La turbulence diminue le confinement du plasma et dégrade les performances des réacteurs à fusion. Différentes instabilités peuvent induire la turbulence comme les Ion Temperature Gradient (ITG) et les Trapped Electron Modes (TEM). Etant donné que les ITG et les TEM sont déstabilisés par différent gradients, ils peuvent tous les deux être stables, instables, ou donner un seul mode dominant.Il est important de pouvoir discriminer expérimentalement les régimes dominés par les TEM ou les ITG car le transport et la rotation qu’ils induisent peuvent être sensiblement différents.Des méthodes expérimentales existent pour cela, mais elles sont complexes et pas toujours réalisables. Cette thèse montre qu’une analyse des spectres fréquentiels de fluctuation peut fournir une indication expérimentale du mode dominant.En fonction du scénario du plasma, les spectres peuvent exhiber différentes composantes. Dans cette thèse il est montré que l’un d’eux appelé mode "Quasi-Cohérent" (QC) est induit par les TEM dans le plasma de cœur.Cette découverte a été faite dans des plasmas Ohmiques par des mesures de réflectométrie et des simulations gyrocinétiques combinées à un réflectomètre synthétique. Elles montrent que les TEM induisent des spectres fréquentiels étroits responsables des modes QC observés expérimentalement dans le cœur du plasma. Ces modes QC ont été renommés QC-TEM en référence à leur lien avec les TEM.Les premières applications de ces résultats ont ensuite été faites dans des plasmas Ohmiques et dans ceux chauffés par ondes à la fréquence cyclotronique électronique. De plus, des transitions ont été rapportées entre les QC-TEM et des modes MHD. / Plasma Turbulence is responsible of the anomalous transport which degrades the performances of the fusion devices. Turbulence is trigger by different instabilities such as the Ion Temperature Gradient Modes (ITG) and the Trapped Electron Modes (TEM). As ITG and TEM are driven by different gradients, they can either both be stable, both coexist or give way to a single dominant mode. The transport and the toroidal velocity induced by ITG and TEM can be noticeably different thus it is important to be able to discriminate experimentally the dominant modes. Different experimental approaches exist to distinguish ITG from TEM but they are complex and not systematically feasible. This thesis shows that frequency fluctuation spectra can provide an additional experimental indication of the dominant mode.These spectra can show different components:-Broadband spectra (delta-f around hundreds of kHz) which are generally attributed to turbulence.-Coherent modes (delta-f around 1 kHz) which oscillate at a very well-defined frequency.-Quasi-Coherent (QC) modes (delta-f around tens of kHz) which oscillate at a rather well defined frequency but are reminiscent of the broadband fluctuations.Reflectometry measurements and gyrokinetic simulations combined with a synthetic reflectometer diagnostics show that TEM can induce QC modes in the core region of Ohmic plasmas. The QC signature of TEM is due to their narrow frequency spectrum. The QC modes observed in the plasma core were renamed QC-TEM due to their TEM origins. Then, the first applications of these results are made in Ohmic and ECRH plasmas to investigate the role of TEM, and transitions are reported between QC-TEM and MHD modes.

This thesis is divided into three main sections that deal with optical and magnetic thin films properties and their measurements techniques. Principles of the spectroscopic reflectometry and measurements of optical properties are described in the first part. Results of imaging reflectometry are most important. This technique is based on in situ monitoring of optical properties of SiO2 thin films during etching over the area cca 10 × 13 mm2. In next section magnetic properties of thin films and new apparatus built on the Institute of Physical Engineering of BUT are shown. Magnetic properties were observed by longitudinal magneto-optical Kerr effect. The construction of the device is based on a light beam with rectilinear polarization reflected from magnetic material with turned polarization. For investigation of local magnetic properties of microstructures a microscope objective focusing laser beam on the sample is used. The last part of the thesis is aimed on improving of a spin valve structure Co/Cu/NiFe. This work was done within the frame of the Erasmus project in Laboratoire Louis Néel in Grenoble. The goal was to achieve the value of GMR (Giant Magnetoresistance) as high as possible by changing of deposition parameters. This value describes the rate of resistances in different mutual directions of magnetization in trilayers.

