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To measure quantum features in a classical world constrains us to extend the classical technology to the limit, inventing and discovering new schemes to use the classical devices, while reducing and filtering the sources of noise. Balanced detectors, e.g. when measuring a low- noise laser, have become an exceptional tool to attain the shot-noise level, i.e., the standard quantum limit for measuring light. To detect light pulses at this level requires to decreasing and also to filtering all other sources of noise, namely electronic and technical noise. The aim of this work is to provide a new tool for filtering technical and electronic noises present in the pulses of light. It is especially relevant for signal processing methods in quantum optics experiments, as a means to achieve shot-noise level and reduce strong technical noise by means of a pattern function. We thus present the theoretical model for the pattern-function filtering, starting with a theoretical model of a balanced detector. Next, we indicate how to recover the signal from the output of the balanced detector and a noise model is proposed for the sources of noise and the conditions that should satisfy the filtering algorithm. Finally, the problem is solved and the pattern function is obtained, the one which solves the problem of filtering technical and electronic noises. Once the pattern function is obtained, we design an experimental setup to test and demonstrate this model-based technique. To accomplish this, we produce pulses of light using acousto-optics modulators, such light pulses are precisely characterized together with the detection system. The data are then analyzed using an oscilloscope which gathers all data in the time domain. The frequency-domain representation is calculated using mathematical functions. In this way, it is proved that our detector is shot-noise limited for continuous-wave light. Next, it is shown how the technical noise is produced in a controlled manner, and how to gather the necessary information for calculating the pattern function. Finally, the shot-noise-limited detection with pulses without technical noise introduced is shown first, and next, an experimental demonstration where 10 dB of technical noise is then filtered using the pattern function. The final part of this research is focused on the optimal signal recovery for pulsed polarimetry. We recall the Stokes parameters and how to estimate the polarization state from a signal. Next, we introduce a widely used signal processing technique, the Wiener filter. For the final step, we show how to retrieve, under the best conditions, the polarization-rotation angle with a signal that has 10 dB of technical noise. Obtaining that our technique outperforms the Wiener estimator and at the same time obtaining the standard quantum limit for phase/angle estimation. Because of the correlation between pulsed polarimetry and magnetic estimation using magnetic-atomic ensembles via Faraday effect, this pattern-function filtering technique can be readily used for probing magnetic-atomic ensembles in environments with strong technical noise., Medir las características cuánticas en un mundo clásico no solo requiere llevar al límite la tecnología clásica, sino también, inventar y descubrir nuevos esquemas para utilizar los dispositivos clásicos, reduciendo y filtrando las fuentes de ruido. Los detectores balanceados, cuando miden un láser de bajo ruido, se han convertido en una herramienta excepcional para alcanzar el nivel del ruido de disparo, que es el límite estándar clásico para medir la luz. Detectar pulsos de luz al nivel de ruido de disparo requiere reducir y filtrar todas las otras fuentes de ruido, es decir, el ruido electrónico y el técnico. El objetivo de este trabajo es crear una nueva herramienta para filtrar ruido tanto técnico como electrónico de pulsos de luz, que es especialmente relevante para los métodos de procesamiento de señales en los experimentos de óptica cuántica, como una manera de alcanzar el nivel de ruido de disparo y reducir fuertemente el ruido técnico por medio una función patrón. Presentamos, por lo tanto, el modelo teórico para el filtrado por una función patrón. Primeramente damos el modelo teórico de un detector balanceado, luego exponemos cómo se recupera la señal de la salida del detector balanceado. A continuación proponemos un modelo para las fuentes de ruido y las condiciones que debe satisfacer el algoritmo de filtrado. Finalmente, se resuelve el problema y se obtiene la función patrón que nos permite filtrar los ruidos técnico y electrónico. Una vez que la función patrón se puede calcular, diseñamos un montaje experimental para probar y demostrar esta técnica basada en un modelo. Para tal propósito, producimos pulsos de luz usando moduladores acusto-ópticos que producen pulsos de luz que están precisamente caracterizados, junto con el sistema de detección. Los datos se analizan a continuación con un osciloscopio, reuniendo todos los datos en el dominio del tiempo. La representación del dominio de la frecuencia se calcula utilizando funciones matemáticas. De esta manera, se prueba que nuestro detector está limitado por el ruido de disparo para luz continua. Después, se muestra cómo se produce el ruido técnico de manera controlada, y cómo se reúne la información necesaria para calcular la función patrón. Finalmente, se muestra la detección limitada por el ruido de disparo para pulsos sin ruido técnico introducido primero, y luego, se hace una demostración experimental con 10 dB de ruido técnico, que se filtra a continuación usando la función patrón. La parte final de esta investigación está enfocada a la recuperación óptima de la señal para polarimetría pulsada. Recordamos los parámetros de Stokes y cómo estimar el estado de polarización de una señal. Luego, introducimos el filtro de Wiener, que es una técnica ampliamente usada en el procesamiento de señales. Para el paso final, mostramos cómo se recupera, bajo las mejores condiciones, el ángulo de rotación de polarización con una señal que tiene 10 dB de ruido técnico. Obteniendo el límite estándar cuántico para la estimación fase/ángulo y superando así el estimador de Wiener. Debido a la correlación entre polarimetría pulsada y la estimación magnética usando conjuntos atómicos magnéticos vía el efecto de Faraday, esta técnica de filtraje de función patrón puede ser fácilmente usada para sondear conjuntos atómico-magnéticos en ambientes con fuerte ruido técnico.

Este proyecto está basado en el diseño y montaje de un driver encargado de controlar un láser. El objetivo principal del trabajo es que el driver permita ajustar la potencia emitida (punto de trabajo). Por otro lado también debe permitir modular la potencia emitida a partir de una señal de entrada en el rango de decenas de kiloherzios. Para ello partimos de una amplitud de 3,3 V. Por último, diseñar la PCB, utilizando la herramienta OrCad Capture para el diseño del esquemático y OrCad Layout para el rutado y la creación de huellas. This Project is based on the design and the assembly of a driver to responsible for controlling a laser. The main objective of this project is that the driver should be allowed to adjust the output power (operating point). On the other side, the driver should also make possible to adjust the output power from an input signal in the range of tens of KHz. We start with a 3.3 V amplitude. Finally, I should design the PCB using Orcad Capture to make the design and Orcad Layout to root the PCB and to create the footprints. Ingeniería Electrónica Industrial y Automática

En este proyecto se presenta el desarrollo de un sistema de iluminación inalámbrico para ciclistas mediante la integración de elementos existentes en el mercado actual. Para ello se ha realizado un estudio de la necesidad, la elección de componentes para el posterior diseño e integración del sistema, y la programación de las rutinas para que se ejecute el comportamiento deseado. Indicar que se definen dos módulos principales, que en el proyecto llamaremos NODO (recoge las señales de los actuadores) y COORDINADOR (recibe la información y tras interpretarla procede a la señalización lumínica). El NODO tiene una doble función. Por un lado recoger las señales de los actuadores, procesarlas y enviarlas al COORDINADOR. Por el otro, monitorizar el estado del sistema en el módulo remoto. El COORDINADOR tiene como misión fundamental encender el panel de señalización led y enviar el feedback correspondiente al emisor. Para la comunicación se utilizarán módulos Xbee, y se configurarán en modo “Conexión Transparente”. Como sistema de control, utilizaremos placas Arduino UNO. Se ha utilizado Processing (similar a C++) como lenguaje de programación. Los actuadores que funcionan como elementos de entrada son pulsadores. Ingeniería Técnica en Electrónica

El principal objetivo de este Proyecto se centra en el análisis, diseño e implementación de un modulador de frecuencia por pulsos. En el desarrollo de este Proyecto se persigue corregir la no linealización que existe en los osciladores en anillo controlado por tensión. Para ello, se ha realizado el estudio de dos arquitecturas posibles como solución, un oscilador en anillo realimentado y un modulador de frecuencia por pulsos. Sin embargo, tras las comprobaciones hardware de ambos prototipos se llega a la conclusión de que el modulador de frecuencia por pulsos ofrece mejores resultados. The main goal of this Project is the analysis, design and implementation of a pulse frequency modulation. The development of this Project tries to obtain correctly the not linearization of a voltage controlled ring oscillator. In order to achieve this, two architectures studies are issued as a possible solution. An analog digital convert with a ring oscillator and a pulse frequency modulation. The obtained results in the hardware testing for both prototypes, show that the pulse frequency modulation is the best choice. Ingeniería Electrónica Industrial y Automática

Speckle is being used as a characterization tool for the analysis of the dynamic of slow varying phenomena occurring in biological and industrial samples. The retrieved data takes the form of a sequence of speckle images. The analysis of these images should reveal the inner dynamic of the biological or physical process taking place in the sample. Very recently, it has been shown that principal component analysis is able to split the original data set in a collection of classes. These classes can be related with the dynamic of the observed phenomena. At the same time, statistical descriptors of biospeckle images have been used to retrieve information on the characteristics of the sample. These statistical descriptors can be calculated in almost real time and provide a fast monitoring of the sample. On the other hand, principal component analysis requires longer computation time but the results contain more information related with spatial-temporal pattern that can be identified with physical process. This contribution merges both descriptions and uses principal component analysis as a pre-processing tool to obtain a collection of filtered images where a simpler statistical descriptor can be calculated. The method has been applied to slow-varying biological and industrial processes

