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Nickel-Iron Oxide-based Nanomembranes as Anodes for Micro-Lithium-Ion Batteries
No full textDevelopment of microsized batteries plays an important role in the design of in-situ electrochemical investigation systems and portable/wearable electronics. This emerging field intimately correlates with the topics of rechargeable batteries, nanomaterials, on-chip microfabrication, flexibility with reliable mechanical properties etc. Among the various energy materials, conversion-type materials have been proposed as high-energy-density alternatives to traditional intercalation-based materials. However, these materials usually show complex reaction processes accompanied by multi-reaction intermediates, which poses a great challenge to understand the chemical mechanisms. Benefiting from the merits of microsized battery devices, we develop a novel strategy to investigate and then optimize the electrochemical performance of a specific conversion-type material: nickel-iron oxide (NFO). Subsequently, this kind of materials are employed for flexible minimized energy storage systems.
Unlike traditional characterization methods based on slurry-coated electrodes, micro-platforms directly probe the intrinsic electrochemical properties of a single active material in real-time due to the elimination of other additives. In this thesis, we firstly design a micro-lithium batteries (MLBs), based on a single “Swiss-roll” microtubular nanomembrane electrode. This platform enables us to investigate the electrochemical mechanisms of electrode materials in lithium batteries by in-situ Raman spectroscopy, electrical conductivity measurements, and electrochemistry characterization. With this designed MLBs, we systematically studied NFO nanomembranes. Using in-situ Raman spectroscopy during the delithiation/lithiation process, we monitored the transition of the chemical component directly. Guided by our investigations of micro-batteries, composite NFO nanomembrane electrodes were fabricated and tested in coin cells, which showed an excellent rate performance: 440 mAh g-1 at a high rate of 20 A g-1 and a long-term stable cycling performance over 1600 cycles. One step further, a flexible energy storage micro-device is achieved using such optimized materials. We demonstrate a thin, lightweight, and flexible micro-full lithium-ion battery based on nickel-iron oxide with a high-rate performance and energy density that can be repeatedly bent to 180° without structural failure and performance loss. It delivers a stable output capacity of 140 mAh g-1 over 1000 charge/discharge cycles. Meanwhile, the excellent rate performance guarantees high energy output up to 255 W h kg-1 at a high power density of 12000 W kg-1 at the microscale
Simulation der Vibrationsfördergeschwindigkeit mit 1D-Mechanik Modulen in SimulationX
Get PDFVibrationsförderer sind technische Systeme, welche auf Basis von Vibrationen einen Fördergutstrom erzeugen. Die Vibrationen führen zu einem kontinuierlichen Wechsel von Beschleunigungskräften und Reibung am Fördergut. Im Einsatz sollen durch ein zielgerichtetes Aufbringen von Antriebskräften möglichst hohe Fördergeschwindigkeiten erreicht werden. In diesem Beitrag wird ein Simulationsmodell vorgestellt, welches die grundlegenden mechanischen Zusammenhänge zur Berechnung der Fördergeschwindigkeit beinhaltet. Mit Hilfe des vorgestellten Modells können die Einflüsse der Vibrationsbewegung auf die Fördergeschwindigkeit abgebildet und theoretisch untersucht werden.Vibration conveyors are technical systems which generate a stream of materials on basis of vibrations. The vibrations lead to continuous change between acceleration forces and friction. In the practical operation high conveying speeds shall be accomplished with a defined use of the driving force. In this article a simulation model in the software SimulationX is introduced which utilities basic mechanical correlations to calculate the conveying speed. With the help of the presented model influences of vibration movement curve on the conveying speed can be portrayed and analyzed