[pt] Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de uma estrutura automatizada para o monitoramento de fibras ópticas. Esta estrura consite em dois tipos de reflectômetros ópticos por contagem de fótons no domínio do tempo e um filtro de tendências que é utilizado para detectar as falhas em uma fibra óptica de forma automatizada. O primeiro OTDR por contagem de fótons apresenta uma faixa dinâmica de 32 dB com resolução espacial de 6 m, já o segundo OTDR apresenta uma faixa dinâmica de 14 dB e uma resolução de 3 cm. Foi demonstrada a sua capacidade de detectar falhas automaticamente em um enlace óptica e de sintonização no monitoramento de redes passivas WDM. / [en] In this work the development of an automated structure for the monitoring of optical fibers is presented. This structure consists of two types of Photon Counting Optical Time Domain Reflectometers and a trend filter that is used to detect fiber faults in an automated way. The first Photon Counting OTDR has a 32 dB dynamic range with spatial resolution of 6 m, while the second OTDR has a 14 dB dynamic range and a resolution of 3 cm. Its ability to automatically detect faults in an optical fiber link and tunability for monitoring of optical WDM networks has been demonstrated.

Frequency response analysis (FRA) is a method which is used to detect mechanical faults in transformers. The FRA response of a transformer is determined by its geometry and material properties, and it can be considered as the transformer’s fingerprint. If there are any mechanical changes in the transformer, for example if the windings are moved or distorted, its fingerprint will also be changed so, theoretically, mechanical changes in the transformer can be detected with FRA. The purpose of this thesis is to partly create a simple model for the ferromagnetic material in the transformer core, and partly to investigate the high frequency part of the FRA response of the transformer winding. To be able to realize these goals, two different models are developed separately from each other. The first one is a time- and frequency domain complex permeability model for the ferromagnetic core material, and the second one is a time- and frequency domain winding model based on lumped circuits, in which the discretization is made finer and finer in three steps. Capacitances and inductances in the circuit are calculated with use of analytical expressions derived from approximated geometrical parameters. The developed core material model and winding model are then implemented in MATLAB separately, using state space analysis for the winding model, to simulate the time- and frequency response. The simulations are then compared to measurements to verify the correctness of the models. Measurements were performed on a magnetic material and on a winding, and were compared with obtained results from the models. It was found that the model developed for the core material predicts the behavior of the magnetic field for frequencies higher than 100 Hz, and that the model for the winding predicts the FRA response of the winding for frequencies up to 20 MHz.

