This thesis presents an in-depth study into the characterization and enhancement of a metastable neon laser cooled and trapped atomic beam. The apparatus consists of a standard Zeeman slowed atomic beam loaded into a magneto-optical trap and was designed for applications to electron scattering experiments and photoionization. The efficiency of the metastable neon atomic source was investigated to determine the ideal cathode type for maximum metastable production and optimal atomic beam velocity haracteristics. A series of characterization measurements were performed on the MOT, and the trap volume and population were investigated for a range of trapping and slowing laser intensities and detunings, together with the MOT and Zeeman slower magnetic fields. The volume measurements were compared to standard Doppler theory and it was found that the Doppler model inadequately explained the trap behaviour. It was found that the MOT population characteristics were governed by two processes: two-body losses that limit the trap population at high densities, and the efficiency of the atom capture process which limits the operational range of the MOT over the various parameters. The trap temperature was determined to be 1.3mK via a time-of-flight technique. This was nearly twice that predicted by Doppler theory and the lack of agreement once again suggests the inadequacies in the Doppler theory to correctly model the experiment. The application of the MOT to the photoionization cross-section measurement of the (2p53p)3D3 state of neon was investigated. The MOT decay technique was utilized to measure cross-section values of o351 = 2.9+0.2 -0.3 x 10 -18cm2 and o363 = 3.1 +0.3 -0.4 x 10-18cm2 at the wavelengths of 351nm and 363nm respectively. This is an increase in accuracy of around a factor of five from previous measurements and it was found that the results agreed well with the values predicted by current theories.

Clinical wavefront-guided corneal ablation has been now the most technologically advanced method to reduce the dependence of glasses and contact lenses. It has the potential not only to eliminate spherocylindrical errors but also to reduce higher-order aberrations (HOA). Recent statistics show that more than 96% of the patients who received laser in situ keratomileusis (LASIK) treatment reported their satisfaction about the improvement on vision, six months after the surgery. However, there are still patients complaining that their vision performance did not achieve the expectation or was even worse than before surgery. The reasons causing the unexpected post-surgical outcome include undercorrection, overcorrection, induced HOA, and other postoperative diseases, most of which are caused by inaccurate ablation besides other pathological factors. Therefore, to find out the method to optimize the LASIK procedures and provide a higher surgical precision has become increasingly important. A proper method to calculate ablation profile and an effective way to control the laser beam size and shape are key aspects in this research to resolve the problem. Here in this Master of Philosophy degree thesis, the author has performed a meticulous study on the existing methods of ablation profile calculation and investigated the efficiency of wavefront only ablation by a computer simulation applying real patient data. Finally, the concept of a refractive surgery system with dynamical beam shaping function is sketched, which can theoretically overcome the disadvantages of traditional procedures with a finite laser beam size.

Utilisant des données Monte-Carlo ATLAS en simulation complète du canal ttH;H->WW(*), cette thèse prsésente une étude de la mesure du couplage de Yukawa du quark top pour une lumisosité intégrée de 30fb(-1) dans la gamme de masses du Higgs allant de 120 à 200GeV. Les effets du système de déclenchement, de l'empilement des événements, ainsi que de toutes les erreures systématiques possibles ont été étudiés. Pour une masses du Higgs de 160GeV, en incluant les erreures systématiques, la significance obtenue du signal est à 2 sigma en combinant les états finaux à deux et trois leptons. Le rapport d'embranchement combiné sigma_ttH*Br(H->WW(*)) peut atteindre une précision de 47 %.Cette thèse comprend également une étude de la linéarité de la réponse à des électrons VLE avec des données de tests en faisceau combiné d'un secteur du détecteur ATLAS. Les résultats MC utilisant une graine multiple 5X5 permettent d'envisager une amélioration future de la linéarité de réponse à des électron VLE.