Se ha implementado un sistema físico de transmisión de datos por LEDs basado en luz visible. El sistema está divido a grandes rasgos en un emisor que utilizaremos para enviar la información que queremos transmitir y un receptor que se encargará de recoger esa información y tratarla de manera que podamos usarla lo más adecuadamente a nuestras necesidades. También resaltar que el sistema tiene dos configuraciones para transmitir señales digitales y analógicas. El emisor está divido en tres subcircuitos que se encargarán de manipular la señal electrónica procedente del ordenador. Se han diseñado un sistema de acondicionamiento de la señal, un modulador para conseguir una señal digital para la conmutación posterior de los LEDs y un circuito de potencia o driver para el control de la intensidad y la temperatura a la que están sometidos los LEDs. Por otro lado tenemos el sistema de recepción divido en varias etapas. Se ha utilizado un sistema de fotodetectores para la captación de la potencia óptica de la señal procedente los LEDs, con un inversor de intensidad a tensión para que la señal pueda ser utilizada en nuestro demodulador. A continuación se tienen tres montajes para poder tratar la señal y convertirla en una señal cuadrada y amplificada. Tendremos una etapa demoduladora para obtener nuestra señal original y una etapa amplificadora para el audio o una etapa para el texto que nos convertirá la señal en otra señal cuadrada digital para su uso en el equipo. The aim of this is to explain the hardware implementation for a system of high performance communications based on visible light LEDs. The system is divided in an emitter which is used to send the signal with information, text or audio that we want to transmit. A receiver is the responsible for trapping this signal. We can use in an appropriate way and for our needs, without losing of the information. The system also has two configuration to transmit digital signals (text from a CPU) or analogic signals (audio). The emitter is divided into three sub-circuits which are responsible for handling the electronic signal from a computer. It has been designed a system for conditioning the signal, a modulator for getting a digital signal for further switching of the LEDs and a driver for controlling the intensity and temperature at which LEDs are submitted. On the other hand we have the receiving system divided into several stages. System of photodetectors is used for catching the optical power of the signal from the LEDs, a voltage-intensity inverter to transform a voltage signal. A multi-stage treat to process and amplify the signal for using by demodulator. We have a demodulator stage to obtain the original signal with the information. The ending stage is divided in two sub-circuits, a signal converter stage for the text, and an amplification stage for the audio. Ingeniería Electrónica Industrial y Automática

El presente proyecto consiste en caracterizar un conmutador basado en fibra óptica de plástico y cristal líquido a través de la caracterización individual de sus componentes (cristales líquidos, polarizadores, PBS, etc.) para distintas longitudes de onda. Para poder desarrollar satisfactoriamente este proyecto se plantean una serie de objetivos. Los objetivos planteados en este trabajo son: Determinar el tipo de montaje necesario para caracterizar los diferentes elementos ópticos. Realización del montaje necesario para caracterizar polarizadores, PBS y cristales líquidos. Estudiar la respuesta de estos elementos para distintas longitudes de onda: rojo, verde e infrarrojo. Establecer que elementos son más adecuados para unas longitudes de onda concretas, las potencias alcanzables, las pérdidas de inserción y el crosstalk para cada uno de ellos. Usando los datos anteriores, se pretende diseñar un conmutador óptico multifunción basado en cristal líquido, capaz de trabajar en un amplio rango de longitudes de onda y adecuado tanto para redes POF como GI-POF. Ingeniería Técnica en Sistemas de Telecomunicación

When considering the pseudo-heterodyne mode for detection of the modulus and phase of the near field from scattering scanning near-field optical microscopy (s-SNOM) measurements, processing only the modulus of the signal may produce an undesired constraint in the accessible values of the phase of the near field. A two-dimensional analysis of the signal provided by the data acquisition system makes it possible to obtain phase maps over the whole [0, 2π) range. This requires post-processing of the data to select the best coordinate system in which to represent the data along the direction of maximum variance. The analysis also provides a quantitative parameter describing how much of the total variance is included within the component selected for calculation of the modulus and phase of the near field. The dependence of the pseudo-heterodyne phase on the mean position of the reference mirror is analyzed, and the evolution of the global phase is extracted from the s-SNOM data. The results obtained from this technique compared well with the expected maps of the near-field phase obtained from simulations.

Se presenta el estudio de cinco heteroestructuras InGaN/Si mediante Microscopía Electrónica de Transmisión (TEM) y otras técnicas asociadas, centrándose en dos aspectos concretos de las mismas: se realizará una caracterización de la intercapa a nivel atómico, así como de las capas de InGaN que se han crecido sobre substratos de silicio y que contienen fracciones molares progresivamente superiores de nitruro de indio. Esto se ha realizado en base a diferentes técnicas de análisis estructural y composicional que servirán para evaluar la calidad cristalina y homogeneidad composicional de las muestras bajo estudio. En función de la muestra estudiada, se encuentran diferentes heteroestructuras InN/InGaN que han sido crecidas mediante una novedosa técnica recientemente documentada por investigadores del ISOM-UPM. Los resultados de estas investigaciones darán pie al futuro desarrollo de nuevos materiales semiconductores, especialmente en su aplicación en energía solar fotovoltaica y en optoelectrónica.

[ANGLÈS] Microarrays constitute a valuable analytical tool for multiplex and high-throughput analysis and are widely used in genomics and proteomics with many potential applications. During the last decades, protein chips have found increasing acceptance for diagnostic applications due to several advantages over conventional bioanalysis such as miniaturization, parallelization, real-time and sensitivity. Even though the majority of DNA-sensor systems relies on labeling of DNA, the recent progress and research interest in optical biosensors that use the label-free detection protocol, in which biomolecules are unlabeled or unmodified, and are detected in their natural forms, are rising. It is known that optical technologies can be very powerful in detecting minute quantities of biomarkers when combined with proper surface bio-functionalization and microfluidics. More specifically, microscopy, which can be combined with fluorescence based labelling and detection to achieve microarray platforms, routinely used by large laboratories and clinics and is presented as a powerful tool for fundamental investigations in medicine and biology. If one wants an affordable point-of-care device, label-free detection is a must. This is achieved for example by taking advantage of plasmonics and the associated light confinement at the metal-probe-target interface, leading to increased detection sensitivities. In addition, the technology employed to build the optical reader and microarray cartridge of the point-of-care device needs to be affordable, still without losing detection sensitivity. In this respect, microscopes and some of the plasmonic based microarray plates are expensive due to the high cost of optical elements, their assembly and lithography patterning. This thesis will introduce an optical microarray reader based on a novel design combining interferometric lens-free microscopy and proximity large-area charge-coupled de- vice (CCD) or complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) image sensing, for high- throughput, label-free, rapid and sensitive detection of nucleic acids, proteins and pathogenic microorganisms. The proposed technology will be portable and very suitable for point-of-care applications. If one considers that the device can perform at least 1000 tests per year over 5 years, its cost does not have significant impact on the overall test. [CASTELLÀ] Los microarrays constituyen una herramienta analítica muy valiosa para el multiplexado y alto rendimiento de análisis y es muy utilizado en genómica y proteómica con muchas aplicaciones potenciales. Durante las últimas décadas, los chips de proteínas han encontrado una aceptación creciente en aplicaciones de diagnóstico debido a las enormes ventajas sobre los sistemas convencionales de sistemas de bioanálisis en cuanto a miniaturización, paralelización, trabajo en tiempo real y sensitividad se refiere. Si bien la mayoría de los sistemas sensores de ADN están relacionados con el marcado de ADN, el reciente progreso y el interés en investigación en biosensores ópticos que usan protocolos de detección sin marcado, en el cual las biomoleculas permanecen sin marcar o sin modificación alguna, es decir, son detectadas en su forma natural, están creciendo hoy en día. Es sabido que las tecnologías ópticas pueden ser muy poderosas detectando cantidades mínimas de biomarcadores cuando se combinan éstas con la bio funcionalizacion adecuada de superfícies y con microfluídicas. Más específicamente, en microscopía, donde se puede combinar con fluorescencia basada en marcado y en detección para conseguir plataformas de microarray, utilizadas a diario por muchos laboratorios y clínicas, y es presentado como una herramienta muy útil para investigaciones fundamentales en medicina y biología. Si lo que se busca es un dispositivo de atención al paciente asequible, la detección sin marcado es obligada. Por ejemplo, esto se consigue aprovechando la plasmónica y el confinamiento de luz asociada en la interfície metálica-probe-target, liderando sensibilidades de detección crecientes. Además, la tecnología empleada para construir este lector óptico y su cartucho de microarray del dispositivo para atención al paciente ha de ser asequible, pero sin perder la sensibilidad de detección. En lo que a ello respecta, los microscopios y algunos de los substratos de microarray basados en plasmónica son caros debido a los altos costes de sus elementos ópticos, su ensamblaje y su modelado de litografía. Este trabajo introducirá un lector óptico de microarrays basado en un nuevo dispositivo que combina microscopía interferométrica sin lentes y dispositivos de carga acoplada de gran área de proximidad (CCD) o semiconductores de óxido metálico complementarios (CMOS) en sensado de imagen, para un alto rendimiento, sin marcado, rápido y detección sensible de ácidos nucleicos, proteínas y microorganismos patogénicos. La tecnología propuesta será portable y muy adecuada para aplicaciones en el punto de atención al paciente. Si se considera que el dispositivo puede realizar como mínimo 1000 tests por año durante 5 años, su coste no tiene un impacto significativo en el test general. [CATALÀ] Els microarrays constitueixen una eina analítica molt valuosa per al multiplexat i alt rendimient d'anàlisis i és molt utilitzat en genòmica i proteòmica amb moltes aplicacions potencials. Durant les últimes dècades, els xips de proteínes han trobat una acceptació creixent en aplicacions de diagnosi degut a las enormes avantatges sobre els sistemes convencionals de sistemes de bioanàlisis en quant a miniaturització, paralelització, treball en temps real i sensibilitat es refereiex. Tot i que la majoria dels sistemes sensors d'ADN estàn relacionts amb el marcat d'ADN, el progrés recent i l'interés en investigació en biosensors òptics que fan servir protocols de detecció sense marcat, en el qual les biomolècules romanen sense cap modificació, és a dir, són detectades en la seva forma natural, estàn creixent avui dia. És sabut que les tecnologies òptiques poden ser molt poderoses detectant quantitats mínimes de biomarcadors quan es combinen aquestes amb la bio funcionalització adequada de superfícies i amb microfluídiques. Més específicament, a microscopia, on es poden combinar amb fluorescencia basada en marcat en detecció per aconseguir plataformes de microarray, utilizades a diari per molts laboratoris i clíniques i, a més, és presentat com una eina molt útil per a investigacions fundamentals en medicina i biologia. Si el que es busca és un dispositiu d'atenció al pacient asequible, la detecció sense marcat és obligada. Per exemple, això s'aconsegueix aprofitant la plasmònica i el confinament de llum associada a la interficie metàlica-probe-target, liderant sensibilitats de detecció crexients. A més a més, la tecnologia empleada per construir aquest lector òptic i el seu cartutxo de microarray del dispositiu per atenció al pacient ha de ser asequible, però sense perdre la sensibilitat de detecció. Així, els microscopis i alguns dels substrats de microarray basats en plasmònica són cars degut als alts costos dels seus elements òptics, el seu assemblatge i el seu modelat de litografia. Aquest treball introduirà un lector òptic de microarrays basat en un nou dispositiu que combina microscopia interferomètrica sense lents i dispositius de càrrega acoblada de gran àrea de proximitat (CCD) o semiconductors de òxid metàl-lic complementaris (CMOS) en sensat d'imatge, per a un alt rendiment, sense marcat, ràpid i detecció sensible de àcids nucleics, proteïnes i microorganismes patogènics. La tecnologia proposta serà portable i molt adequada per aplicacions en el punt d'atenció al pacient. Si es considera que el dispositiu pot realitzar com a mínim 1000 tests per any durant 5 anys, el seu cost no té cap impacte significatiu en el test general.