Da die dielektrischen Eigenschaften eines jeden Materials, also auch von Fleisch, charakteristisch sind und von Faktoren wie beispielsweise dem Feuchtigkeitsgehalt und der chemischen Zusammensetzung sowie der physikalischen Struktur abhängig sind, gibt es bereits seit einigen Jahren verschiedene Forschungsansätze im Bereich der dielektrischen Messmethoden. Ein neu entwickeltes Messverfahren für die Be-stimmung der Qualitätsparameter Lagerdauer und eventuell erfolgter Gefrierprozesse bei Fisch basiert auf der dielektrischen Zeitbereichsreflektometrie. Die Klärung der Frage, in wie weit dieses Verfahren auch bei Frischfleisch angewendet werden kann, ist das Ziel der vorliegenden Dissertation. In Vorversuchen wurde zunächst die generelle Anwendbarkeit des Verfahrens im Fleischbereich anhand verschiedener Lager- und Gefrierversuche geprüft. Basierend auf diesen Ergebnissen gliederten sich die experimentellen Untersuchungen in fol-gende Abschnitte: Ermittlung der Lagerdauer von SB-verpackten Minutensteaks vom Schweinelachs (MAP) sowie von Hähnchenbrustfilets, Erkennung von Gefrierprozes-sen bei Hähnchenbrustfilets und Schweinelachsen, Gefrierlagerdauerbestimmung verschiedener Fleischsorten (Schweinelachs, Schweinebauch und Rinderbugstück) bei drei unterschiedlichen Gefriertemperaturen und Erkennung von Fremdwasserzu-sätzen bei Hähnchenbrustfilets. Die Vorversuche zeigten eine generelle Eignung des Verfahrens zur Untersuchung von Lagerzeiten und Gefrierprozessen bei Fleisch. Im Bereich der Lagerdauererkennung ist eine Anwendung, auch für SB-verpackte Produkte (in Schutzatmosphäre), denkbar, das Verfahren muss hier allerdings bezüg-lich der zu Grunde liegenden linearen Auswertungsmodelle noch optimiert werden (Kurvenanpassung notwendig). Ebenso konnten gute Ergebnisse in der Gefrierlager-dauerbestimmung erzielt werden, auffällig waren die Fleischsorten-übergreifend bes-seren Ergebnisse der Messungen an vor dem Einfrieren einige Tage gelagerten Pro-ben. Gute Ergebnisse erbrachten auch die Messungen bezüglich der Gefrierprozess-erkennung (Proben frisch, einmal-gefroren und doppelt-gefroren). Ein Einsatz des Verfahrens ist besonders im Geflügelfleischbereich denkbar und angesichts der ge-setzlichen Bestimmungen für Geflügelfleisch (keine Fleischzubereitungen aus gefro-rener und aufgetauter Ware) auch überaus wünschenswert. Die besten Ergebnisse lieferte das Verfahren bei der Fremdwassererkennung an Hähnchenbrustfilets, was auf Grund des starken Dipolcharakters von Wasser bei einem auf Dielektrizität beru-henden Messverfahren auch erklärbar ist. Selbst die zusätzlich mit Geflügelfleisch-Proteinhydrolysatpulver versetzten Proben konnten (bedingt durch die Strukturverän-derungen im Probenmaterial) eindeutig von den unbehandelten Proben abgegrenzt werden, was mittels laborchemischer Analyse über das Wasser-Protein-Verhältnis nicht möglich gewesen wäre. Ein Einsatz des Verfahrens für diese Anwendung erscheint besonders sinnvoll, um der Überwachung und Qualitätssicherung ein ge-eignetes Instrument für die schnelle Feststellung von Wasserzusätzen (bei unverän-dertem Wasser-Eiweiß-Verhältnis) geben zu können. Vor dem praktischen Einsatz dieser Messmethode müssen größere Validierungsver-suche durchgeführt werden, um geeignete Kalibrationssätze für die Anwendung an unbekannten Proben, besonders im Geflügelfleischbereich, zur Verfügung zu haben. Ein Einsatz des Verfahrens zur Qualitätsbestimmung im Fleischbereich ist generell möglich und wäre auf Grund der schnellen Ergebnislieferung und einfachen Handha-bung der (mobilen) Messeinrichtung für Überwachung und Qualitätskontrolle wünschenswert. / As the dielectric properties of each material, thus also for meat, are characteristically and depend on factors as for instance humidity and the chemical composite as well as physical structure there are existing different research approaches in the array of dielectric measurement methods already for many years. A new developed meas-urement method for the estimation of the quality parameters storage time and option-ally occurred freezing processes on fish is basing on the dielectric time domain reflec-tometry. The clarification of the question how far this method can also be used for fresh meat is the