Le boson de Higgs est l'une des particules elementaires predites par le modele standard, et la seule pas encore observee experimentalement. La recherche de la particule de Higgs est l'objectif premier de nombreuses experiences à haute energie au cours des dix dernieresannees. Selon le modele standard, les bosons W, Z0 bosons obtiennent leurs masses de la brisure spontanee de la symetrie du vide par le mecanisme de Higgs, tandis que les fermions obtiennent leurs masses par couplage de Yukawa avec le boson Higgs. Ce couplage est une des plus importantes proprietes du Higgs et permet de distinguer si il est de type modele standard ou non. Le Grand Collisioneur de Hadron (Large Hadron Collider ou LHC) au CERN est un collisionneur proton-proton avec une energie dans le centre de masse de 14 TeV. ATLAS est un detecteur de particules de type generaliste situe aupres d'un des points de collision du LHC. Le debut de la prise des donnees est prevue pour cet ete. Les principaux objectifs de physique de l'experience ATLAS sont les recherches du boson de Higgs, de particules SUSY et les mesures de precision electro-faibles. Utilisant des donnees Monte-Carlo ATLAS CSC (Computing System Commissioning) en simulation complµete du canal t¹tH;H ! WW, cette these presente une etude de la mesure du couplage de Yukawa du quark top pour une lumisosite integree de 30fb 1 dans la gamme de masses du boson de Higgs allant de 120 a 200GeV=c2. Pour la premiµere fois, les effets du systeme de declenchement, de l'empilement des evenements, ainsi que de toutes les erreurs systematiques possibles ont ete extensivement etudies. Pour une masses du Higgs de 160GeV=c2, en incluant toutes les erreures systematiques, la signicance obtenue du signal est superieure µa 2¾ en combinant les etats naux a deux et trois leptons. Le rapport d'embranchement combine ¾ t¹tH BrHWW peut atteindre une precision de 47 % et donner des informations importantes sur le couplage de Yukawa du quark top. C'est la premiere etude du canal t¹tH;H WW en simulation detaillee du detecteur ATLAS, incluant une etude complete et detaillee des erreurs systematiques. La partie la plus dicile de l'analyse de t¹tH;H WW est d'extraire le signal du bruit de fond abondant car la section efficace du signal est seulement 0:1% de celle du bruit de fond tt. En outre, le signal presente un etat final complexe d'au moins quatre jets, deux leptons et deux neutrinos qui rendent tres diffcile la reconstruction du spectre de masse du Higgs. L'isolation leptonique est un des moyens les plus importants pour supprimer le bruit de fond reductible. Cette these developpe une procedure dediee d'isolation en cone permettant de supprimer le bruit principal t¹t par un facteur 5. L'incertitude sur l'echelle d'energie leptonique est l'une des principales sources d'incertitude systematique pour cette analyse t¹tH;H WW. Une bonne linearite de reponse pour des electrons de tres basses energies (VLE) permettrait d'ameliorer la performance de l'estimation de l'echelle d'energie des electrons. Cette these comprend egalement une etude de la linearite de la reponse à des electrons VLE avec des donnees de tests en faisceau combine (CTB) d'un secteur du detecteur ATLAS. Une premiere methode basee sur l'utilisation, evenement par evenement, de chambreà fils proche du faisceau est presentee. Puis une autre methode est etudiee par simulation Monte-Carlo. Elle est basee sur l'utilisation d'un etalonnage s'appuyant sur une constante de calibration obtenue par une aggregation des energies par graine multiple de 5 par 5. Les resultats de simulation de cette methode permettent d'envisager une amelioration future de la linearite de reponse à des electrons VLE.

Les oscillations de neutrinos occupent la majeure partie des expériences s'intéressant à cette particule. Ce mécanisme utilise le fait que les neutrinos soient massifs pour permettre de passer d'un état de saveur à un autre. L'expérience OPERA commencera à prendre des données au printemps 2006. Son but est de prouver sans ambiguïté ce mécanisme en observant l'apparition de neutrinos tauïques dans le faisceau CNGS composé de neutrinos muoniques. Cette thèse présente une description des faisceaux de neutrinos, en s'appuyant sur le faisceau CNGS, tiré du CERN vers le laboratoire italien du Gran Sasso. Le flux de ces neutrinos est recalculé, et des simulations sont menées pour étudier les défauts d'alignement des éléments de la ligne de faisceau. Le détecteur OPERA est composé de briques faites d'un empilement de plaques de plomb et de films d'émulsion photographique, de deux trajectrographes et de deux spectromètres. La haute résolution en position des émulsions (<1 mu m) permet d'identifier les tau crées par l'interaction par courant chargé des neutrinos tauïques. La localisation des briques touchées par un neutrino est faite à l'aide d'un réseau de scintillateurs. La reconstruction des traces dans ces scintillateurs, ainsi que dans les spectromètres, fait partie des travaux présentés dans cette thèse. Un algorithme d'identification des muons a également été développé dans cette thèse. Il permet une réduction d'un facteur 20 du bruit de fond charmé. Le futur de la physique des oscillations de neutrinos passe par la construction de faisceaux de neutrinos de plus en plus intenses, pour arriver à mesurer les derniers paramètres inconnus (theta13 et deltaCP). Le projet de faisceau du CERN vers le tunnel de Fréjus est revisité dans la dernière partie de cette thèse. Une optimisation complète de la ligne de faisceau est proposée, et permet d'atteindre une sensibilité de theta13 de l'ordre du degré.