The silicon photomultiplier (SiPM) is a novel detector technology that has undergone a fast development in the last few years, owing to its single-photon resolution and ultra-fast response time. However, the typical high dark count rates of the sensor may prevent the detection of low intensity radiation fluxes. In this article, the time-gated operation with short active periods in the nanosecond range is proposed as a solution to reduce the number of cells fired due to noise and thus increase the dynamic range. The technique is aimed at application fields that function under a trigger command, such as gated fluorescence lifetime imaging microscopy.

El LIR Infrared Lab de la Universidad Carlos III de Madrid (en adelante: LIR-UC3M), es un grupo de investigación dedicado al análisis de la iteración radiación-materia en el espectro infrarrojo. En dicho grupo se desarrolla una actividad científica de vanguardia en el campo de la espectro-radiometría y los sensores de infrarrojo. Fruto de dicha actividad, se han publicado numerosos artículos de gran impacto y se han desarrollado soluciones para la industria en campos tan diferentes como el aeroespacial, el medioambiental, la seguridad, etc. Este proyecto se enmarca en la línea de desarrollo de sensores para aplicaciones específicas que sostiene el LIR-UC3M y por tanto, para su desarrollo, se ha tenido acceso a la instrumentación más avanzada en análisis espectral y espacial del escenario infrarrojo. En este proyecto se aborda la ingeniería de sistemas de un sistema de imagen infrarroja. Desde la selección de componentes hasta el desarrollo del software de adquisición y tratamiento de imagen. El objeto general del proyecto es establecer un procedimiento general para el desarrollo de un sistema infrarrojo para aplicaciones específicas, donde los sistemas de propósito general no cumplen los requisitos. La selección del hardware busca una mayor capacidad de adaptación a diferentes escenarios de medida y aplicaciones de distinta índole. Intentando encontrar un compromiso entre prestaciones y coste. Para ello, también, se cuenta con procedimientos de filtrado espectral de la radiación en función de la aplicación. La parte software se convierte en un punto clave en el tratamiento de imagen infrarroja ya que contiene los algoritmos que permiten obtener los resultados de interés. Cómo ejemplos de aplicación a lo largo se desarrolla un software para la realización de termografía a largas distancias y otro para la visualización de gases. Por otra parte se ha desarrollado una base de software modular donde se puedan añadir nuevas funcionalidades de forma simple. Ingeniería Industrial

En este proyecto, se ha desarrollado un sistema para la medida del perfil de índice de refracción en fibras ópticas mediante la técnica de reflexión. Se ha diseñado un sistema automatizado de medida controlado por LabVIEW, que realiza mediciones locales de reflectividad Fresnel equiespaciadas entre sí 1 um. El programa en LabVIEW convierte estas medidas de reflectividad en un perfil bidimensional de índice de refracción, y posteriormente aplica un ajuste no lineal por mínimos cuadrados de manera iterativa, calculando los cuatro parámetros caracterísiticos del perfil de índice de refracción en una fibra de índice gradual: índice máximo del núcleo (n1), diferencia relativa de índice de refracción (-), radio del núcleo (a) y exponente (-). El sistema se ha probado sobre fibras de dos tipos (sílice y CYTOP), ambas con núcleo de 62;5 um. Las pruebas se realizaron con latiguillos comerciales conectorizados FC/PC, y se midieron de manera no destructiva, sin retirar ni los conectores ni la cubierta de la fibra. In this project, a system was developed for measurement of refractive index profile in optical fibers by reflection method. A LabVIEW-controlled automatized measurement system was designed, that performs local Fresnel reflectivity measurements separated each other by 1 um. LabVIEW code translates these reflectivity measurements into a bidimmensional refractive index profile, and then applies a non-linear least square fitting in an iterative way, finding the four representative parameters of the refractive index profile in a graded-index optical fiber: maximum core index (n1), relative index difference (-), core radius (a), and index exponent (-). The system has been tested with two different fibers (silica and CYTOP), both with 62;5 um cores. Tests were performed on commercial fiber patchcords (FC/PC connectorized), in a non destructive way without removal of connectors nor fiber’s jacket. Ingeniería Técnica en Electrónica

Este trabajo trata sobre la realización de un dispositivo optoelectrónico para el entrenamiento y la monitorización del rendimiento en deportistas de alto nivel con el objetivo de aumentar las habilidades psicomotrices y con ello propiciar un aumento del rendimiento. El sistema se basa en la activación secuencial de diferentes barreras ópticas que el deportista debe interceptar en el menor tiempo posible. Para la realización del sistema se ha dividido el sistema en cuatro bloques: Estructura emisores, estructura receptores, microcontrolador y sistema de alimentación. Se ha creado una estructura para el emplazamiento de los emisores ópticos que permite el desplazamiento vertical de los bloques de emisores de forma que se pueda adecuar a los requerimientos del usuario. Se ha provisto al sistema de un mecanismo que permite direccionar el haz de luz de los emisores para que incida correctamente sobre el detector óptico. Esta estructura es desmontable, ligera y fácil de transportar. El bloque con los receptores se ha emplazado en un maletín adaptado a tal efecto. Los receptores se han fijado en la tapa del maletín de forma que el sistema se encuentra en posición de funcionamiento únicamente con abrir la tapa del maletín. El sistema de control se ha realizado en base a un microcontorlador Arduino que permite el control de las diferentes barreras partes del sistema. Se ha desarrollado una interfaz para un ordenador personal que permite a un usuario el manejo del sistema. Para el correcto funcionamiento del sistema también se ha diseñado el sistema de cableado para la interconexión de los diferentes bloques así como el sistema de alimentación. Se trata de un dispositivo ligero y fácil de emplear, realizado con elementos de bajo coste para obtener un dispositivo económico. This project relate the fabrication process of an optoelectronic device for training and performance monitoring on high-level athletes in order to increase psychomotor skills and thereby, improve athletes performances. The system is based on the sequential activation of different light curtains that athlete must intercept in the shortest time possible. For the realization, the system is divided into four blocks: Emitters structure, receivers structure, microcontroller and power supply. A structure has made for positioning of optical emitters, which allows vertical displacement of it so it can adapt to user requierements. It has been implemented a mechanism that facilitate direct the light beam emitters to impinge correctly on each optical detector. This structure is removable,lightweight and easy to transport. Receiver ́s block has been placed on a briefcase adapted into this purpose, Receivers are set at the top of the case so that the system is ready to use just opening the lid of the case. Control system is made based on Arduino microcontrolle, that allows control each system barrier. Has been developed a PC interface that allows an easily interaction between user and system. It is a lightweight and easy-to-use system, made with low cost items in order to create an inexpensive device. Ingeniería Electrónica Industrial y Automática

