through the building envelope (walls, floor, roof and openings) and the nearby elements. Building design must provide indoor comfort and energy efficiency. Glazing easily allows the penetration of solar radiation into buildings, due to its transparency to solar radiation. So glasses must be carefully considered in building design, having in mind their potential for internal heating. In this work studies about the behavior of transparent façades, in real conditions, were carried out through measurements in six test-cells with dimensions 2,00 x 2,50m. Fourteen types of glasses were selected: five float glasses, four reflective glasses produced by pyrolitic process, three reflective ones obtained by vacuum metal deposition and two laminated glasses. Their spectral behavior was known from previous spectrophotometric studies. The glasses were installed in 1,00 X 1,20m openings in two façades facing north and west, separately. The colorless 4mm float glass was taken as reference. Internal surface temperatures of glasses, internal dry bulb temperatures and outdoor temperatures were collected. Solar gain factor was calculated on the basis of absortance values, obtained from spectrophotometrical nalysis, and temperature differences inside and outside the cells. Results show a high heat gain through float glasses, with the worst thermal behavior for the colorless one, followed by bronze, gray and green. Furthermore, reflective glasses obtained by vacuum metal deposition present the best thermal performance for the purpose of heat gain attenuation and to design buildings with the least energy consumption for cooling / Doutorado / Edificações / Doutor em Engenharia Civil

Orientador: Milva Maria Figueiredo De Martino / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciencias Medicas / Made available in DSpace on 2018-08-08T15:48:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cardozo_DanielaSchiavo_D.pdf: 2670320 bytes, checksum: 352380cc6cb2f1df7754d526a9fca400 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Os objetivos deste estudo foram: avaliar as características individuais do ciclo vigília-sono; comparar a diferença de peso, no intervalo de dois anos, entre indivíduos do turno diurno e noturno; identificar se existe associação entre tempo de trabalho no turno noturno e alteração de peso e IMC; verificar se existem associação entre alterações de peso e IMC e as variáveis do ciclo vigília-sono consideradas neste estudo como latência, qualidade de sono noturno, duração de sono e cochilos e verificar a influência da atividade física no peso. Participaram da pesquisa um total de (n=76) sujeitos, (n=50 turno noturno e n=26 turno diurno), distribuídos nas seguintes categorias: enfermeiros, auxiliares de enfermagem e técnicos de enfermagem, que trabalhavam no Hospital das Clinicas da Universidade Estadual de Campinas. A idade média foi de 42 anos. O horário de trabalho do turno noturno era das 19h00min até às 07h00min do dia seguinte e do turno diurno, das 07h00min às 13h00min ou das 13h00min até às 19h00min. Os instrumentos utilizados para a coleta de dados foram: o diário de sono (coletado durante 30 dias); questionário de informações pessoais; uma balança para pesagem e mensuração da altura para o cálculo do índice de massa corporal (IMC), e para classificar o IMC utilizou-se a tabela de BRAY (1998). Os dados do peso foram coletados em dois momentos caracterizados por peso 1, altura 1 e IMC 1 do registro da Divisão de Segurança e Saúde Ocupacional da UNICAMP, correspondendo ao controle de saúde do trabalho no período de 2003. O segundo momento em 2005, correspondendo ao peso 2, altura 2 e IMC 2. Os resultados da análise dos padrões do sono dos grupos diurno e noturno mostraram dados estatisticamente significantes (Teste de Mann-Whitney) para a latência do sono (p=<0,001), horário de acordar (p=<0,001), duração do sono noturno (p=0,002), qualidade do sono noturno (p=0,009) e presença de cochilos (p=0,001). Constatou-se pelo teste de correlação de Spearman que houve diferença significativa estatisticamente. (r=-0,296; p=0,0366) dado que, conforme aumenta a freqüenta da prática de atividade física, diminui a diferença de peso e IMC. Comparando os resultados do aumento de peso associados com o tempo de trabalho em turno noturno observou-se que não houve diferença significativa pelo teste Mann-Whitney (p=0,302), no entanto, os valores das médias do tempo de trabalho dos grupos de redução e aumento de peso mostraram diferenças (11,18 anos e 13,87 anos respectivamente). Verifcou-se que os sujeitos do grupo do turno noturno apresentaram média de IMC maior em comparação ao grupo