Energy and Power Considerations in Injection and Optically Pumped Lasers

The topics of power and energy output from lasers are treated. Both three- and four-level lasers are considered in the pulsed and continuous modes of operation. The theoretical power and energy estimates are compared, when possible, with experimental data

Study of the properties of hyperpolarized xenon-129 for magnetic resonance imaging

Produkce hyperpolarizovaných plynů, především helia (3He) nebo xenonu (129Xe), nachází stále rostoucí rozsah aplikací v zobrazování magnetickou rezonancí (MRI). Helium ani xenon nejsou obyčejně obsaženy v těle a experimenty tedy nejsou ovlivněny nechtěným signálem z okolních tkání. Ukázalo se, že několika hyperpolarizačními technikami může být magnetická polarizace (magnetizace) jader vzácných plynů zvýšena na hladinu, se kterou jsou praktické aplikace proveditelné. Hyperpolarizované plyny mohou tedy být užitečným nástrojem pro neinvazivní zkoumání lidského dýchání, dovolující statické zobrazování během zadržení dechu nebo zkoumání dynamiky výdechu nebo nádechu, nebo funkčního zobrazování. V neživé přírodě, mohou být hyperpolarizovaný plyny využity jako kontrastní látka při studiu mikroporézních materiálů, jako jsou zeolity, stavební látky a hmoty, atd. V této doktorské práci je popsán vývoj a konstrukce aparatury pro hyperpolarizaci xenonu (izotopu 129Xe). Nákup hyperpolarizovaného xenonu od jiných výzkumných center v zahraničí a jeho dovážení by ovšem nebylo efektivní a to zejména z důvodu náročnosti zajištění potřebných fyzikálních podmínek pro přepravu hyperpolarizovaného plynu. Toto bylo hlavní motivací k vývoji vlastní technologie pro přípravu hyperpolarizovaného xenonu. Se zvládnutou technologií by bylo možné navázat spolupráci s medicínskými zařízeními, nebo s týmy zabývající se živou nebo neživou přírodou (např. při studiu mikroporézních materiálů, gelů, v zemědělských aplikacích nebo při výzkumu využívajících zvířat, atd.). Cílem této práce je studium teorie hyperpolarizovaných vzácných plynů se zaměřením na 129Xe a experimentální ověření a změření relaxačních časů pomocí jaderné magnetické rezonance. Vzhledem k tomu, že je možné hyperpolarizované vzácné plyny skladovat pro pozdější využití, se tato práce také zabývá možnostmi zásobníku hyperpolarizovaného vzácného plynu a jeho teoretickým a experimentálním řešením. V této práci jsou popsány především dva základní typy experimentů přípravy hyperpolarizovaného xenonu. V obou jsou využity zatavené válcové skleněné vzorky naplněné xenonem a doplňujícím plynem – dusíkem, heliem. První z experimentů se zabývá měřením vlastností termálně polarizovaného xenonu a druhý měřením vlastností hyperpolarizovaného xenonu. Pro hyperpolarizaci 129Xe bylo použito výkonového laseru a experimentálně byla zkoumána jednak míra polarizace na základě změny spektrální hustoty čerpacího laserového svazku a dále pak optimální doba optického čerpání 129Xe a relaxační časy xenonu.The production of hyperpolarized gases (HpG), predominantly helium (3He) or xenon (129Xe), have found a steadily increasing range of applications in magnetic resonance imaging (MRI). Neither helium nor xenon are normally present in the body, thus the magnetic resonance experiments do not suffer from unwanted background signals. It has been demonstrated by several techniques of hyperpolarization that the magnetic polarization (magnetization) of the noble gas nuclei can be increased to levels that make practical application feasible. Hence, hyperpolarized gases may become a useful tool for non-invasive investigation of human lung ventilation, permitting static imaging during breathhold or probing the dynamics of inhalation/exhalation, or functional imaging. In inanimate nature, hyperpolarized gas can be used as a contrast medium for microporous materials, such zeolites, constructive materials in civil engineering, etc. This thesis describes the development and construction of a xenon (129Xe) hyperpolarization (Hp) device. Buying hyperpolarized xenon from other research centres abroad is inefficient mainly because of a need of a fast transport of HpXe under specific conditions. That was the main motivation for developing of our own technology for production of HpXe. Well-handled technology could allow a medical cooperation or cooperation with teams dealing with in/animate nature (microporous material, gels, agriculture, animals, etc.). The aim of this work is to study the hyperpolarized noble gases theory with concern to 129Xe and to experimentally prove and measure xenon relaxation times by the NMR. Since it is possible to store hyperpolarized noble gases for later use, this doctoral thesis also explores the potentials of hyperpolarized noble gas storage system and its theoretical and experimental solution. Mainly two types of experiments are described in the thesis. In both experiments, sealed cylindrical Simax sample filled with xenon and supplement gas – nitrogen, helium were used. The first type of experiment is based on thermally polarized xenon and the second on hyperpolarized xenon. For hyperpolarization of 129Xe a high-power laser was used. In this experiment, the relation between power spectral density of optical pumping beam and efficiency of HpXe production process was investigated. The optimal duration of optical pumping and relaxation times of HpXe were investigated too.

Precision Measurement of the Lifetime of the 3dD5/23d D_{5/2} state in 40Ca+^{40}Ca^{+}

We report a measurement of the lifetime of the 3d 2D_{5/2} metastable levelin 40Ca+, using quantum jumps of a single cold calcium ion in a linear Paultrap. The 4s S_{1/2} - 3d D_{5/2} transition is significant for single-ionoptical frequency standards, astrophysical references, and tests of atomicstructure calculations. We obtain tau = 1.168 +- 0.007 s from observation ofnearly 64,000 quantum jumps during approximately 32 hours. Our result is moreprecise and significantly larger than previous measurements. Experimentscarried out to quantity systematic effects included a study of a previouslyunremarked source of systematic error, namely excitation by the broadbackground of radiation emitted by a semiconductor diode laser. Combining ourresult with atomic structure calculations yields 1.20 +- 0.01 s for thelifetime of 3d D_{3/2}. We also use quantum jump observations to demonstratephoton anti-bunching, and to estimate background pressure and heating rates inthe ion trap

Picosecond amplification and absorption in the XeCl laser

Imperial Users onl

Studies of mode-locking the C.W. dye laser

Imperial Users onl

Studies in vibrational relaxation and non-linear mixing using excimer lasers

Imperial Users onl

Advanced photonic and electronic systems - WILGA 2017

WILGA annual symposium on advanced photonic and electronic systems has been organized by young scientist for young scientists since two decades. It traditionally gathers more than 350 young researchers and their tutors. Ph.D students and graduates present their recent achievements during well attended oral sessions. Wilga is a very good digest of Ph.D. works carried out at technical universities in electronics and photonics, as well as information sciences throughout Poland and some neighboring countries. Publishing patronage over Wilga keep Elektronika technical journal by SEP, IJET by PAN and Proceedings of SPIE. The latter world editorial series publishes annually more than 200 papers from Wilga. Wilga 2017 was the XL edition of this meeting. The following topical tracks were distinguished: photonics, electronics, information technologies and system research. The article is a digest of some chosen works presented during Wilga 2017 symposium. WILGA 2017 works were published in Proc. SPIE vol.10445