We report the implementation of a tunable beam displacer, composed of a polarizing beam splitter (PBS) and two mirrors, that divides an initially polarized beam into two parallel beams whose separation can be continuously tuned. The two output beams are linearly polarized with either vertical or horizontal polarization and no optical path difference is introduced between them. The wavelength dependence of the device as well as the maximum separation between the beams achievable is limited mainly by the PBS characteristics., 3 pages, 2 figures

El proyecto consiste en la mejora del funcionamiento de un sistema de iluminación mediante led de alto brillo, basado en el encendido y apagado de los led de 5 módulos, sincronizados con la red, para conseguir conformar la corriente inyectada a la red sin necesidad de almacenamiento de energía. Se mejora la forma de onda de la corriente mediante la modulación PWM del encendido y apagado de los módulos led. Los ángulos de conmutación de cada módulo, que nos dirá el instante de encendido y apagado de los led, está basado en un estudio realizado en MATLAB. Para la sincronización, se ha realizado un circuito y mediante la programación de la FPGA, con un programa en VHDL, se ha conseguido que el encendido y apagado de los led, estén sincronizados con la señal de red. Por último, las señales de salida de la FPGA, se pasaran por un convertidor-reductor, realizado en otro proyecto, para que la corriente que circule por los led sea constante. Ingeniería Técnica en Electrónica

En la actualidad los cuerpos de seguridad y servicios del estado como pueden ser los bomberos, policías o ambulancias utilizan para comunicarse entre sí circuitos cerrados de radiotelefonía, que hacen obligatorio un dispositivo extra para realizar dicha comunicación. Con el auge de la tecnología microstrip en los sistemas de telecomunicaciones debido a que se integran con facilidad con otros componentes, y son antenas de bajo coste, se estudiará la posibilidad de realizar una antena de parche con componentes textiles que radie a la frecuencia ISM de 5.8 GHz, y que sea lo suficientemente grande para poder fabricarse sin demasiadas dificultades y lo suficientemente pequeña que se pueda integrar en la ropa. Para ello, contamos en el laboratorio con un componente textil, el fieltro, con una permitividad eléctrica ya medida previamente (εr = 1.22) y unas planchas de caucho comercial de un espesor de 3 milímetros y cuya permitividad se midió durante el desarrollo de este trabajo (εr = 5.85) para una frecuencia de operación de 5.8 GHz. En general, las antena textiles que existen en la literatura son de tipo parche, y por tanto, con baja directividad. En este trabajo se propone evaluar la viabilidad de realizar antenas textiles directivas, basándose en el concepto de antena Fabry-Perot alimentadas por parches. La antena estará compuesta por los dos materiales mencionados y algún superestrato de permitividad mayor, trabajando en la banda de los 5.8 GHz y tratando que sea lo más directiva posible. En conclusión, se busca hacer una antena textil sencilla pero directiva y además ha de tener un bajo perfil para que haya posibilidad de integración con la ropa. Ingeniería de Sistemas de Comunicaciones

Mestrado em Física Submitted by Patrícia Correia (patriciacorreia@ua.pt) on 2015-06-23T11:25:26Z No. of bitstreams: 1 Algoritmo genético para fiber-FROG com propagação simulada de pulsos.pdf: 2425249 bytes, checksum: bb46012b24e116b6bdc2f39de5db8a86 (MD5) Made available in DSpace on 2015-06-23T11:25:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Algoritmo genético para fiber-FROG com propagação simulada de pulsos.pdf: 2425249 bytes, checksum: bb46012b24e116b6bdc2f39de5db8a86 (MD5) Previous issue date: 2014

Hoy en día la tecnología se enfoca más y más a hacer la vida de las personas más cómoda. Es por ello que la biometría no ha tardado en sustituir a las maneras clásicas de identificación y de acceso como solían ser las contraseñas o las llaves. Con su incremento en popularidad, son numerosas las compañías que diseñan sus propios dispositivos, distintos entre ellos no sólo por marca, también por tipo de tecnología o por manera de capturar la huella. Debido a este hecho, el presente Trabajo de Fin de Grado (TFG) llevará a cabo un estudio de la interoperabilidad entre dos tipos de tecnologías, la óptica y la capacitiva. De este modo se podrá analizar el rendimiento que se obtiene al utilizar los dispositivos como se utilizaría en situaciones cotidianas. También se analizará la usabilidad de los distintos dispositivos para saber cuál es aquel que registra menos errores a la hora de utilizarlo. Las muestras se obtuvieron en el Grupo Universitario de Tecnologías de Identificación (GUTI) a partir de usuarios que acudieron de manera voluntaria, creando así la base de datos (BBDD). Con esta BBDD como punto de partida, se han obtenido los rendimientos en dos test analizando la tecnología usada, el primero siendo entre las tecnologías del mismo tipo y el segundo siendo una mezcla entre las tecnologías para saber qué tal interactúan. Además se ha creado una aplicación que permite analizar la usabilidad de los dispositivos utilizando los parámetros que se encuentran dentro de la base de datos. El presente trabajo recopila todos los resultados obtenidos y las conclusiones alcanzadas a partir de ellos. Nowadays technology is heading to give human beings a more comfortable style of life. This is why biometrics hasn´t taken much to start substituting the usual means of identification and access such as keys or passwords. With its increasing popularity, many companies are now creating their own devices, with many differences between each Company. Not only because of brand, but also due to kind of technology used or the way the fingerprint is acquired. Due to this fact, in this study has made an investigation on the interoperability between two kinds of technology, optic and capacitive. Doing so will allow to analyze the efficiency in a situation like the one it will be used on its daily use. It will also be analyzed the usability the different devices have to know which one achieves less errors when used. Fingerprints were obtained in a research group at the university from users that volunteered, creating by this means the data base. With this data base as a starting point, to analyze the interoperability, the devices were tested in two ways, depending on the technology used in them. The first of them being between the same technology and the second being a mixture between technologies to know how they interact. It has also been created an application that allows the analysis of the usability using the parameters that may be found in the data base. The present document puts together all the results obtained and the conclusions obtained from them. Ingeniería Electrónica Industrial y Automática