diurno com diferenças estatisticamente significantes (teste Mann- Whitney). Entretanto,não se pode afirmar que as alterações de sono estiveram presentes influenciando o ganho de peso no grupo do noturno / Abstract: The main goals of this work were: evaluate the individuals? characteristics of the sleep-wake cycle compare the variation in weight, in the period of two years, among individuals working in the day-shift and in the night-shift; investigate the existence of any relationship between the working time in the night-shift and change in weight and BMI as well as investigate any relationship between change in weight and BMI and the variables of the sleep-wake cycle which in this study are taken as latency, quality of sleep in the night, sleep duration and napping. This research counted on a number of participants of (n=76) people, (n=50 of the night-shift and n=26 of the day-shift), from several distinct professions: nurses, nursing technician and nurses aides that worked in the Hospital das Clínicas da Universidade Estadual de Campinas. The average age of the group was 42 years. The working time of the night-shift was from 19h00min to 07h00min of the following day, and the working time of the day-shift was from 07h00min to 13h00min or from 13h00min to 19h00min. The instrumentation used to collect the date was: the diary of sleep (which was filled in with data for 30 consecutive days); questionnaire on personal information related to life style; a balance to measure weight and height to get data for BMI calculation, and the BRAY (1998) table to classify the BMI. The data related to weight were collected in two distinct points in time; the first instant is represented by weight-1, height-1 and BMI-1 of the records from Occupational Health and Safety Division at UNICAMP, respective to the Labor Health control of the period of 2003. The second instant, in 2005, is represented by weight-2, height-2 and BMI-2. The results of the analysis of the night- shift group and day-shift group sleep patterns lead to data statistically significative (Mann-Whitney test) for the latency of sleep (p=<0,001), wake up time (p=<0,001), night sleep duration (p=0,002), night sleep quality (p=0,009), and occurrence of napping (p=0,001). It was found through the test of correlation of Spearman that there was a statistically significant difference (r=-0,296; p=0,0366), given that the difference in weight and the IMC decrease as it increases the frequency of physical activity. From the comparison among the results of the weight increase associated with time of work in the night-shift, it was noticed that there was not significant difference by means of the test of Mann-Whitney (p=0,302), however, the average time of work of the groups with weight reduction and with weight increase showed differences: (11,18 years and 13,87 years respectively). It was noticed that the individuals from the group of night-shift lead to average IMC higher than the ones from the group of day-shift with statistically significant differences (test of Mann-Whitney). However, it was not identified any reason to support the statement that the altered sleep was present and that influenced the weight increase in the group of night-shift / Doutorado / Enfermagem e Trabalho / Doutor em Enfermagem

Orientador: Newton Cesario Frateschi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-10T18:33:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mialichi_JoseRoberto_M.pdf: 1964796 bytes, checksum: 5579bc0b247e2f473578a1a155424ebf (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Esta dissertação de mestrado apresenta estudos teóricos sobre o cálculo de ganho óptico em nanoestruturas baseadas no sistema InGaAs/InGaAsP. A partir da teoria de perturbação dependente do tempo, cuja perturbação é a interação de uma onda eletromagnética-matéria, e da teoria de Kane para a estrutura de bandas de semicondutores que relaciona a matriz de transição envolvida nos processos radiativos com parâmetros experimentais desta mesma banda, desenvolvemos todo o formalismo teórico deste cálculo do ganho óptico, além de criarmos uma ferramenta computacional para a aplicação do mesmo às nanoestruturas semicondutoras, tais como poço, fio e ponto quântico. Curvas espectrais de ganho são geradas para cada caso e as análises comparativas destas curvas demonstram que nanofios e nanopontos propiciam condições de alto ganho óptico devido ao confinamento de suas dimensões e, ainda melhor, controle espectral. O efeito da não-homogeneidade das dimensões dos pontos também é considerado. Subseqüentemente, aplicamos os resultados do cálculo de ganho óptico para calcular