Kognitionsbasierte Mensch-Technik Interaktion in Cyber-Physischen Systemen am Applikationsbeispiel „Thermisches Spritzen“
No full textDer vorliegende Artikel skizziert eine methodische Vorgehensweise zur Analyse und Gestaltung von Mensch-Technik Interaktionen, die die kognitiven Prozesse des menschlichen Bedieners/Nutzers explizit berücksichtigt (kognitionsbasierte Mensch-Technik Interaktion, Ko-MTI). Das Vorgehen ist eingebettet in die Konzeption Cyber-Physischer Systeme und erweitert diese explizit um die menschliche Perspektive. An einem Applikationsbeispiel aus der Oberflächentechnik (Thermisches Spritzen) wird die erste Ko-MTI Phase „Ganzheitliche Systemanalyse“ skizziert und anhand von Ergebnissen einer Beobachtungsstudie mit Eye-Tracking dargestellt
Untersuchungen zum mathematisch bestimmten maximalen Laktat-Steady-State auf dem Radergometer
Get PDFDas maximale Laktat-Steady-State (MLSS) ist die Belastungsintensität bei der sich gerade noch ein Fließgleichgewicht von Laktatbildung und -elimination einstellt. Dazu gibt es in der Literatur zahlreiche Messverfahren, denen eine Bestimmung der Laktatkonzentration im Blut zugrunde liegt. Den meisten dieser Verfahren fehlt allerdings eine biologisch-theoretische Grundlage. Aus diesem Grund haben Mader und Heck bereits Mitte der 80er Jahre ein mathematisches Modell erarbeitet, welches das Zustandekommen des MLSS unter steady-state Bedingungen auf theoretischer Basis erklärt. Dieses steady-state Modell beruht primär auf der Kenntnis der maximalen Sauerstoffaufnahme sowie der maximalen Laktatbildungsrate als Parameter der maximalen Leistungsfähigkeit der Atmung und der Glykolyse. Mit diesem theoretischen Modell zur Beschreibung der Funktion des Energiestoffwechsels unter Belastung können Trainingseffekte erklärt und Unterschiede zwischen Sportlern verstanden werden. Trotzdem wurden die durch Mader und Mitarbeiter angestellten theoretischen Überlegungen zum Verhalten des Energiestoffwechsels bisher nur zum Teil in der Praxis validiert und fanden bislang keinen breiten Eingang in sportmedizinischen Untersuchungen. Die vorliegende kumulativ angefertigte Arbeit umfasst daher vier Veröffentlichungen: Den Vergleich verschiedener Laktat-Schwellenkonzepte mit dem experimentell bestimmten MLSS, den Vergleich des theoretischen Modells des Energiestoffwechsels mit dem experimentell bestimmten MLSS, die Bestimmung der Reliabilität des theoretischen Modells des Energiestoffwechsels und die Untersuchung des Effektes einer Sprint- und Ausdauerbelastung auf die maximale Laktatbildungsrate, die maximale Sauerstoffaufnahme sowie das berechnete MLSS
Wirtschaft als Prinzip allen Unterrichts: Zum Leben und Wirken Theodor Frankes
Get PDFBereits um die Wende zum 20. Jahrhundert hatte Theodor Franke als erster postuliert, dass alle Schüler eines umfassenden Verständnisses wirtschaftlicher Zusammenhänge bedürften. Neben umfassenden didaktischen Vorschlägen zur Umsetzung hatte er ferner Konzepte zum dazugehörigen wissenschaftlichen Selbstverständnis einer Disziplin „Wirtschaftspädagogik“ entwickelt. Damit könnte man ihn als den ersten modernen Wirtschaftspädagogen anerkennen, noch vor dem nationalsozialistischen Berliner Professor Feld.
Allerdings ist Franke vergleichsweise wenig bekannt, seine Vorschläge blieben weitgehend ungehört. Soweit man überhaupt auf ihn aufmerksam geworden ist, fehlten seine Lebenszeugnisse ab seiner zweiten Lebenshälfte. Geboren 18?? in der Nähe von Glauchau (Sachsen) lebte er später in Wurzen östlich von Leipzig als Lehrer an einer Bürgerschule, wo er 1938 dann verstarb. Angesichts der prinzipiellen Tragfähigkeit seiner Vorschläge zu einer Wirtschaftspädagogik, die für die gesamte Vokationomie (oder: Berufs- und Wirtschaftspädagogik) konzeptionell beispielgebend hätte sein können (Bank & Lehmann 2014), gilt es, sein Leben und Wirken nachzuvollziehen und tiefer zu ergründen.
Dies ist das erste Anliegen dieses Beitrags, der Werkforschung und biographische Arbeit gleichermaßen in den Blick zu nehmen versucht. Es ist gelungen, eine Reihe bislang unbekannter Quellen aufzufinden sowie die Bibliographie seiner Werke zum Teil erheblich zu erweitern und um eine Rezeptionsgeschichte zu ergänzen.