En el campo de la electrónica tradicional de semiconductores, la detección de cambios en la corriente eléctrica bajo la influencia de estímulos externos es el principio operacional de los dispositivos fabricados. La manipulación activa del grado de libertad de espín de los portadores de carga, sumado al control sobre la carga eléctrica, es el tema central que concierne a un campo de investigación relativamente joven denominado espintrónica. En el área de la nanotecnología, la espintrónica es una de los campos de investigación más emergentes, suponiendo una rama muy activa dentro del nanomagnetismo. El origen de esta área de conocimiento se puede situar en 1982 con el trabajo de Albert Fert y Peter Grünberg referido a la magnetoresistencia gigante (GMR) de multicapas metálicas. Por esta razón dichos investigadores fueron galardonados con el premio Nobel de física en 2007. La espintrónica ha supuesto un gran impacto en nuestro día a día mediante el desarrollo de sistemas de hardware para el almacenamiento de información y sensores magnéticos, entre otras aplicaciones. Hasta la fecha, este campo de investigación ha usado principalmente metales y semiconductores inorgánicos. Sin embargo, el rápido desarrollo experimentado en los campos de la electrónica molecular y el magnetismo molecular en la última década, junto con el progresivo desplazamiento hacia un escenario en la escala nanométrica, han propiciado las condiciones adecuadas para el surgimiento de una nueva área: la Espintrónica Molecular. De la misma manera que se hizo para la electrónica molecular, este nuevo campo de investigación se ha dividido en dos áreas principales: i) espintrónica basada en moléculas o espintrónica orgánica más comúnmente denominada por la comunidad física, ii) espintrónica unimolecular. Los temas tratados en la presente tesis se centran en la primera área de conocimiento. En este contexto, el principal objetivo es el diseño y fabricación de dispositivos espintrónicos innovadores y de menor coste mediante la utilización de materiales moleculares (más comúnmente denominados materiales orgánicos). El manuscrito de la tesis se encuentra dividido en dos partes. - Parte I: La primera parte de este manuscrito versa sobre la caracterización física de películas delgadas de análogos de azul de Prusia (PBA). Estos materiales basados en moléculas presentan un gran interés desde el punto de vista del control de sus propiedades por dos razones principales. En primer lugar, los PBAs son preparados mediante procesos sintéticos de baja complejidad. En segunda instancia, el diseño de sus propiedades magnéticas, tales como su ordenamiento ferromagnético, puede ser fácilmente alcanzado mediante la correcta selección de las fuentes de espín. Dos tipos de estructuras cristalinas pueden ser descritas para los PBA: i) AIMAII[MBIII(CN)6] siendo MA y MB iones de metales de transición y A un cation alcalino ocupando de forma alterna sitios intersticiales de la red; ii) AIMAII[MBIII(CN)6]2/3•zH2O conteniendo moléculas de agua coordinadas y sin coordinar. Cada tipo de estructura va a proveer de diferentes funcionalidades magnéticas y ópticas al material. En este sentido, es larga la lista de multifuncionalidades reportadas en los PBAs entre las cuales pueden destacarse: i) transición de fase por transferencia de carga, ii) fotomagnetismo, iii) piezomagnetismo, iv) second harmonic generation (SHG) y magnetization induced SHG (MSHG), v) coexistencia de ferroelectricidad y ferromagnetismo, vi) magnetismo sensible a la humedad, vii) Spin-iónica. Estos materiales magnéticos basados en moléculas pueden considerarse como potenciales candidatos para su aplicación en estructuras espintrónicas moleculares. En este sentido, el objetivo de esta tesis es desarrollar un amplio marco de conocimiento referido a las propiedades de los PBA al ser depositados en forma de películas delgadas, para lo cual se empleó la deposición electroquímica. La motivación para emplear esta técnica de crecimiento frente a otras, tales como el layer by layer (LbL), está suficientemente argumentada. A diferencia del método electroquímico, el LbL no necesita de sustratos conductores para el crecimiento de las capas delgadas. A pesar de esta ventaja, la técnica de LbL presenta una importante cantidad de inconvenientes. Para la fabricación de capas homogéneas se requiere un proceso secuencial caracterizado por un número elevado de ciclos de crecimiento. Esto deriva en un consumo importante de tiempo para la obtención del sistema final, lo cual dificulta el control sobre las condiciones de crecimiento. A su vez muchos parámetros deben de ser fijados para la obtención de películas delgadas reproducibles en términos de morfología y composición (y en consecuencia, propiedades magnéticas). Por el contrario, la deposición electroquímica es un método rápido y reproducible para la fabricación de capas delgadas homogéneas de PBAs sobre sustratos con áreas grandes. Mediante esta estrategia, un alto grado de control puede ser alcanzado en la referente la morfología, composición y propiedades magnéticas. El estudio llevado a cabo sobre los sistemas de PBA en esta primera parte de la tesis, está reflejado en cinco capítulos. El primero de ellos presenta una introducción a los conceptos fundamentales y técnicas experimentales correspondientes a esta parte de la tesis. En el capítulo 2 del manuscrito, se presentó una caracterización física completa de películas delgadas del PBA Cr5.5(CN)12 • 11.5 H2O en función del grosor de la capa. Cuatro grosores fueron elegidos para este estudio siendo de 1500 nm, 450nm, 250 nm y 80 nm. Este rango de grosores permitió evaluar de una manera completa posibles variaciones en las propiedades del material a medida que el proceso de fabricación evolucionaba hacia valores de este parámetro con interés para posibles aplicaciones. El estudio de IR-ATR llevado a cabo sobre estos sistemas muestra que, independientemente del grosor, estas películas delgadas sufren una oxidación completa como consecuencia de la exposición al aire. Dicho material se ha designado como CrCr a lo largo de toda la discusión de esta tesis con el fin de simplificar la notación. Este sistema presenta un comportamiento ferrimagnético, con una alta temperatura crítica (Tc) de 240 K, exhibiendo una alta estabilidad química y propiedades magnéticas controlables. En consecuencia, este PBA se plantea como uno de los candidatos más prometedores para su aplicación en espintrónica molecular. Es interesante remarcar que en este estudio se ha podido comprobar que al reducir el grosor de las capas, las propiedades magnéticas se ven considerablemente mejoradas (ciclos de histéresis con mayores campos coercitivos y forma cuadrada definida). En este capítulo de la tesis, el primer estudio de efecto Kerr magneto-óptico (MOKE) sobre películas delgadas de este PBA ha sido extensamente descrito. En este sentido, se ha demostrado que la magnetometría MOKE es una técnica potente para el estudio de las propiedades magnéticas de capas delgadas de estos materiales magnéticos basados en moléculas. Dichos materiales ofrecen una respuesta magneto-óptica excepcional debido a la alta intensidad de luz reflejada por su superficie transparente, aportando evidencias claras de efectos de tamaño de grano en el registro de la medida. En este capítulo, se introdujo un modelo para entender el origen de la sensibilidad superficial del MOKE en estos materiales transparentes. Dicho modelo fue formulado en base a consideraciones ópticas en el contexto de estudios elipsométricos. La naturaleza superficial de la información magnética adquirida mediante MOKE permitió el registro de los procesos de reversión de la magnetización que tienen lugar en las capas superiores de estas películas delgadas de CrCr. Esta región interfacial es de gran interés, teniendo en cuenta su posible uso como electrodos inyectores de espín, puesto que dicha región definirá la calidad de las interfases en el dispositivo espintrónico resultante. Un estudio de Microscopía de Fuerza Magnética a baja temperatura (LT-MFM) se ha realizado sobre los films de CrCr de 80 nm de grosor. Los resultados de esta caracterización indican que el alto valor de campo coercitivo determinado por MOKE para las capas delgadas de este PBA son debidas a un efecto de tamaño de las nanopartículas en la superficie. Esta información no pudo ser obtenida mediante SQUID, siendo esta una caracterización referida al volumen completo del material, sin la posibilidad de alcanzar una sensibilidad superficial. Sumado a todo lo descrito hasta ahora, se pudo comprobar que la magnetometría MOKE permite el registro de ciclos de histéresis del CrCr a temperaturas relativamente altas (justo por debajo de la Tc), lo cual resulta de gran interés en términos de futuras aplicaciones. De hecho, el estudio desarrollado en este capítulo, mostró la capacidad de obtener ciclos de histéresis a temperaturas próximas a la Tc para capas delgadas de este PBA ferrimagnético con grosores ultra-delgados de 40 nm. Con el fin de evaluar la validez de las conclusiones extraídas de las medidas MOKE sobre el CrCr, se abordó un estudio paralelo sobre otra familia de PBA constituida por el sistema ternario (FeIIxCrII1-x)3 [CrIII(CN)6]2•z H2O, al que se denominó FeCrCr a lo largo de la discusión del manuscrito. Los estudios realizados, confirmaron las propiedades determinadas mediante MOKE para las capas delgadas de CrCr y su relación con respecto a la información proporcionada por el SQUID, otorgando universalidad a las conclusiones extraídas. Las habilidades únicas del MOKE para estudiar las propiedades magnéticas de PBAs, se testó de igual forma sobre capas delgadas de la familia del PBA Fe3[Cr(CN)6]2•15 H2O, denominado FeCr a lo largo de la discusión. Este trabajo se encuentra extensamente descrito en el capítulo 3 de este texto. En películas delgadas de FeCr se detectó una discrepancia entre la temperatura crítica determinada mediante MOKE (Tc=60-70 K) y la hallada mediante SQUID (Tc=20 K) siendo esta última la habitualmente reportada en literatura para este material. Esta anomalía en la determinación de la Tc se explicó en base a la presencia de una fase de óxido de hierro amorfa. Dicha fase aparecería en el entorno del electrolito e introduciéndose en la estructura del PBA durante el proceso de electrodeposición de las capas. Los estudios de Raman sobre las películas delgadas de este material descartaron cualquier tipo de fenómeno fotomagnético como responsable de esta anomalía en la Tc. Esta información llevó a considerar un origen externo de esta anomalía, resultado de la incorporación de una fase química extra, la cual podía ser detectada por el MOKE pero no por medio de SQUID. Observando la evolución del electrolito, fue posible determinar la aparición de un material precipitado que se aisló y caracterizó tanto morfológicamente como en sus propiedades magnéticas. De esta manera se pudo identificar como una fase amorfa de óxido de hierro. A partir del análisis de TEM de alícuotas del electrolito, las mismas estructuras amorfas fueron detectadas. Con esta información fue posible concluir que en el entorno químico, en el cual la electropolimerización de las capas delgadas tiene lugar, estructuras basadas en hierro aparecen espontáneamente. Estas impurezas son incluidas en la estructura del PBA durante la electrodeposición, acumulándose principalmente en la superficie de la película delgada. Esta es la razón por la cual la señal magnética de dicha fase extra es sólo detectada mediante MOKE. Esta fase extra sólo pudo ser medida para tiempos de deposición altos (1000 segundos). Para tiempos menores (

Aluminium induced texturing (AIT) method has been used to texture glass substrates in order to enhance the photon absorption in thin film solar cells. The resultant glass roughness has been analyzed by varying the AIT process parameters and it has been found that the deposition method of Al is a decisive factor in tuning the texture. Two types of textures, a soft (texture E) and a rough texture (texture S), were achieved from the thermally evaporated and sputtered Al layers through AIT process. Aluminium-doped zinc oxide (AZO) layers of different thickness were deposited over both textures and over smooth glass. Haze values above 30% were obtained for texture S + AZO and above 10% for texture E + AZO. The resultant morphologies were free from sharp edges or deep valleys and the transparency and the resistivity values were also good enough to be used as front contact for thin film solar cells. In order to demonstrate the light absorption enhancement in a solar cell device, 200 nm of a-Si:H followed by 300 nm of Ag were grown over the textured and smooth substrates with AZO, and an optical absorption enhancement of 35% for texture E and 53% for texture S was obtained in comparison to the smooth substrate.