La physique à la drip-line offre l'opportunité d'étudier les noyaux à la limite du paysage couvert par la physique nucléaire, où l'addition de nouveaux protons et neutrons ne peut plus être supportée. A l'approche de la drip-line, la structure même des noyaux se trouve modifiée par rapport aux plus stables. Les fermetures de couches classiques disparaissent et de nouveaux phénomènes surgissent, tels que la clusterisation et les halos. Dans ce travail, nous avons revisité la spectroscopie du noyau non-lié 10He par l'intermédiaire d'une réaction de transfert d'un proton 11Li(d,3He) à 50 AMeV étudiée par la méthode de masse manquante. Pour ce faire, nous avons utilisé le détecteur MUST2 sur la ligne RIPS du RIKEN Nishina center. La partie expérimentale de ce travail repose sur un dispositif novateur utilisant des détecteurs de silicium très fins. Pour la première fois, la mise en oeuvre de ces derniers en conjonction avec des détecteurs sensibles en position de haute granularité a été démontrée. L'approche par réaction de transfert conduit à des résultats très clairs sur la position du premier état résonant du 10He, trouvé dans ce travail à 1.4(3) MeV, en accord avec la plupart des précédents travaux expérimentaux. L'obtention pour la première fois d'un facteur spectroscopique permet de nous renseigner sur la nature du recouvrement <10He|11Li>, trouvé égale à 0.13(6).

When an intense femtosecond laser pulse propagates in a gas, it undergoes filamentation, a spectacular process where the pulse spatial, spectral and temporal characteristics change considerably. A thin short-lived plasma column is formed in the wake of the propagating pulse. My PhD work has been dedicated to the further understanding of the filamentation process. In a first part, I compare the properties of a usual filament with those of a filament formed by a femtosecond laser pulse with a Bessel beam profile. Using a laser pulse of same intensity and duration, I show that a Bessel beam can form a longer and more uniform plasma column in air, but that the plasma density is significantly lower. In a second part, I show that it is possible to increase considerably the lifetime of the plasma column, using a dual femtosecond/nanosecond laser pulse technique. To obtain an increased lifetime over a significant segment of a plasma column, I rely on the properties of Bessel beams in the nonlinear regime developed in the first chapter. In a third part, I study the dynamics of free electrons that are produced in the filamentation process. To do this, I have developed a specially designed current probe. Experiments reveal a very rich behaviour. The longitudinal displacements of electrons in the plasma column depend sensitively on the nature of the gas and its pressure as well as on the laser polarization of the laser. I propose a model to explain this behaviour. The direction of electron flow results from the competition between pure laser forces and a Coulomb wake field force. In the last chapter, I study filamentation in a Helium gas. This required improving the laser characteristics in order to reach the necessary power for filamentation. Improved characteristics have been achieved by implementing a planar compression stage which shortened the laser pulse from 50 fs to 10 fs without appreciable energy loss. The first experimental evidence for filamentation in He is presented at the end of the thesis. Agreement is found with a numerical simulation.