Es wird deutlich, dass Franke Mensch seiner Zeit war, mithin ein in der Wolle gefärbter Nationalist. Seine Argumentation, gerade, was die Wirtschaftspädagogik anbetrifft, legitimiert er aus dem Erfordernis der Stärkung des Vaterlands heraus. Dennoch zeigt er sich so zugleich insofern als höchst modern, denn die legitimatorische Kraft der Idee einer Erziehung als ‚einziger Ressource‘ Deutschlands wird auch einhundert Jahre später in bildungspolitischen Diskussionen eine überproportional oft bemüht. Er argumentiert aus der Perspektive eines Allgemeinbildners, dass das didaktische Leitmotiv für die Stoffauswahl und Sequenzierung das Vertrautwerden mit dem Wirtschaften und den Bedingungen der Wirtschaft in der Abfolge der Auseinandersetzung mit hauswirtschaftlichen, sodann volkswirtschaftlichen und schließlich weltwirtschaftlichen Fragestellungen sein müsse.
Während sich offenbar sein Nationalismus unter dem Eindruck des Ersten Weltkriegs sogar noch ins Unerträgliche akzentuiert, zeigt er sich andererseits in seinem Oeuvre insgesamt als didaktisch hoch reflektierter sowie als kreativer, intelligenter und in vielen Disziplinen belesener Mensch, im besten Sinne als allseits gebildete Persönlichkeit.:1 Theodor Franke, Wirtschaftspädagoge avant la lettre
1.1 Zur Methodologie der Studie
1.2 Herleitung der Fragestellungen und Darlegung des Untersuchungsganges
2 Leben
2.1 Biographische Daten
2.2 Mitwirkung im Verein für Wissenschaftliche Pädagogik
2.3 Frankes politische Grundüberzeugungen und der politische Kontext seiner Zeit
3 Werk und Wirken
3.1 Zur Fortschreibung der Bibliographie Frankes
3.2 Frankes Wirtschaftspädagogik
3.2.1 Sein Begriff und Konzept der ‚Wirtschaftspädagogik‘
3.2.2 Seine Triebkräfte
3.2.3 Seine Quellen: Beyers Begriff der Arbeit
3.3 Frankes weiteres Schaffen
3.3.1 Sprache
3.3.2 Willensfreiheit
3.3.3 Auseinandersetzung mit weiteren Fächern
4 Rezeption
4.1 Beiträge zur Erforschung Frankes
4.2 Die Reaktionen der Zeitgenossen
4.3 Indizien für eine stille Franke-Rezeption
5 Perspektiven einer weitergehenden Rezeption Frankes für die weitere Entwicklung der Berufs- und Wirtschaftspädagogik auf der Grundlage einer zeithistorischen Einordnung
Literatur
Quellen
Anhang: Aktualisierte Bibliographie der Werke Theodor Franke
Magnetic Micromotors in Assisted Reproductive Technology
Get PDFMicromotors – untethered, motile, microscopic devices – are implemented in this dissertation for two applications in the field of assisted reproductive technology. First, as synthetic motor units for individual sperm cells, representing a novel approach to counteract sperm immotility (asthenozoospermia), which is one of the most prevalent causes of male infertility. Second, as synthetic carriers of fertilized oocytes (zygotes) towards the realization of non-invasive intrafallopian transfer, representing a novel alternative to the current keyhole surgery (laparoscopy) approach to achieve early embryo transfer after in vitro fertilization. In both applications, magnetically actuated micromotors are utilized to capture, transport, and deliver individual cells in a reproducible, controllable manner. In comparison with established in vitro fertilization routines, the crucial advantage of employing micromotors for the manipulation of gametes, i.e. sperm and (fertilized) oocytes, lies in the potential transfer of decisive steps of the fertilization process back to its natural environment – the fallopian tube of the female patient – taking advantage of the untethered, non-invasive motion and manipulation capabilities of magnetic micromotors. When sperm motility can be restored with magnetic micromotors, sperm can travel to the oocyte under external actuation and control, and the oocyte does not need to be explanted for in vitro fertilization. However, if in vitro fertilization was necessary, fertilized oocytes can be transferred back to the fallopian tube by micromotors in a non-invasive manner, to undergo early embryo development in the natural environment. These novel concepts of micromotor-assisted reproduction are presented and investigated in this thesis, and their potential is analyzed on the basis of proof-of-concept experiments.:1 Introduction 6