Doutoramento em Engenharia Física Nos últimos anos, a Optoelectrónica tem sido estabelecida como um campo de investigação capaz de conduzir a novas soluções tecnológicas. As conquistas abundantes no campo da óptica e lasers, bem como em comunicações ópticas têm sido de grande importância e desencadearam uma série de inovações. Entre o grande número de componentes ópticos existentes, os componentes baseados em fibra óptica são principalmente relevantes devido à sua simplicidade e à elevada de transporte de dados da fibra óptica. Neste trabalho foi focado um destes componentes ópticos: as redes de difracção em fibra óptica, as quais têm propriedades ópticas de processamento únicas. Esta classe de componentes ópticos é extremamente atraente para o desenvolvimento de dispositivos de comunicações ópticas e sensores. O trabalho começou com uma análise teórica aplicada a redes em fibra e foram focados os métodos de fabricação de redes em fibra mais utilizados. A inscrição de redes em fibra também foi abordado neste trabalho, onde um sistema de inscrição automatizada foi implementada para a fibra óptica de sílica, e os resultados experimentais mostraram uma boa aproximação ao estudo de simulação. Também foi desenvolvido um sistema de inscrição de redes de Bragg em fibra óptica de plástico. Foi apresentado um estudo detalhado da modulação acústico-óptica em redes em fibra óptica de sílica e de plástico. Por meio de uma análise detalhada dos modos de excitação mecânica aplicadas ao modulador acústico-óptico, destacou-se que dois modos predominantes de excitação acústica pode ser estabelecidos na fibra óptica, dependendo da frequência acústica aplicada. Através dessa caracterização, foi possível desenvolver novas aplicações para comunicações ópticas. Estudos e implementação de diferentes dispositivos baseados em redes em fibra foram realizados, usando o efeito acústico-óptico e o processo de regeneração em fibra óptica para várias aplicações tais como rápido multiplexador óptico add-drop, atraso de grupo sintonizável de redes de Bragg, redes de Bragg com descolamento de fase sintonizáveis, método para a inscrição de redes de Bragg com perfis complexos, filtro sintonizável para equalização de ganho e filtros ópticos notch ajustáveis. In the last years, the Optoelectronics has been established as a top field of research able to drive towards new technological solutions. The abundant achievements in the field of optics as well in optical communications have been of great importance and triggered a number of innovations. Among the large group of existing optical components, optical fiber components are mainly relevant due to three factors: their simplicity, their nature as an optical fiber based component and the capability of optical fiber to carry information. In this thesis the focus was on one of these optical components: optical fiber gratings, which have unique optical processing properties and are quite interesting for the development of devices for optical communications and sensing applications. The work started with a theoretical analysis applied to fiber gratings and continues with the most used fiber gratings production methods. The inscription of fiber gratings was also addressed in this work, where an automated inscription setup has been implemented for silica fiber, and experimental results showed a good approximation to the simulation study. Also, the inscription setup for gratings in polymer optical fiber was developed. A detailed analysis of the acousto-optic modulation in fiber gratings in silica and polymer optical fiber was presented. By means of a detailed analysis of the mechanical excitation modes applied to the modulator set, it was noticed that two predominant modes of acoustic excitation can be found in the optical fiber depending on the applied acoustic frequency. Through this characterization, it was possible to develop new applications. Studies and implementation of different devices based on fiber gratings were performed, using acousto-optic effect and regeneration process in optical fiber for photonic applications such as fast add-drop multiplexer, tunability of the fiber Bragg grating group delay, tunable phase-shift fiber Bragg grating, tunable mode coupler, method for inscription of complex fiber Bragg grating profiles, gain equalization filter and adjustable notch filters.

Doutoramento em Engenharia Física Submitted by Bella Nolasco (bellanolasco@ua.pt) on 2014-05-05T10:30:50Z No. of bitstreams: 1 Componentes em fibra otica para comunicações oticas e sensores.pdf: 18504487 bytes, checksum: 1ea24fa54cf067f9f0d5e7353a1c9237 (MD5) Made available in DSpace on 2014-05-05T10:30:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Componentes em fibra otica para comunicações oticas e sensores.pdf: 18504487 bytes, checksum: 1ea24fa54cf067f9f0d5e7353a1c9237 (MD5) Previous issue date: 2013-12-18

Fil: Gonzalez Lemus, Nasly Vanessa. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería Química; Argentina. En la presente tesis doctoral se presenta un modelo teórico de materiales con aplicación en micro-dispositivos mecano-ópticos, aplicando fundamentos de la física cuántica para el estudio de sistemas a escala atómica y molecular, empleando para este fin métodos de primeros principios (Ab-initio), basados en la teoría de la funcional densidad, implementada en los diferentes esquemas Linear Augmented Plane Wave Method (LAPW) y de Ab-initio norm conserving pseudopotentials, a partir de los mismos se obtuvieron las estructuras de bandas, densidades de estados, corrección de muchos cuerpos electrón-electrón (GW) para los estados excitados, propiedades ópticas, módulos de bulk, densidad de portadores, tensores elásticos y piezoeléctricos. Esta caracterización física de materiales posteriormente se acopla al diseño teórico y simulación de dispositivos MEMS, aplicando fundamentos y métodos de la ingeniería a microescala tanto en el diseño como en el análisis funcional de estos. Para su diseño consideramos mecanismos óptimos de producción y micro-fabricación; y para el análisis y predicción cuantitativa de su funcionamiento, aplicamos métodos de resolución de elementos finitos (FEM), que involucran variables multifísicas que describen el comportamiento de estos sistemas. De esta manera proponemos dos modelos de MEMS y realizamos la caracterización del mecanismo de funcionamiento, para cada uno, mostrando la factibilidad de los mismos. In this thesis is presented a theoretical model of materials with applications in micro - mechano -optical devices , using foundations of quantum physics to the study of systems at atomic and molecular level, using for this purpose first principles methods ( Ab initio ) based on density functional theory, implemented in different schemes augmented plane wave Linear Method ( LAPW ) Ab- initio and conserving pseudopotentials norm , from the these,the band structures , densities of states, correcting many electron-electron (GW ) bodies for the excited states , optical properties, bulk modules , carrier density , elastic and piezoelectric tensors are obtained. The physical characterization of materials is subsequently coupled to the theoretical design and simulation of MEMS devices, applying the fundaments and methods for engineering in microscale both in the design and the functional analysis of these.For its design we consider optimal production mechanisms and micro-fabrication, and for analysis and quantitative prediction of their operation, we apply resolution methods of finite element method (FEM), involving multiphysics variables that describe the behavior of these systems. Thus we propose two models of MEMS and perform the characterization of the mechanism of operation for each, showing the feasibility of them. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica

A study of critical layer thickness (CLT) in single quantum wells of InGaAs/GaAs on GaAs substrates with (001) and (111)B orientations is presented. The results obtained by Transmission Electronic Microscopy (TEM) and Photoluminescence (PL) show that the decrease of the luminescent signal is due to different relaxation mechanisms for each substrate orientation. Thus, in (001) substrates, the CLT is defined by the transition from a plane growth front (2D) to a rough one (3D). However, the plastic relaxation due to a misfit dislocation array (DD) determines the CLT in (111)B substrates. The analysis by TEM of this dislocation array shows a new DD configuration different to the previously described in the bibliography. The new observed configuration allows us to explain the experimental results obtained for the case of SQW of InGaAs/GaAs (111)B using the classic CLT models of the first DD formation.Se presenta un estudio mediante Microscopía Electrónica de Transmisión (TEM) y Fotoluminiscencia (PL) de espesores críticos de epicapa (CLT) en pozos cuánticos simples de InGaAs/GaAs crecidos sobre substratos de GaAs con orientaciones (001) y (111)B. Los resultados obtenidos demuestran que la disminución de la señal luminiscente del espectro de PL se debe a distintos mecanismos de relajación para cada orientación de sustrato. Así, en sustratos orientados (001), el CLT viene definido por la transición desde un frente de crecimiento plano (2D) a otro ondulado (3D). Sin embargo, la relajación plástica debida a una red de dislocaciones de desajuste (DD) determina el CLT en sustratos orientados (111)B. El análisis por TEM de esta red de dislocaciones muestra la existencia de una nueva configuración de DD distinta a la anteriormente descrita en la bibliografía. La nueva configuración observada permite explicar los resultados experimentales obtenidos para el caso de SQW de InGaAs/ GaAs (111)B utilizando los modelos clásicos de CLT de formación de la primera DD.

