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National audience; Nous présentons un réseau d'antennes à excitation photonique et à commutation de faisceau pour des liaisons sans fil en bande E. Le réseau d'antennes se compose de deux sous-réseaux de patchs empilés servant de source primaire à une lentille en polytétrafluoroéthylène (PTFE) ; une photodiode alimente chaque sous-réseau. La lentille illuminée par l'un des sous-réseaux présente une directivité de 27 dBi, tout en permettant une commutation de faisceau entre ±2,7° avec un croisement de faisceau de -3 dB.

Proceeding and poster presented at: European Conference on Integrated Optics (ECIO). Eindhoven (Netherlands). 3-5 April, 2017 In this paper we report a multimode interference reflector (MIR)-based linear cavity mode-locked laser (MLL) operating in the telecom C-band with a repetition rate of 30 GHz as shown in Fig. 1. A pair of intra-cavity electro-optic phase modulators (EOPM) enables spectral tuning of the optical and the photo-detected RF spectrum. As an asymmetric bias voltage increases up to 6 V, the RF frequency shift reaches 3 MHz. This photonic integrated circuit (PIC) was rapidly prototyped using generic photonic integration technology platform via industrial Multi-Project Wafer (MPW) run This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Marie Sklodowska-Curie grant agreement No 642355 FiWiN5G

We report a photonic chip comprising multiple colliding pulse mode-locked laser and delay line-assisted Mach-Zehnder interleaver to generate 350GHz wave signal. With this mode-locked laser fourth harmonics are obtained. The interleaver quadruples the repetition rate. An integrated phase modulator enables wavelength tuning up to 0.03nm. This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Marie Sklodowska-Curie grant agreement No 642355 and Spanish Ministerio de Economia y Competitividad DiDACTIC project (TEC2013-47753-C3-3-R). The authors would like to thank SMART Photonics for the chip fabrication.

of: European Semiconductor Laser Workshop. Madrid, Spain, September 24-25th 2015. We report the demonstration of an optical-frequency comb generator based on a monolithically integrated ring laser. We have designed a device fabricated in a Multi-Project Wafer (MPW) run in an active/passive integration process from a generic building blocks. Chip fabrication has been carried out on the JePPIX technology platform, within the InP technology MPW run. A passive modelocked ring laser architecture is chosen, due to its ease of integration with other components to achieve photonic integrated circuits (PICs). The -10 dB span of the optical comb obtained is 8.75 nm (1.09 THz) with lines spaced by 10.1 GHz. This work was supported by Spanish Ministerio de Economía y Competitividad DiDACTIC project (TEC2013-47753-C3-3-R) and Consejería de Educación, Juventud y Deporte of Comunidad de Madrid DIFRAGEOS project (P2013/ICE-3004) Publicado

The scope of this doctoral thesis is within the development of advanced wireless communication links operating in the millimetre-wave frequency range, contributing in the development of key requirements, on one hand enhancing the radiated power and enabling the steering of the radiated power. This thesis presents a photonic-based approach to support high data rates and meet the requirements that are expected for next generation systems, defined for beyond 5G (also known as 6G), highly mobile steerable devices. We present advances in the design and optimization of planar antennas on low-cost laminates integrating high-speed photodiodes in hybrid fashion. We present technique for opto-electronic integration with purpose of maximising the power transfer from photodiodes to the antenna. Both the utilise uni-travelling carrier photodiode (UTC-PD) and p-i-n photodiode (PIN-PD) are utilised for this purpose. With the successful demonstration of single-element UTC-PD and PIN-PD emitters, we conduct further research to realise integrated emitter arrays. In this respect, a photonic-integrated emitter with planar phased array antennas is developed using UTC-PDs, providing radiated mm-Wave power of up to -2 dBm. We experimentally demonstrate the photonics-enabled beamsteering over a frequency range of 60 GHz to 70 GHz, with a beam scanning range of 30°. Moreover, using the phased array module, the wireless data transmission is also achieved together while performing beamsteering. As a result, this is the first of its kind system demonstration employing integrated photonic emitter, forming the basis for large-scale integrated antenna arrays for 5G systems. Additionally, we also demonstrate photonics-based terahertz source working in the J-band (220 – 325 GH) frequency. Two modules are developed by integrating a high-speed InGaAs/InGaAsP PIN photodiode in a WR-03 rectangular waveguide WR-3 package for photonic to terahertz conversion. The first device performs direct photonic to THz conversion, providing an output power of -14.4 dBm (36.3 μW). The second device, is based on a hybrid photonic-electronic technique. By photonic-electronic co-integration, the PIN-PD is coupled to a frequency multiplier chip in a single package, providing the photonic generation and frequency multiplication in the same device. To the best of our knowledge, this is the first realisation of WR-03-integrated emitter based on a PIN photodiode. Finally, thesis presents the design of ultra-wideband detectors based on Schottky barrier diodes assembled in quasi-optic package. The primary goal is to propose a design for the receivers with large baseband bandwidth, capable of operating across frequency bands in mm-Wave and THz range. A record baseband of 25 GHz is achieved using custom-built detectors. For the proof of concept, experiments are conducted using the custom-built devices capable of transmitting more than 12.5 Gbps of data signals on carrier from mm-Wave to sub-THz. I am grateful for the funding by European Union’s Horizon 2020 Research and Innovation Programme under the Marie Sklodowska Curie project FiWiN5G, with grant number 642355. I also acknowledge the financial support from European Action COST EUIMWP CA16220. Programa de Doctorado en Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Automática por la Universidad Carlos III de Madrid Presidente: Andreas Stöhr.- Secretario: Horacio Lamela Rivera.- Vocal: Ho-Jin Song