1.1 Background and Motivation 6
1.2 Objectives and Structure of this Dissertation 9
2 Fundamentals 11
2.1 Micromotors Definition and Concept 11
2.2 Micromotors for Biomedical Applications 13
2.3 Magnetic Micropropellers 15
2.3.1 Theory 15
2.3.2 Implementation 20
2.4 Microfabrication: Direct Laser Writing 21
2.5 Assisted Reproductive Technology 23
2.5.1 In vitro Fertilization and Intracytoplasmic Sperm Injection 24
2.5.2 Embryo Transfer and Zygote Intrafallopian Transfer 25
2.5.3 The Sperm Cell and the Oocyte 26
2.6 Towards Micromotor-Assisted Reproduction 28
3 Materials and Methods 30
3.1 Fabrication of Microfluidic Channel Platforms 30
3.1.1 Tailored Parafilm Channels 30
3.1.2 Polymer Channels Cast from Micromolds 31
3.1.3 Tubular Channels to Mimic In vivo Ducts 32
3.2 Fabrication of Magnetic Micropropellers 32
3.2.1 Direct Laser Writing of Polymeric Resin 33
3.2.1.1 Design and Programming 33
3.2.1.2 Exposure and Development 35
3.2.1.3 In Situ Direct Laser Writing 35
3.2.2 Critical Point Drying 35
3.2.3 Magnetic Metal Coatings 36
3.2.4 Surface Functionalization 37
3.3 Sample Characterization 38
3.3.1 Optical Microscopy 38
3.3.2 Scanning Electron Microscopy 38
3.4 Cell Culture and Analysis 39
3.4.1 Sperm Cells 39
3.4.2 Oocytes 39
3.4.3 In vitro Fertilization 41
3.4.4 Hypoosmotic Swelling Test 44
3.4.5 Cell Viability Assays 44
3.5 Magnetic Actuation 45
3.5.1 Modified Helmholtz Coil Setup 46
3.5.2 MiniMag Setup 47
3.5.3 Experimental Procedure 48
3.5.3.1 Micromotor Performance Evaluation 48
3.5.3.2 Cell Transport Experiments 49
3.5.3.3 Cell Transfer Experiments 50
4 Micromotor-assisted Sperm Delivery 51
4.1 Micromotor Design and Fabrication 51
4.2 Actuation and Propulsion Performance 53
4.3 Capture, Transport, and Release of Sperm 56
4.4 Delivery to the Oocyte 59
4.5 Sperm Viability and the Ability to Fertilize 61
5 Micromotor-assisted Zygote Transfer 68
5.1 Micromotor Design and Fabrication 68
5.2 Actuation and Propulsion Performance 70
5.3 Capture, Transport, and Release of Zygotes 76
5.4 Transfer between Separate Environments 80
5.5 Zygote Viability and Further Development 82
6 Conclusions and Prospects 85
Appendix 87
Bibliography 93
List of Figures and Tables 108
List of Abbreviations and Terms 109
Theses 111
Selbstständigkeitserklärung 112
Acknowledgments 113
List of Publications 115
Curriculum Vitae 11
Effizienzsteigerung des Kunststoffblasformprozesses durch Optimierung des Drucklufteinsatzes
Get PDFDie ökologischen und ökonomischen Anforderungen der heutigen Zeit verlangen energieeffiziente Verarbeitungsverfahren. Vor diesem Hintergrund befasst sich diese Arbeit mit dem Kunststoffblasformprozess, der neben dem für die Kunststoffverarbeitung typischen hohen Energiebedarf zusätzlich ein hohes Maß an energieintensiv zu erzeugender Druckluft erfordert. Ausgehend von einer ausführlichen Energiebilanz des Extrusionsblasformprozesses wurde der zur Formgebung (Blasluft) und zur inneren Blasteilkühlung (Spülluft) benötigte Drucklufteinsatz als eine energetische Schwachstelle identifiziert. Zur Reduzierung des erforderlichen Druckluftaufwands bei der Formgebung wird die Prozessrückführung der Blasluft detailliert betrachtet. Weiterhin wird ein Speichersystem vorgestellt, das eine sekundäre Nutzung der bei der inneren Blasteilkühlung kontinuierlich anfallenden druckbehafteten Prozessabluft ermöglicht. Abschließend wird ein Ansatz zum effektiven Drucklufteinsatz bei der inneren Kühlung flaschenförmiger Blasteile aufgezeigt, der durch gezieltes Ausnutzen von für den Wärmeübergang günstiger Strömungsverhältnisse eine Kühlzeitverkürzung sowie eine Reduzierung des Druckluftaufwands verspricht.:1 Einleitung