High-power, continuous-wave (cw) optical parametric oscillators (OPOs), from the ultraviolet (UV) and visible to the near- and mid-infrared (IR) wavelength range, are of interest for a variety of applications such as spectroscopy, trace-gas detection and remote sensing. As such, it is desired to investigate OPOs and different frequency conversion techniques, to cover the spectral regions that are inaccessible to lasers, and that too in a compact and low-cost design. This thesis presents the development of high-power cw OPOs, and frequency conversion sources, spanning the UV to mid-IR spectral range, employing different designs, experimental configurations and nonlinear crystals, making them compact and cost-effective. Commercial high-power cw lasers at 1940 nm, 1064 nm and 532 nm have been exploited as the pump sources, in the work presented in this thesis. We have demonstrated a fiber-based cw source at 970 nm, in a simple and practical design. Using direct single-pass second-harmonic-generation (SHG), 13.1 W of output power at 970 nm has been generated in a high-beam-quality, narrow-linewidth, linearly-polarized beam. Further, a technique based on the use of an antiresonant ring (ARR) interferometer for the attainment of optimum output coupling in a cw singly-resonant OPO has been investigated. The technique was deployed in a Yb-fiber-laser-pumped cw OPO based on MgO:PPLN. To extend the tunability of the 1-µm-pumped OPO from the mid-IR to near-IR, SHG of the intracavity signal has been performed in fanout-grating MgO:sPPLT. This compact cw source, tunable across 775¿807 nm, provides >3 W of near-infrared power across 56% of SHG tuning range, in high spatial beam quality. We have also generated output in the UV, down to 355 nm, using single-pass configuration based on sum-frequency-generation of fundamental at 1064 nm and the generated SHG at 532 nm, in BiB3O6. Further, we demonstrated an architecture comprising two cw OPOs coupled together with an ARR interferometer, generating two pairs of signal and idler wavelengths, that can be independently and arbitrarily tuned to indefinitely close spacing, through degeneracy, and beyond, across the wavelength range of 870-1370 nm. The OPOs, based on identical MgO:sPPLT crystals, were pumped by a single cw laser at 532 nm. On the other hand, we also demonstrated active mode-locking of cw OPOs using direct low-frequency electrooptic phase-modulation (EOM), opening up the possibility of avoiding the need for ultrafast laser sources and synchronous pumping. We have generated picosecond pulses in doubly- and singly-resonant configuration. Also, a technique based on the deployment of the EOM in combination with an ARR interferometer internal to the cw OPO has been investigated for active modelocking.

Projecte realitzat en el marc d’un programa de mobilitat amb el Departament of Photonics Engineering de la Technical University of Denmark, i el Department of Electronics del Politecnico di Torino [ANGLÈS] This Master’s Thesis presents an optimisation of parametric processes on two different materials used for optical communications. The main objective is to determine whether they are suitable for all-optical signal processing. Different methods for simulating the key parameters affecting their nonlinear behaviour are discussed, and a selection of them have been implemented in Matlab® to be used in the optimisation procedure. Such optimisation is based on maximising the efficiency of the parametric Four-Wave Mixing (FWM) process. This has been achieved by tailoring the waveguide geometry to engineer the dispersion properties, to minimise the propagation loss, and to maximise the nonlinear performance of the medium. The influence of the input pump power on the latter has also been discussed. Additionally, we present a comparison between different nonlinear media that resulted in a publication. [CASTELLÀ] Esta Tesis presenta una optimización de procesos paramétricos en dos materiales diferentes que se utilizan para las comunicaciones ópticas. El objetivo principal es determinar si son adecuados para el procesamiento de la señal óptica de próxima generación. Se discuten diferentes métodos para la simulación de los parámetros clave que afectan a su comportamiento no lineal, y una selección de ellos se han implementado en Matlab para ser utilizados en el procedimiento de optimización. Dicha optimización se basa en la maximización de la eficiencia del proceso de Four Wave Mixing (FWM). Esto se ha logrado mediante la adaptación de la geometría de las guías de onda para modificar las propiedades de dispersión, para reducir al mínimo las pérdidas de propagación, y para maximizar el rendimiento no lineal del medio. La influencia de la potencia de entrada también se ha discutido. Además, se presenta una comparación entre distintos materiales no lineales que dio lugar a una publicación. [CATALÀ] Aquesta Tesi presenta una optimització de processos paramètrics en dos materials diferents que s'utilitzen en comunicacions òptiques. L'objectiu principal és determinar si són adequats per al processament del senyal òptic de pròxima generació. Es discuteixen diferents mètodes per a la simulació dels paràmetres clau que afecten el seu comportament no lineal, i una selecció d'ells s'han implementat en Matlab per ser utilitzats en el procediment d'optimització. Aquesta optimització es basa en la maximització de l'eficiència del procés de Four Wave Mixing (FWM). Això s'ha aconseguit mitjançant l'adaptació de la geometria de les guies d'ona per modificar les propietats de dispersió, per reduir al mínim les pèrdues de propagació, i per maximitzar el rendiment no lineal del medi. La influència de la potència d'entrada també s'ha discutit. A més, es presenta una comparació entre diferents materials no lineals que va donar lloc a una publicació.

A Reply to the Comment by A. K. Pan and P. K. Panigrahi.

In this work we are make a study about LED lamps for street lighting and SCADA system design with automatic on/off to be applied in the Salesian Polytechnic University, Kennedy campus. In Ecuador LED lighting applied to street lighting is little know, there are few projects about as a recently theme and it does not with published and detail information to show the benefits and disadvantages of use this type of technology in outdoor lighting. The control and monitoring systems are addressed to industrial and commercial area, but actually we can see necessary to expand application area, even to residential level. With a control system applied to outdoor lighting, will be change the street lighting concept about modernization, service and quality. The purpose of this study is to analyze the current state of street lighting in the Salesian Polytechnic University, Kennedy campus, to know if the actual system meets national and international standards. We will measure about lighting levels in pedestrian and vehicular areas wherewith we can show possible faults and corrective detected. Also will be made a review the electrical installations that make street lighting. En el presente trabajo de titulación se realiza un estudio de lámparas LED para alumbrado público y un diseño de un sistema SCADA con control automático on/off para el campus Kennedy de la Universidad Politécnica Salesiana. En el Ecuador el tema de iluminación LED aplicado al alumbrado público es poco conocido, existen pocos proyectos de este tipo ya que es un tema reciente que no cuenta con publicaciones e información detallada que indique los beneficios y desventajas de utilizar este tipo de tecnología en la iluminación exterior. Los sistemas de control y monitoreo están direccionados al ámbito industrial y comercial, pero en la actualidad se ve la necesidad de expandir el área de aplicación incluso a nivel residencial. Con un sistema de control aplicado a la iluminación externa, se cambiará el concepto de alumbrado público en términos de modernización, servicio y calidad. El propósito de este estudio es analizar el estado actual del alumbrado público de la Universidad Politécnica Salesiana para determinar si el sistema actual cumple con los estándares nacionales e internacionales. Se realizará mediciones de niveles de iluminación en sectores de flujo peatonal y vehicular con el cual se podrá indicar las fallas detectadas y posibles correctivos. Además se hará una revisión de las instalaciones eléctricas que conforman el alumbrado público. Marcelo García

Desplazadores de longitud de onda para redes de acceso por fibra óptica (FTTH). [ANGLÊS] This project presents the design, simulation and optimization of reflective wavelength shifters circuits, with the idea of being implemented in the ONU of subscribers within a passive fiber access network (FTTH). These devices seek to mitigate the negative effects produced by the Rayleigh Backscattering present in fiber optic transmissions, and most important for bidirectional transmission over a single fiber and using a single wavelength. Such devices are developed from components of integrated optics technology platform based on Indium Phosphide, provided by the European project PARADIGM. [CASTELLÀ] En este proyecto se presenta la concepción, simulación y optimización de circuitos desplazadores de longitud de onda reflexivos, con la idea de ser implementados en las ONU de los abonados dentro de una red de acceso pasiva de fibra óptica (FTTH). Con estos dispositivos se busca mitigar los efectos negativos que produce el Rayleigh Backscattering presente en las transmisiones por fibra óptica, y el de mayor relevancia para la transmisión bidireccional en una única fibra y utilizando una única longitud de onda. Dichos dispositivos son desarrollados a partir de los componentes de la plataforma tecnológica de óptica integrada basada en fosfuro de indio, ofrecida por el proyecto europeo PARADIGM. [CATALÀ] En aquest projecte es presenta la concepció, simulació i optimització de circuits desplaçadors de longitud d'ona reflexius, amb la idea de ser implementats en les ONU dels abonats dins d'una xarxa d'accés passiva de fibra òptica (FTTH). Amb aquests dispositius es busca mitigar els efectes negatius que produeix el Rayleigh Backscattering present en les transmissions per fibra òptica, i el de major rellevància per a la transmissió bidireccional en una única fibra i utilitzant una única longitud d'ona. Aquests dispositius són desenvolupats a partir dels components de la plataforma tecnològica d'òptica integrada basada en fosfur d'indi, proporcionada pel projecte europeu PARADIGM.