a corrente de limiar de lasers de semicondutores de faces clivadas a partir das equações de taxa de fótons e portadores na cavidade com a injeção de corrente elétrica. Um estudo é realizado para a otimização do comprimento da cavidade para cada um dos meios de amplificação de luz: bulk, poços, fios e pontos quânticos. Por fim, descrevemos nossos primeiros resultados para o crescimento epitaxial, através do método de crescimento epitaxial de feixe químico (CBE), dos componentes básicos de uma estrutura de laser de semicondutor. Fabricamos e caracterizamos um diodo de junção de InP e poços quânticos de InGaAs/InGaAsP. Amostras epitaxiais de lasers de poços quânticos obtidas externamente foram processadas em lasers de diversos comprimentos de cavidade e caracterizadas. Especialmente, apresentamos curvas de corrente de limiar em função do comprimento da cavidade do laser em concordância qualitativa com nossas simulações, estabelecendo o primeiro passo para o refinamento de nossa ferramenta computacional / Abstract: This master¿s dissertation presents the theoretical studies on the calculation of optical gain in nanostructures based on the InGaAs/InGaAsP/InP system. From the time dependent perturbation theory, where perturbation is the interaction of an electromagnetic wave with matter, and the Kane¿s theory for semiconductors band structure, relating the transition matrix involved in the radioactive processes with experimental parameters of the same band structure, we have developed a theoretical formalism for the optical gain calculation. We then developed a simulation tool to apply to semiconductors structures, such as well, wire, and quantum dot. Spectral gain curves are generated for each case and comparative analyses of these curves demonstrates that quantum wires and quantum dots provide higher optical gain due to its confined dimensions and, even better, much spectral control. The effects of non-homogeneous dot size distribution are also considered. Subsequently, we have applied the simulation tool to calculate the threshold current in semiconductor lasers with cleaved faces (edge emitting lasers), based on the rate equations for photons and carriers in the optical resonant cavity with the injection of electrical current. A study is performed for the optimization of the length of the cavity for each of active region medium: bulk, wells, wires, and quantum dots. Subsequently, we have described our first results for the epitaxial growth by chemical beam epitaxy (CBE) of the basic components of a semiconductor laser: InP junction diode and quantum wells of InGaAs/InGaAsP. Finally, epitaxial samples of quantum well lasers obtained externally were processed in lasers of several resonant cavity lengths and characterized. We have especially presented curves of threshold current as a function of the length of the resonant cavity of the laser in qualitative agreement with our simulations, establishing the first step for refining of our simulation tool / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física

Here we present direct investigation of the lasing behaviour by performing gain spectroscopy of solution-based CQDs enabled via in-situ tuning of the feedback wavelength of an open-access hemispherical microcavity. The investigation is performed on two different types of CQDs, namely spherical CdSe/CdS core-shell CQDs and nanopletelets (NPs). The lasing threshold and the differential gain/slope efficiency of the fundamental cavity mode are measured as a function of their spectral position over a spectral range of &Tilde; 32 nm and of &Tilde; 42 nm for the spherical CQDs and NPs, respectively. The results of the gain spectroscopy are described using theoretical models, providing insights into the mechanism governing the observed lasing behaviour. Furthermore, the open-access cavity architecture provides a very convenient way of producing in-situ tunable lasing, and single-mode lasing of the fundamental cavity mode over a spectral range of &Tilde; 25 nm and &Tilde; 37 nm is demonstrated using spherical CQDs and NPs, respectively. In addition, the stability of laser emission is investigated, with the lasing intensity of the fundamental cavity mode remaining constant over a time period of almost 6 mins. It is hoped that the results will provide a detailed understanding of the lasing behaviour of CQDs. This information can be fed back into the design of CQDs in which the lasing threshold can be reduced to the point where useful devices can be constructed, and in the design of resonant optical feedback structures for which the appropriate wavelength must be carefully selected.