2 Prozessanalyse des Blasformverfahrens
3 Motivation, Zielstellung und Aufbau der Arbeit
4 Energetische Bilanzierung des Extrusionsblasformverfahrens
5 Reduzierung des Druckluftaufwands bei der Formgebung
6 Sekundärnutzung der zur inneren Blasteilkühlung verwendeten Druckluft
7 Effektive Druckluftnutzung bei der inneren Kühlung flaschenförmiger Blasteile
8 Zusammenfassung und AusblickToday's ecological and economic requirements demand energy-efficient processing methods. Against this background, this thesis deals with the plastic blow moulding process, which, in addition to the high energy demand typical for plastics processing, requires a high degree of energy-intensive compressed air. Based on a detailed energy balance of the extrusion blow moulding process, the use of compressed air required for forming (blow air) and for internal cooling of the blowing parts (purge air) was identified as an energetic weak point. In order to reduce the amount of compressed air required for forming, a feedback process used to recycle the blowing air is investigated in detail. Furthermore, a storage system will be presented which allows a secondary use of the pressurized process exhaust air, which is continuously generated during the internal cooling of the blowing part. Finally, an optimization approach for the effective use of compressed air for the internal cooling of bottle-shaped blow-moulded parts is presented, which promises a shortening of the cooling time and a reduction of the compressed air required through the targeted use of favourable flow conditions for heat transfer.:1 Einleitung
2 Prozessanalyse des Blasformverfahrens
3 Motivation, Zielstellung und Aufbau der Arbeit
4 Energetische Bilanzierung des Extrusionsblasformverfahrens
5 Reduzierung des Druckluftaufwands bei der Formgebung
6 Sekundärnutzung der zur inneren Blasteilkühlung verwendeten Druckluft
7 Effektive Druckluftnutzung bei der inneren Kühlung flaschenförmiger Blasteile
8 Zusammenfassung und Ausblic
Growth, characterization and implementation of semiconductor sources of highly entangled photons
Get PDFSources of single and polarization-entangled photons are an essential component in a variety of potential quantum information applications. Suitable emitters need to generate photons deterministically and at fast repetition rates, with highest degrees of single-photon purity, entanglement and indistinguishability. Semiconductor quantum dots are among the leading candidates for this task, offering entangled-photon pair emission on-demand, challenging current state-of-the-art sources based on the probabilistic spontaneous parametric down-conversion (SPDC). Unfortunately, their susceptibility to perturbations from the solid-state environment significantly affects the photon coherence and entanglement degree. Furthermore, most quantum dot types suffer from poor wavelength control and emitter yield, due to a random growth process.
This thesis investigates the emerging family of GaAs/AlGaAs quantum dots obtained by in-situ Al droplet etching and nanohole infilling. Particular focus is laid on the interplay of growth parameters, quantum dot morphology and optical properties. An unprecedented emission wavelength control with distributions as narrow as ± 1 nm is achieved, using four independent growth parameters: The GaAs infilling amount, the deposition sequence, the migration time and the Al concentration in the barrier material. This enables the generation of large emitter ensembles tailored to match the optical transitions of rubidium, a leading quantum memory candidate. The photon coherence is enhanced by an optimized As flux during the growth process using the GaAs surface reconstruction. With these improvements, we demonstrate for the first time two-photon interference from separate, frequency-stabilized quantum dots using a rubidium-based Faraday filter as frequency reference.