En el presente proyecto se expone el desarrollo de un vibrómetro basado en fibra óptica. La motivación de este proyecto es el diseño de un sistema capaz de monitorizar las vibraciones de una máquina mediante el uso de tecnología láser y de fibra óptica. Mediante este sistema es posible el cálculo de la frecuencia y amplitud de la vibración de la máquina. El vibrómetro está basado en el principio de interferencia de la luz. Un haz de luz coherente proporcionado por un láser se divide en dos: uno recorre una fibra óptica anclada a la máquina en uno de sus extremos y se compara con el otro que recorre otra fibra óptica de longitud fija tomada como referencia. La combinación de ambos provoca un patrón de interferencia que contiene información de la vibración. Para la medida se utiliza un interferómetro de fibra óptica. Bajo las condiciones seleccionadas para la amplitud y componentes de frecuencia de las vibraciones, la medida está contenida en la frecuencia de la señal de salida. Realizando una demodulación del patrón de interferencia obtenido a la salida del interferómetro es posible calcular los parámetros característicos de la vibración. Para realizar esa demodulación se ha diseñado un algoritmo implementado en un instrumento virtual mediante LabVIEW. El registro de las señales se ha llevado a cabo mediante el módulo de adquisición de alta velocidad CS328A, de CleverScope. Para integrar la adquisición de las señales con el análisis mediante los instrumentos virtuales se han programado los drivers proporcionados por los fabricantes. Para realizar las medidas de calibración, se ha construido un dispositivo capaz de forzar una vibración controlada e integrar el sensor de fibra óptica. Este dispositivo está basado en un altavoz controlado mediante un generador de funciones. Junto con la fibra óptica, al altavoz se le ha acoplado un acelerómetro, que proporciona la referencia de medida de la vibración durante los ensayos de calibración del sistema completo. In this project is exposed the development of a fiber optic based vibrometer. The motivation of this project is the design of a system able to monitor the vibration of a machine by the usage of laser and fiber optic technology. Through this system we are able to calculate the frequency and amplitude of the vibration of a machine. The vibrometer is based on the light interference principle. A beam of coherent light provided by a laser is divided in two beams: one of them travels across a fiber optic fixed to the machine and is compared with the other beam which travels through a constant length fiber that is used as a reference. The combination of both beams result in an interference pattern which contains the information of the vibration. A fiber optic interferometer is used to do the measurements. Under the selected conditions for amplitude and frequency components, the measurement is included in the frequency of the output signal. Performing a demodulation of the interference pattern obtained at the output of the interferometer we are able to estimate the characteristic parameters of the vibration. To do that demodulation an algorithm implemented on a virtual instrument programmed on LabVIEW has been designed. The signal had been acquired by the high speed module CS328A by CleverScope. To integrate the signal acquisition and the analysis by the virtual instruments the drivers provided by the manufactures had been programmed. To do the calibration tests a device capable to force a controlled vibration and integrate the fiber optic sensor has been built. This device is based on a speaker controlled by a function generator. In addition, an accelerometer has been fixed to the speaker to provide the measures’ reference of the vibration during the calibration test of the whole system. Ingeniería Electrónica Industrial y Automática

En el presente documento, se estudian los diodos láser dentro de su aplicación como fuente de iluminación en sistemas de instrumentación optoelectrónicos con sensores de fibra óptica. Aquí, es imprescindible que la fuente de emisión de luz sea estable para la obtención de unas medidas adecuadas. Entre los principales factores que afectan a las características de emisión de un diodo láser, están la temperatura y las variaciones de corriente. Además, estos dispositivos son extremadamente sensibles a transitorios de corriente y de tensión, así como también a descargas electrostáticas (ESD). Es por ello, que normalmente se emplean circuitos de acondicionamiento para lograr estabilizar la emisión de la fuente, y de esta manera obtener un mejor desempeño a la hora de trabajar en un sistema de instrumentación. En el mercado, existen diversos tipos controladores específicamente diseñados para este fin. Estos, además de estabilizar la potencia de emisión, incluyen determinados sistemas de protección para garantizar la correcta operación del diodo láser. De esta manera, proporcionan una solución económica y compacta, a través de un circuito integrado de aplicación específica (ASIC). Como parte del trabajo realizado en este proyecto de fin de carrera, se presenta un estudio comparativo entre varios controladores integrados disponibles en el mercado. Basados en el resultado de este estudio, se escoge un controlador con el fin de diseñar un circuito de acondicionamiento para estabilizar la potencia óptica emitida por un diodo láser. Asimismo, se implementa este sistema de control en una tarjeta de circuito impreso (PCB). Este sistema es caracterizado, y su funcionamiento es puesto a prueba con dos tipos de dispositivos láser: uno de ellos es un láser de tipo semiconductor (diodo láser), y el otro un láser de estado sólido (DPSS). Los resultados de la caracterización, son comparados con las especificaciones proporcionadas por el fabricante del circuito integrado utilizado en el diseño, con el fin de contrastar y comprobar que el rendimiento del sistema implementado mantiene sus prestaciones. Finalmente, el circuito de control diseñado es probado en una aplicación práctica interferométrica, verificando así la utilidad del sistema y su funcionalidad en una aplicación real. Ingeniería Industrial

We consider the role of both random media and target speckle in the lidar signal return for direct and heterodyne detection optical receivers. A statistical model is derived from the fundamental principles of atmospheric scattering and turbulent propagation

En este trabajo se propone la integración de nanoparticulas semiconductoras coloidales en matrices de polímero para desarrollar nanocomposites que puedan ser utilizados en nuevos dispositivos fotónicos, y en particular como núcleos de guías de onda activas. De esta manera se dispersaron distintas familias de QDs (de CdSe, CdTe, CdS y PbS) y QRs (CdSe-CdS y PbS-CdS) en matrices de polímero (PMMA y SU-8), con el fin de demostrar que los nanocomposites elaborados a partir de estos materiales pueden funcionar como núcleos en guías de onda. En primer lugar se fabricaron y caracterizaron guías de onda planas, estudiando la dependencia de las propiedades de propagación de la luz con la concentración de QDs de CdSe en la matriz de PMMA. Se observó que el factor de llenado aumenta las pérdidas en la propagación, encontrando que para esos QDs se obtiene un guiado óptimo con factores de llenado entre 10-3 y 10-4. Al utilizar tales concentraciones de QDs en los nanocomposites se consiguió guiar PL a través de la capa, no solo acoplando el bombeo óptico a 405 nm desde el canto sino también desde la superficie superior de las guías. Mediante bombeo óptico desde la superficie superior es posible estimar la ganancia y pérdidas en las guías de onda (método VSL), y para ello se ha realizado un modelo que explica la saturación de ganancia con la longitud de la guía. Se ha encontrado un crecimiento en la ganancia y las pérdidas con la concentración de QDs en los nanocomposites. Sin embargo, no se obtuvo ganancia neta debido a que los efectos de reabsorción causados por el solapamiento entre los espectros de absorción y emisión de PL no permiten que los valores de ganancia superen a las pérdidas. Las guías de onda planas fueron elaboradas incorporando otras familias de QDs con el fin de obtener PL guiada a otras longitudes de onda. Se utilizaron para este propósito QDs de CdTe, CdS y PbS, en lugar de los de CdSe, encontrando resultados similares en lo referente a las condiciones de propagación de la luz en las guías. Esto indica que las condiciones encontradas para el guiado óptimo pueden ser extrapoladas a capas de nanocomposites que integren otros QDs sintetizados de forma similar. Como ulterior desarrollo de los resultados anteriores se demostró que es posible la incorporación de más dos o más tipos de QDs en la misma guía de onda de PMMA, obteniendo guiado de luz multicolor y observando que, al ajustar de forma conveniente las proporciones de QDs de CdS, CdTe y CdSe en el nanocomposite, es posible controlar las componentes de color de la señal de emisión a la salida de la guía, pudiéndose obtener incluso la emisión de luz blanca. Se han fabricado guías de onda bidimensionales dispersando nanopartículas de CdSe y de PbS en una matriz de SU-8, obteniendo PL guiada en estas estructuras y encontrando unas condiciones de guiado similares a las anteriores. En estos nanocomposites existe emisión de luz parásita propia de la resina SU-8. Se han realizado pruebas con estructuras de guías mixtas o bicapa, que combinen una capa pasiva sobre una activa elaborada a partir del nanocomposite de CdSe/PMMA. Se estudiaron dos estructuras diferentes, una estructura plana depositando una capa de PMMA sobre la capa activa y otra fabricando guías bidimensionales de SU-8 (de esta forma se minimiza la emisión parásita de la resina). Se encontró que la PL proveniente de los QDs de CdSe en la capa activa se acopla a las capas pasivas de PMMA y SU8, obteniéndose una mayor señal a la salida, debido a que es posible minimizar las pérdidas de propagación de la PL y del bombeo óptico. En el caso de la estructura SU-8/CdSe-PMMA es interesante decir que la PL queda confinada en la guía bidimensional (y se minimiza la emisión parásita de la resina). Finalmente, se han fabricado guías de onda planas con nanocomposites que integran QRs de CdSe-CdS y PbS-CdS en matrices de PMMA. Este tipo de nanopartículas exhiben un solapamiento cuantitativamente inferior entre los espectros de emisión y absorción, dado que el borde de absorción asociado a la cubierta es mucho más importante que el asociado al núcleo (donde se produce la emisión de forma exclusiva). Por ello, se encontraron unos valores de ganancia mayores que usando QDs, junto a unos valores de pérdidas más reducidos. Todo ello hace pensar que con este tipo de QRs es posible obtener ganancia neta en las guías de onda. De hecho, en guías de onda de CdSe-CdS/PMMA con factores de llenado alto se llegaron a medir estrechamientos de los espectros de PL guiada al aumentar la potencia de bombeo, lo cual es indicativo de emisión estimulada. Por tanto, se propone continuar con este tipo de nanopartículas en investigaciones futuras encaminadas al desarrollo de capas para amplificación óptica y láseres (con bombeo óptico o incluso eléctrico).

Compact closed-form mathematical expressions for the propagation parameters (characteristic impedance, effective permittivity and attenuation) of coplanar waveguides (CPW) are presented. The formulas take into account asymmetric structures, thick electrodes and two-layered substrates, and thus are perfectly tailored for the optimization of electro-optical modulators. Excellent agreements, within a range of frequencies up to 100 GHz, are found with full-wave finite elements results from commercial software (HFSS) and with measures reported in the literature, for material and geometrical CPW parameters of practical relevance for the design of electro-optical modulators