intention of the present graduate thesis. In preliminary tests initially the general applicability of the method in the meat sector by means of different storage and freezing examinations was reviewed. Basing on these results the experimental examinations were divided into the following parts: evaluation of the storage time of packaged minute steaks from the pork chop (MAP) as also of chicken breast filets, estimation of freezing processes of chicken breast filets and pork chops, freezing storage time recognition of different meat varieties (pork chop, pork belly and beef bow pieces) with three different freezing temperatures and evaluation of added water in chicken breast filets. The preliminary tests indicated a general ability of the method for the recognition of storage times and freezing processes on meat. In the array of storage time evaluation an appliance, also for MAP-packaged products (in controlled atmosphere), is thinkable, however the method has to be optimized concerning the underlying linear evaluation models (curve fitting is necessary). As well there could be aimed good results for the freezing storage time recognition, the meat variety comprehensive better results for measurements on pattern which were stored some days previously were flashy. Good results were also adduced by the measurements concerning the freezing process recognition (pattern fresh, once- and double-frozen). An application of the technology is notably thinkable for the poultry meat sector and, in the face of the legal requirements for poultry meat (no preparation of frozen and thawed material allowed) also exceedingly desirable. The best results were carried out using the method for the recognition of added water in chicken breast filets, what is explainable by reason of the strong dipole character of water within a measurement method based on dielectricity. Even the pattern additionally glazed with poultry hydrolyzed protein powder could definitely be differentiated from the untreated pattern, what could not be realized with the water protein percentage using a laboratory chemical analysis. After all an appliance of the method for this application seems particularly reasonable, as a suitable instrument for the fast recognition of added water (with an unmodified water-protein-ratio) could be given to the monitoring and quality assurance. Before starting the practically application of this measurement method there have to be accomplished larger validation examinations, to have suitable calibration kits for the application on unknown pattern at one´s disposal, especially in the poultry meat sector. The assignment of the method for quality evaluation in the meat sector is generally possible and would be desirable for the monitoring and quality control by the reason of its fast result delivery and easy handling of the (mobile) measurement arrangement.

In der vorliegenden Projektarbeit wurde ein erster Design-Vorschlag für eine Superspiegel-Test-Anlage am Ausbildungskernreaktor 2 der TU Dresden erstellt. Mit dieser soll die Reflektivität von Neutronensuperspiegeln bestimmt werden. Die Funktionalität des erarbeiteten Vorschlags ist mit Hilfe der Software McStas überprüft worden. McStas ist ein Monte-Carlo Programm, das Neutronenstrahlen für neutronenoptische Anwendungen simuliert. Basierend auf der Arbeit an einer existierenden Anlage am Paul-Scherrer-Institut, NARZISS, wurde außerdem eine Software entwickelt. Die Software dient der Auswertung der am Instrument gewonnenen Daten.:1. Einleitung 2. Neutronenoptik 2.1. Reflexion und Transmission 2.2. Reflexion an dünnen Schichten 2.3. Superspiegel 2.4. Polarisierende Spiegel 2.5. Monochromatoren 2.6. Detektoren 3. McStas 3.1. Überblick 3.2. Source 3.3. Mirror 3.4. Monitor 4. NARZISS am PSI 4.1. Aufbau 4.2. Justage und Versuchsdurchführung 4.3. Anwendungen am Beispiel eigener Messungen 4.3.1. Neutronensuperspiegel 4.3.2. Wafer 4.4. McStas-Modell NARZISS 5. Simulationen für ein Superspiegeltest-Instrument an der TU Dresden 5.1. Randbedingungen 5.2. Aufbau 5.3. Quelle 5.4. Simulationsergebnisse 5.4.1. Wellenlänge 5.4.2. Kollimation, Divergenz 5.4.3. Abschätzung Messzeit 5.5. Ergebnis und Verbesserungspotentiale 6. NOA - Ein Programm zur Auswertung