Dans tout accélérateur de particules, l'injecteur est d'une importance cruciale car il détermine la plupart des caractéristiques du faisceau accéléré. Les accélérateurs laser plasma, basés sur l'interaction d'une impulsion laser ultra brève et ultra intense avec un plasma sous dense, ne dérogent pas à cette règle. Cependant, pour ces accélérateurs ultra compacts, l'injection est un véritable défi : pour obtenir une source de bonne qualité, il faut injecter un faisceau d'électrons ultra court synchronisé très précisément avec le laser. Dans cette thèse, la pertinence d'un injecteur optique, utilisant une deuxième impulsion laser, est démontrée expérimentalement. Cet injecteur permet d'obtenir des faisceaux d'électrons mono-énergétiques de façon stable. De plus, cet injecteur permet de régler les paramètres du faisceau produit. Ainsi l'énergie, la charge et la dispersion en énergie du faisceau sont ajustables simplement, en changeant les paramètres de la deuxième impulsion laser. Ces contrôles supplémentaires permettent d'étudier précisément les phénomènes physiques ayant lieu lors de l'accélération du faisceau d'électrons. Ainsi, les effets de beam loading, liés à l'interaction du faisceau d'électrons avec le plasma, ont pu être mis en évidence et étudiés. L'optimisation de l'injecteur a permis d'obtenir les faisceaux d'électrons les plus fins spectralement mesurés à ce jour dans l'interaction laser plasma, avec des dispersions en énergie de l'ordre du pourcent.

<p>In this project several tests were performed to evaluate the performance of an On-Board Imager® (OBI) mounted on a clinical linear accelerator. The measurements were divided into three parts; geometric accuracy, image registration and couch shift accuracy, and image quality. A cube phantom containing a radiation opaque marker was used to study the agreement with treatment isocenter for both kV-images and cone-beam CT (CBCT) images. The long term stability was investigated by acquiring frontal and lateral kV images twice a week over a 3 month period. Stability in vertical and longitudinal robotic arm motion as well as the stability of the center-of-rotation was evaluated. Further, the agreement of kV image and CBCT center with MV image center was examined.</p><p>A marker seed phantom was used to evaluate and compare the three applications in image registration; 2D/2D, 2D/3D and 3D/3D. Image registration using kV-kV image sets were compared with MV MV and MV-kV image sets. Further, the accuracy in 2D/2D matches with images acquired at non-orthogonal gantry angles was evaluated. The image quality in CBCT images was evaluated using a Catphan® phantom. Hounsfield unit (HU) uniformity and linearity was compared with planning CT. HU accuracy is crucial for dose verification using CBCT data.</p><p>The geometric measurements showed good long term stability and accurate position reproducibility after robotic arm motions. A systematic error of about 1 mm in lateral direction of the kV-image center was detected. A small difference between kV and CBCT center was observed and related to a lateral kV detector offset. The vector disagreement between kV- and MV-image centers was  2 mm at some gantry angles. Image registration with the different match applications worked sufficiently. 2D/3D match was seen to correct more accurately than 2D/2D match for large translational and rotational shifts. CBCT images acquired with full-fan mode showed good HU uniformity but half fan images were less uniform. In the soft tissue region the HU agreement with planning CT was reasonable while a larger disagreement was observed at higher densities. This work shows that the OBI is robust and stable in its performance. With regular QC and calibrations the geometric precision of the OBI can be maintained within 1 mm of treatment isocenter.</p>

<p>Some products share one or two modules and while developing these products, structural optimization with stiffness as the objective function can be a useful tool. There might be no or very little CAD-data available in the pre-development phase and it is not certain that existing designs can be, or is desirable to use as a reference. The main objective of this thesis is to establish an accurate and fast-to-use methodology which can be utilized while developing new cars.</p><p>In this thesis, the Volvo products S40, V50 and C70 serve as a basis for this case study. All the models are beam structures and the masses of components are added as point and line masses. Several optimization analyses are performed on one or three products exposed to seven load cases. Additional analyses with shell elements, more simplified models and changed load case balance achieved by normalization of the different load case compliances are also studied to investigate how these factors influence the results.</p><p>Analyses show that front crash to a great extent dominates the results while normalization increases the influence of the remaining load cases. Since front crash is dominating and the front area is shared in all products, the performance is remarkably similar when three products are optimized compared to separate analyses of one product. Analysis of models without added point or line masses gives a result which greatly differs from previous results and therefore shows that added masses are required. The methodology is applicable to develop products and detect new load paths through the car.</p>