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Specification of asynchronous circuit behaviour becomes more complex as the
complexity of today’s System-On-a-Chip (SOC) design increases. This also causes
the Signal Transition Graphs (STGs) – interpreted Petri nets for the specification
of asynchronous circuit behaviour – to become bigger and more complex, which
makes it more difficult, sometimes even impossible, to synthesize an asynchronous
circuit from an STG with a tool like petrify [CKK+96] or CASCADE [BEW00].
It has, therefore, been suggested to decompose the STG as a first step; this
leads to a modular implementation [KWVB03] [KVWB05], which can reduce syn-
thesis effort by possibly avoiding state explosion or by allowing the use of library
elements. A decomposition approach for STGs was presented in [VW02] [KKT93]
[Chu87a]. The decomposition algorithm by Vogler and Wollowski [VW02] is based
on that of Chu [Chu87a] but is much more generally applicable than the one in
[KKT93] [Chu87a], and its correctness has been proved formally in [VW02].
This dissertation begins with Petri net background described in chapter 2.
It starts with a class of Petri nets called a place/transition (P/T) nets. Then
STGs, the subclass of P/T nets, is viewed. Background in net decomposition
is presented in chapter 3. It begins with the structural decomposition of P/T
nets for analysis purposes – liveness and boundedness of the net. Then STG
decomposition for synthesis from [VW02] is described.
The decomposition method from [VW02] still could be improved to deal with
STGs from real applications and to give better decomposition results. Some
improvements for [VW02] to improve decomposition result and increase algorithm
efficiency are discussed in chapter 4. These improvement ideas are suggested in
[KVWB04] and some of them are have been proved formally in [VK04].
The decomposition method from [VW02] is based on net reduction to find
an output block component. A large amount of work has to be done to reduce
an initial specification until the final component is found. This reduction is not
always possible, which causes input initially classified as irrelevant to become
relevant input for the component. But under certain conditions (e.g. if structural
auto-conflicts turn out to be non-dynamic) some of them could be reclassified as
irrelevant. If this is not done, the specifications become unnecessarily large, which
intern leads to unnecessarily large implemented circuits. Instead of reduction, a
new approach, presented in chapter 5, decomposes the original net into structural
components first. An initial output block component is found by composing the
structural components. Then, a final output block component is obtained by net
reduction.
As we cope with the structure of a net most of the time, it would be useful
to have a structural abstraction of the net. A structural abstraction algorithm
[Kan03] is presented in chapter 6. It can improve the performance in finding an
output block component in most of the cases [War05] [Taw04]. Also, the structure
net is in most cases smaller than the net itself. This increases the efficiency of the
decomposition algorithm because it allows the transitions contained in a node of
the structure graph to be contracted at the same time if the structure graph is
used as internal representation of the net.
Chapter 7 discusses the application of STG decomposition in asynchronous
circuit design. Application to speed independent circuits is discussed first. Af-
ter that 3D circuits synthesized from extended burst mode (XBM) specifications
are discussed. An algorithm for translating STG specifications to XBM specifi-
cations was first suggested by [BEW99]. This algorithm first derives the state
machine from the STG specification, then translates the state machine to XBM
specification. An XBM specification, though it is a state machine, allows some
concurrency. These concurrencies can be translated directly, without deriving
all of the possible states. An algorithm which directly translates STG to XBM
specifications, is presented in chapter 7.3.1. Finally DESI, a tool to decompose
STGs and its decomposition results are presented.
Im Rahmen dieser Diplomarbeit konnte das etablierte direkte Laserschreiben um einen zusätzlichen
abregenden Strahlengang ergänzt werden, dessen Einfluss im Hinblick auf das
Polymerisationsverhalten untersucht wurde.
Bei dem verwendeten (Negativ-) Photolack IP-L 780 konnte durch stimulierte Emission die
Generierung von Radikalen unterbunden werden, indem die an- und abregenden Laserfokusse
räumlich überlagert wurden. Dabei stellte sich heraus, dass ein relativ großer Intensitätsbereich
den erwünschten Effekt hervorruft.
Die in der Fluoreszenzmikroskopie seit langem verwendeten Abregungsmoden (doughnut und
bottleshape) konnten mithilfe von räumlichen Lichtmodulatoren und dem speziell für diesen
Zweck entwickelten Programm zur PSF-Darstellung sehr gut erzeugt werden. Dabei fanden
neben den Zernike-Polynomen auch inverse Gauß-Funktionen zur Aberrationskorrektur Anwendung.