Two-photon resonant excitation of the biexciton state is employed for the coherent and deterministic generation of photon pairs with negligible multi-photon emission probability. The GaAs/AlGaAs quantum dots exhibit a very small average fine structure of (4.8 ±2.4) µeV and short average radiative lifetimes of 200 ps, enabling entanglement fidelities up to F = 0.94, which are among the highest reported for any entangled-photon source to date. Furthermore, almost all fabricated emitters on a single wafer exhibit fidelities beyond the classical limit - without any post-growth tuning. By embedding the quantum dots into a broadband-optical antenna we enhance the photon collection efficiency significantly without impairing the high degrees of entanglement. Thus, for the first time, quantum dots are able to compete with SPDC sources, paving the way towards the realization of a semiconductor-based quantum repeater - among many other key enabling quantum photonic elements.:Contents
List of Figures ix
List of Tables xiii
1 Introduction 1
1.1 Researchmotivation ...................1
1.1.1 Structure of this thesis ................. 3
1.2 Applications based on entangled photons ............. 4
1.2.1 Quantum bits ...................4
1.2.2 Quantum key distribution ................ 5
1.2.3 Qubit teleportation .................. 7
1.2.4 Teleportation of entanglement ..............9
1.2.5 The photonic quantumrepeater .............. 10
1.3 Generation of entangled photons ...............12
1.3.1 The ideal entangled-photon source ............. 12
1.3.2 Non-deterministic photon sources ............. 13
1.3.3 Deterministic photon sources ..............14
2 Fundamentals 17
2.1 Semiconductor quantumdots ................17
2.1.1 Introduction to semiconductor quantum dots .......... 17
2.1.2 Formation of confined excitonic states ............ 19
2.1.3 Energy hierarchy of excitonic states ............. 21
2.2 Entangled photons from semiconductor quantumdots ......... 22
2.2.1 The concept of entanglement ............... 22
2.2.2 Polarization-entangled photon pairs fromthe biexciton radiative decay .. 23
2.2.3 Origin and impact of the exciton fine structure splitting ....... 25
2.2.4 Impact of spin-scattering, dephasing and background photons on the degree
of entanglement ..................29
2.3 Quantum dot entangled-photon sources - State of the art ........32
2.4 Exciton radiative lifetime .................. 34
2.4.1 The concept of radiative lifetime .............. 34
2.4.2 Measurement of the radiative lifetime ............35
2.5 Single-photon purity ...................37
2.5.1 Photon number distributions ............... 37
2.5.2 Second-order correlation function .............38
2.5.3 Measurement of the second-order correlation function ....... 40
2.6 Measurement of entanglement ................42
2.6.1 Quantum state tomography ...............43
2.7 Photon coherence and spectral linewidth .............46
2.7.1 The concept of coherence ................ 46
2.7.2 First-order coherence ................. 46
2.7.3 Relation between coherence and spectral linewidth ........ 49
2.7.4 homogeneous vs. inhomogeneous broadening in single quantumdots ..50
2.8 Photon indistinguishability .................51
2.8.1 Hong-Ou-Mandel interference ..............51
2.8.2 Hong-Ou-Mandel interference between photons fromseparate sources .. 52
2.8.3 The Bell state measurement with linear optics .......... 53
3 Experimentalmethods 55
3.1 The GaAs and AlAs material system ............... 55
3.2 Molecular beam epitaxy ..................56
3.2.1 The Concept of molecular beam epitaxy ...........56
3.2.2 Layout and components of the III-V Omicron MBE ........58
3.2.3 Growth parameters .................. 59
3.2.4 Reflection high-energy electron diffraction (RHEED) ........ 60
3.2.5 Growth rate determination using RHEED oscillations .......61
3.3 Optical setups .....................63
4 Results 67
4.1 Growth of GaAs/AlGaAs quantum dots by in-situ Al droplet etching .....68
4.1.1 Motivation for the study of GaAs / AlGaAs quantum dots ......68
4.1.2 GaAs / AlGaAs quantum dot growth process ..........69
4.1.3 Interplay between growth parameters, quantumdot morphology
and optical properties ................. 71
4.1.4 Nanohole morphology and quantumdot formation ........ 73
4.1.5 Optical characterization ................75
4.1.6 Deterministic wavelength control .............77
4.1.7 Photon coherence and radiative lifetime ...........84
4.1.8 Decoherence processes in semiconductor quantum dots ......86
4.1.9 Chamber conditioning and growth process optimization ......87
4.1.10 Arsenic flux calibration using the GaAs surface reconstruction ..... 88