von NARZISS-Messergebnissen 6.1. Zielstellung 6.2. Architektur 6.3. Berechnungen und Bearbeitungsablauf 6.3.1. Teil: Reflektivität 6.3.2. Teil: Polarisierung 6.4. Ergebnis 7. Zusammenfassung und Ergebnis sowie Ausblick / In the current project there was developed a first design-suggestion for a super-mirror-teststation at the nuclear training reactor Ausbildungskernreaktor 2 at the TU Dresden. It should be used to test the reflectivity of neutron super mirrors. The usability was tested with the software McStas. McStas is a Monte-Carlo ray-tracing simulation tool for neutron optical simulations. Based on the work at an existing reflectometry-station at the Paul-Scherrer-Institut, NARZISS, it was also part of the project to develop a software. The software enables the analysis of the NARZISS data.:1. Einleitung 2. Neutronenoptik 2.1. Reflexion und Transmission 2.2. Reflexion an dünnen Schichten 2.3. Superspiegel 2.4. Polarisierende Spiegel 2.5. Monochromatoren 2.6. Detektoren 3. McStas 3.1. Überblick 3.2. Source 3.3. Mirror 3.4. Monitor 4. NARZISS am PSI 4.1. Aufbau 4.2. Justage und Versuchsdurchführung 4.3. Anwendungen am Beispiel eigener Messungen 4.3.1. Neutronensuperspiegel 4.3.2. Wafer 4.4. McStas-Modell NARZISS 5. Simulationen für ein Superspiegeltest-Instrument an der TU Dresden 5.1. Randbedingungen 5.2. Aufbau 5.3. Quelle 5.4. Simulationsergebnisse 5.4.1. Wellenlänge 5.4.2. Kollimation, Divergenz 5.4.3. Abschätzung Messzeit 5.5. Ergebnis und Verbesserungspotentiale 6. NOA - Ein Programm zur Auswertung von NARZISS-Messergebnissen 6.1. Zielstellung 6.2. Architektur 6.3. Berechnungen und Bearbeitungsablauf 6.3.1. Teil: Reflektivität 6.3.2. Teil: Polarisierung 6.4. Ergebnis 7. Zusammenfassung und Ergebnis sowie Ausblick

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Insight Photonic Solutions Inc. has continued to develop their patented VT-DBR laser design; these wavelength tunable lasers promise marked image-quality and acquisition time improvements in SS-OCT applications. To be well suited for SS-OCT, tunable lasers must be capable of producing a highly linear wavelength sweep across a tuning range well-matched to the medium being imaged; many different tunable lasers used in SS-OCT are compared to identify the optimal solution. This work electrically and spectrally characterizes two completely new all-semiconductor VT-DBR designs to compare, as well. The Neptune VT-DBR, an O-band laser, operates around the 1310 nm range and is a robust solution for many OCT applications. The VTL-2 is the first 1060 nm VT-DBR laser to be demonstrated. It offers improved penetration through water over earlier designs which operate at longer wavelengths (e.g. - 1550 nm and 1310 nm), making it an optimal solution for the relatively deep imaging requirements of the human eye; the non-invasive nature of OCT makes it the ideal imaging technology for ophthalmology. Each laser has five semiconductor P-N junction segments that collectively enable precise akinetic wavelength-tuning (i.e. - the tuning mechanism has no moving parts). In an SS-OCT system utilizing one of these laser packages, the segments are synchronously driven with high speed current signals that achieve the desired wavelength, power, and sweep pattern of the optical output. To validate the laser’s fast tuning response time necessary for its use in SS-OCT, a circuit model of each tuning section is created; each laser section is modeled as a diode with a significant lead inductance. The dynamic resistance, effective capacitance, and lead inductance of this model are measured as a function of bias current and the response time corresponding to each bias condition is determined. Tuning maps, spectral linewidths, and side-mode suppression ratio (SMSR) measurements important to SS-OCT performance are also collected. Measured response times vary from 700 ps to 2 ns for the Neptune and 1.2 to 2.3 ns for the VTL-2. Linewidth measurements range from 9 MHz to 124 MHz for the Neptune and 300 kHz to 2 MHz for the VTL-2. SMSR measurements greater than 38 dB and 40 dB were observed for the Neptune and VTL-2, respectively. Collectively, these results implicate the VT-DBR lasers as ideal tunable sources for use in SS-OCT applications.