Abstract This thesis studies the level of performance achievable using today's standard IC processes in the integrated RF subcircuits of the modern GSM base station. The thesis concentrates on those circuit functions, i.e. I/Q modulators, variable gain amplifiers and frequency synthesizers, most relevant for integration in the base station environment as pinpointed by studying the receiver/transmitter architectures available today. Several RF integrated circuits have been designed, fabricated and their level of performance measured. All main circuits were fabricated in a standard double-metal double-poly 1.2 and 0.8 μm BiCMOS process. Key circuit structures and their measured properties are: 90° phase shifter with ±1° phase error with VCC = 4.5…5.5 V and T = -10…+85 °C, I/Q modulator suitable for operation at output frequencies from 100 MHz to 1 GHz and baseband frequencies from 60 to 500 kHz (2.0 mm × 2.0 mm, 100 mA, 5.0 V) with LO suppression of 38 dBc and image rejection of 41 dBc, temperature compensated DC to 1.5 GHz variable gain amplifier (1.15 mm × 2.00 mm, 100 mA, 5.0 V) with a linear 50 dB gain adjustment range, maximum gain of 18.5 dB and gain variation of 1 dB up to 700 MHz over the whole operating conditions range of VCC = 4.5…5.5 V and T = -10…+85 °C, a complete bipolar semicustom synthesizer (90…122 mA, 5.0 V) and two complete full-custom BiCMOS synthesizer chips including all building blocks of a PLL-based synthesizer except for the voltage controlled oscillator and the loop filter. The synthesizers include circuit structures such as ∼2 GHz multi-modulus divider and low-noise programmable phase detector/charge pump (18.7 pA/√Hz at Iout = 500 μA) and have an exemplar phase noise performance of -110 dBc/Hz at 200 kHz offset. One of the main problems of the integer-N PLL based synthesizer when used in a multichannel telecommunications system is the level of spurious signals at the output, when the synthesizer is optimised for fast frequency switching. Therefore, a method using only two current pulses to make the frequency step response of the loop faster, thus allowing a narrower loop bandwidth to be used for additional spur suppression, is proposed. The operation of the proposed speed-up method is analysed mathematically and verified by measurements of an existing RF-IC synthesizer operating at 800 MHz. Measurements show that simple current pulses can be used to speed up the channel switching of a practical RF synthesizer having a frequency step time in the tens of μs range. In the example, a 7.65 MHz frequency step was made seven times faster using the proposed method.

Abstract This thesis describes the development of integrated structures and circuit implementations for the receiver channel of portable pulsed time-of-flight laser rangefinders for industrial measurement applications where the measurement range is from ∼1 m to ∼100 m to noncooperative targets and the required measurement accuracy is from a few millimetres to a few centimetres. The receiver channel is used to convert the current pulse from a photodetector to a voltage pulse, amplify it, discriminate the timing point and produce an accurately timed logic-level pulse for a time-to-digital converter. Since the length of the laser pulse, typically 5 ns, is large compared to the required accuracy, a specific point in the pulses has to be discriminated. The amplitude of the input pulses varies widely as a function of measurement range and the reflectivity of the target, typically from 1 to 100 ... 1000, so that the gain of the amplifier channel needs to be controlled and the discrimination scheme should be insensitive to the amplitude variation of the input signal. Furthermore, the amplifier channel should have low noise in order to minimize timing jitter. Alternative circuit structures are discussed, the treatment concentrating on the preamplifier, gain control circuitry and timing discriminator, which are the key circuit blocks from the performance point of view. New circuit techniques and structures, such as a fully differential transimpedance preamplifier and a current mode gain control scheme, have been developed. Several circuit implementations for different applications are presented together with experimental results, one of them being a differential BiCMOS receiver channel with a bandwidth of 170 MHz, input referred noise of 6 pA/√Hz and maximum transimpedance of 260 kW. It has an accuracy of about +/- 7 mm (average of 10000 measurements), taking into account walk error with an input signal range of 1:624 and jitter (3s). The achievable performance level using integrated circuit technology is comparable or superior to that of the previously developed commercially available discrete component implementations, and the significantly reduced size and power consumption open up new application areas.