Auch sogenannte Multifokusse (lateral und axial) konnten durch eine geeignete
Gewichtung der Zernike-Polynome zuverlässig generiert werden, wobei die dafür notwendigen
Phasen- und Amplitudenpattern mithilfe eines entsprechenden iterativen Algorithmus
(GSA3D) berechnet wurden.
Der laterale Polymerisationsdurchmesser konnte sowohl durch die doughnut-Mode, als auch
durch den lateralen Multifokus von 240 nm um ca. 50 % auf ungefähr 120 nm reduziert
werden. Der stimulierende Teil der doughnut-Mode, der entlang der Schreibrichtung dem
Polymerisationsfokus vorauseilt (oder hinterherläuft), führt zu keinerlei relevanten Unterschieden
im Vergleich zum Multifokus.
Dies konnte zudem durch ein Experiment verifiziert werden, bei dem die An- und Abregungsfokusse
entlang der Schreibrichtung um verschiedene Distanzen versetzt positioniert
wurden. Ob der stimulierende Laser den Photolack räumlich (und damit zeitlich) einige hundert
Nanometer (bzw. einige Millisekunden) vor oder nach dem anregenden beeinflusst, zeigt
dabei keinerlei Unterschiede. Je größer der Versatz, desto geringer die stimulierende Wirkung.
Demnach scheint der abregende Laser den Photoinitiator (DETC) zu stimulierter Emission
zu bringen, bevor dieser seine absorbierte Energie zur Spaltung und damit zum Polymerisationsbeginn
nutzen kann.
Der axiale Polymerisationsdurchmesser konnte sowohl mit der etablierten bottleshape-Mode,
als auch mit dem hier entwickelten axialen Multifokus von ca. 400 nm um 50% auf unge-
57
5 Zusammenfassung und Ausblick Julian Hering
fähr 200 nm reduziert werden. Bei Letzterem war der Intensitätsring in der xy-Ebene bei
z = 0 deutlich stärker ausgeprägt als bei der bottleshape-Mode, was zu einer erhöhten
lateralen Polymerisationsunterdrückung und damit zu einem schlechteren Aspektverhältnis
führte. Nichtsdestotrotz konnte dadurch im Rahmen dieser Arbeit erstmals STED-DLW mittels
räumlicher Lichtmodulatoren betrieben werden.
Die mit starren Phasenmasken bereits erreichten Linienabmessungen von bis zu 65 nm lateral
und 180 nm axial konnten somit zwar nicht erreicht werden, jedoch ist in dieser Hinsicht eine
deutliche Verbesserung gegenüber dem zuvor verwendeten normalen DLW unverkennbar. Leider
zeigt die Kombination mit STED jedoch neue Herausforderungen auf. So wurde z.B. die
Strukturqualität beim Anfahren und Abbremsen des Piezos enorm verschlechtert. Auch die
Generierung mancher Abregungsmoden erwies sich als äußerst mühsam und zeitaufwendig.
Aus diesem Grund wird in Zukunft ein automatisiertes Vorgehen bei der Aberrationskorrektur
angestrebt, sowie eine aufeinander abgestimmte Ansteuerung der jeweiligen Laserleistungen.
Der Strukturierungszeitaufwand aufgrund der verwendeten Geschwindigkeit von 100 μm/s
kann in Zukunft ebenfalls verringert werden, da das Auslenkverhalten der beiden Fokusse in
einem Radius von 50 μm mittels Galvanospiegel-System weitestgehend gleich ist. Zu diesem
Zweck müssen allerdings je nach verwendeter Geschwindigkeit die nötigen Laserleistungen
ermittelt werden. Außerdem muss die räumliche Formkonstanz der An- und Abregungsmoden
bei einer Auslenkung um bis zu 50 μm untersucht werden. Durch den Verzicht auf das
Piezo-System würde sich das Problem der schlechten Qualität an den Strukturkanten eventuell
erübrigen.
Zudem lässt sich durch die Verwendung räumlicher Lichtmodulatoren der Einsatz verwendeter
Abregungsmoden weiter ausbauen. Axiale Multifokusse mit einer Halbwertslücke von
unter 300 nm und einem Intensitätsminimum von unter 30% sind theoretisch kein Problem.
Es gilt demnach, diese Moden zu generieren und auf deren Verbesserung hinsichtlich Linienbreite
und -länge zu untersuchen. Ein Test zur Ermittlung des Signal zu Rausch Verhältnisses
der jeweiligen Moden über den gesamten möglichen Bereich der stimulierten Emission würde
beispielsweise stark zur Charakterisierung der Multifokusse beitragen.
Infobrief FBK 48/15
(2015)
Infobrief FBK 46/15
(2015)
Infobrief FBK 47/15
(2015)