Die experimentellen Daten können bei Dr. Sebastian Risse, Helmholtz-Zentrum Berlin, eingesehen werden. / Silizium-Elektroden werden aufgrund ihrer um eine Gröÿenordnung höheren Kapazität als mögliches Elektrodenmaterial in Lithium-Ionen-Batterien betrachtet. Diese Kapazität geht jedoch mit einer Volumenausdehnung von bis zu 310 % einher. Dies begünstigt einen schnellen Kapazitätsabfall und ein kontinuierliches Wachstum der SEI-Schicht. Ziel dieser Arbeit ist es daher, die Morphologie-Änderung der Siliziumelektrode während des Lithiierungs-Prozesses besser zu verstehen unter Nutzung von operando-Methoden Im ersten Teil wurde Neutronenreflektometrie (NR) genutzt, um die Morphologie-Änderung auf der Nanometerskala einer Siliziumelektrode zu untersuchen. Das Wachsen/Schrumpfen der lithiierten Zone im Silizium wurde beobachtet. Auf der Oberfläche der Elektrode wächst im delithiierten Zustand eine Grenzschicht, welche die Lithiierung verhindert. Nachdem diese Schicht aufgelöst ist, kann Lithium eingelagert werden. Im zweiten Teil wurde operando Röntgen- Phasenkontrast-Radiographie genutzt. Ein rechteckiges Riss-Gitter wurde dabei im delithiierten Zustand beobachtet, welches sich während der Lithiierung schließt. Dieses Gitter ist entlang der Kristallachsen des Siliziums orientiert. Im nächsten Zyklus entsteht das Gitter am selben Ort wieder, und breitet sich mit steigender Zyklenzahl über die Elektrode aus. Im dritten Teil wurde der Einfluss einer künstlichen Grenzschicht auf die Lithiierung untersucht. Erneut wurde NR genutzt. Die künstliche Schicht verringert das Wachstum der SEI-Schicht, unterdrückt es jedoch nicht komplett. Nach 2 Zyklen ist die Grenzschicht degradiert, und Seitenreaktionen können beobachtet werden. / Silicon electrodes receive great interest as potential electrode material in lithium-based batteries due to their one order of magnitude higher capacity. This is accompanied by a volume expansion of up to 310 %, leading to an accelerated capacity loss of the electrodes. The volume expansion creates mechanical stress, leading to fracturization of the electrode and the continuous growth of the solid-electrolyte-interphase (SEI) layer under the consumption of active material. The aim of this thesis is to investigate the morphological changes of silicon electrodes during lithiation/ delithiation. Especially operando-techniques are well-suited to investigate these morphological changes since they allow us to precisely link structural data and the electrochemical state. The first project uses operando neutron reflectometry (NR) and in-situ electrochemical impedance spectroscopy (EIS) to analyze the morphology change of the silicon surface on the nanometer-scale. The growth and shrinkage of the lithiated layers within the electrode as well as the lithium concentration was determined with this method. An SEI-layer forms on top of the silicon electrode in the delithiated state, which hinders the lithium uptake in the initial part of the subsequent lithiation. The second project analyzes the morphology-change of the electrode on the µm-scale. Here the fracturization of the silicon electrode is investigated by operando X-ray phase-contrast radiography. A rectangular fracturization pattern was observed during the second half of the delithiation, which vanished again during the lithiation. The third project investigates the influence of an artificial coating layer on the lithiation process. Again operando NR was chosen as analysis tool. The artificial coating decreased the formation of the SEI-layer within the first cycles, but did not suppress it completely. However, this layer degraded already in an early stage of cycling, resulting in the occurrence of side reactions afterward.