4.1.11 Enhanced photon coherence after growth process adjustments ....92
4.2 Two-photon interference from frequency-stabilized
GaAs/AlGaAs quantum dots .................94
4.2.1 Frequency tuning of semiconductor quantumdots ........95
4.2.2 Experimental setup .................. 95
4.2.3 Optical characterization of the separate GaAs/AlGaAs quantum dots ... 98
4.2.4 Faraday anomalous dispersion optical filter and frequency feedback ... 99
4.2.5 Two-photon interference between remote, frequency-stabilized quantum dots 100
4.3 Solid-state ensemble of highly entangled photon sources at rubidiumatomic transitions
........................102
4.3.1 Fine-structure splitting ................103
4.3.2 Resonant excitation of the biexciton state ...........105
4.3.3 Single photon purity and radiative lifetime ........... 107
4.3.4 Radiative lifetime of GaAs/AlGaAs quantumdots - comparison to other quantumdot
types ...................108
4.3.5 Degree of entanglement ................109
4.3.6 Highly-efficient extraction of the obtained entangled photons ..... 116
5 Conclusions 119
5.1 Summary ....................... 119
5.2 Discussion and outlook ..................122
Bibliography 127
Publications and scientific presentations 150
Acknowledgments 154
Selbstständigkeitserklärung 157
Curriculum vitae 15
Entwurf, Aufbau und Charakterisierung eines mikromechanischen Gleichspannungswandlers
No full textDie mikromechanische Gleichspannungswandlung basierend auf verschiebungsabhängigen Kapazitäten stellt eine Alternative zu etablierten rein elektronischen Wandlern für den Spezialfall der kapazitiven oder piezoelektrischen Verbraucher dar. Durch ihre kleine Bauform und den Verzicht auf Induktivitäten bietet sie den Vorteil der On-Chip-MEMS- und CMOS-Integration und ermöglicht die Bereitstellung hoher elektrischer Gleichspannungen aus den verfügbaren Grundspannungen der Elektronik (z. B. 3, 5 bzw. 12 V). Von hohen Polarisationsspannungen profitieren nicht nur kapazitive Sensoren und Aktoren, sondern auch piezoelektrische Messverfahren. Diese Arbeit stellt eine umfangreiche Übersicht und Bewertung der möglichen Bauformen mikromechanischer Gleichspannungswandler sowie die konkrete Umsetzung, Charakterisierung und Modellbildung eines resonant arbeitenden Wandlers vor. Es wird auf Besonderheiten und Probleme im Entwurf eingegangen und ausgehend von den Ergebnissen ein Konzeptentwurf für einen optimierten resonanten Gleichspannungswandler erarbeitet.:1 Einleitung
2 Theoretische Grundlagen
3 Ausführungsvarianten von MEMS-DC/DC-Wandlern
4 Designstudie und Umsetzung des resonanten Funktionsprinzips
5 Zusammenfassung und AusblickMicromechanical DC/DC conversion based on variable capacitances is an alternative to established electronic voltage converters, which does not require bulky inductors and is suitable for capacitive and piezoelectric loads. The converters are capable of boosting up the polarization voltage from CMOS and electronic levels (3, 5, 12 V), which is beneficial not only for capacitive sensors and actuators but also for piezoelectric sensing. Advantages of this method are the on-chip- and CMOS-integrability. This thesis introduces a comprehensive overview and evaluation of possible designs as well as the practical application, characterization and modeling of a resonant micromechanical DC/DC converter. Innovative claims include a test board for the characterization of resonant DC/DC converters and a SPICE behavioral model of the device, considering parasitic effects. Characteristics and problems of the design are discussed and the results are used to demonstrate an optimized conceptual design of a resonant DC/DC converter.:1 Einleitung
2 Theoretische Grundlagen
3 Ausführungsvarianten von MEMS-DC/DC-Wandlern
4 Designstudie und Umsetzung des resonanten Funktionsprinzips
5 Zusammenfassung und Ausblic
Online perception with machine learning for automated driving
No full textThe understanding of the environment is the critical ability not only for the living creature but also for automation fields like the robot, automated car, and intelligent system. Especially for some essential task in the domain of automotive such as autonomous driving, path planning, localization, and object detection, the more information we gather, the better the result we get. Intelligent vehicle technology relies on sensorial perception to understand the surroundings of the vehicle. The objective of the research is developing a cooperative online perception system with semantic segmentation for automated driving and improving the current semantic segmentation framework to make it more robust and more suitable for our future projects