En un mundo en el que las tecnologias avanzan a pasos agigantados, es necesario proponer y aplicar nuevas mejoras de forma continua aplicadas a cualquier campo. El mundo de la tecnologia laser, incluido dentro del campo anterior, tiene infinidad de aplicaciones en las que son necesarios nuevos laseres a diario para facilitar las medidas y mejorar los resultados de los ambitos en los que estos dispositivos se usen. En esta tesis se presenta un nuevo concepto de tecnologia para la fabricacion de laseres sintonizables. Existen laseres fabricados con gases, tintes o incluso con elementos de estado solido como el rubi, aunque es habitual que los laseres sintonizables, que son aquellos en los que se puede variar su longitud de onda de emision, que esten fabricados con diodos de semiconductor. Los semiconductores, combinados adecuadamente, generan unas bandas de emision que comprenden las longitudes de onda, o colores, entre el ultravioleta y el infrarrojo. Actualmente, hay distintas tecnologias con las que llevar a cabo la sintonizacion de la luz coherente emitida por un laser de semiconductor. Con objeto de crear un laser sintonizable, hacen falta distintos elementos: un material activo que proporcione ganancia en el rango de longitudes de onda necesarios; reflectores que creen una cavidad resonante en el que la emision laser estimulada se pueda producir, generando distintas longitudes de onda (o frecuencias) en todo el rango habilitado; y un filtro que seleccione el modo adecuado de emision, ya que estamos hablando de laseres con una unica frecuencia. Entre las distintas tecnologias habilitadoras para la fabricacion de laseres sintonizables, cabe destacar los mas utilizados laseres de realimentacion distribuida (DFBs segun sus siglas en ingles, Distributed FeedBack Lasers, o DBRs, tambien segun sus siglas en ingles, Distributed Bragg Reflector Lasers) y los laseres de cavidad externa. La diferencia principal entre estas dos tecnologias es que en los DFBs y DBRs, la seleccion de frecuencia se hace mediante una red de difraccion distribuida a lo largo del material semiconductor. Esta red de difraccion, conocida por red de Bragg ya que fue el quien primero la planteo, sirve como reflector y como filtro a la vez, ya que se encarga de reflejar unicamente la frecuencia de emision deseada. De esta forma, el laser se estabiliza a la longitud de onda fijada por la red de Bragg, que esta inscrita directamente en el chip de semiconductor. Esta solucion genera unos dispositivos compactos y estables, pero con inconvenientes muy ligados al propio concepto de filtrado que se plantea con ellos. Al ser las inscripciones hechas directamente en el material, se generan perdidas de potencia ligadas a las propias irregularidades encargadas de filtrar. Ademas, el rango de sintonizacion de estos dispositivos es muy limitado, ya que hacen uso de un efecto termico con el que expandir o contraer la propia red de difraccion inscrita en el chip. Los semiconductores, al no ser materiales con un alto coeficiente de expansion termica, se ven limitados a un rango muy estrecho de sintonizacion si se emplea esta tecnologia. En contraposicion a los dispositivos ya descritos, encontramos la tecnologia de los laseres sintonizables de cavidad externa. Esta se basa mayormente en dos configuraciones distintas: cavidades tipo Littrow y cavidades tipo Littman-Metcalf. La primera de ellas es relativamente mas sencilla. Un material activo es colocado entre dos reflectores. Uno de ellos es un reflector comun, como un espejo, mientras que el otro consiste en una red de difraccion externa que realimenta la longitud de onda deseada al material activo, estabilizando el laser. Para sintonizar este tipo de cavidades, es necesario girar en un angulo determinado la red de difraccion y, de esta manera, variar la frecuencia reflejada al material activo para su estabilizacion. El segundo tipo de cavidad, la cavidad tipo Littman-Metcalf, agrega un elemento mas a la configuracion: el material semiconductor activo se coloca entre un reflector comun y una red de difraccion, pero en este caso el angulo de la red de difraccion es distinto y apunta a un segundo reflector comun, que sera el encargado de girar para realizar la sintonizacion de la longitud de onda del laser. Los laseres presentados en esta tesis de doctorado se basan en esta segunda configuracion para su sintonizacion de frecuencia. Presentamos aqui la aplicacion de micro sistemas electro mecanicos en la fabricacion de laseres de semiconductor de cavidad externa, con una serie de ventajas muy evidentes en comparacion con los sistemas habituales. Tradicionalmente, los laseres sintonizables de cavidad externa se basan en componentes mecanicos. Esto se traduce en unos dispositivos voluminosos en el que su ambito de aplicacion se ve muy limitado dada su poca capacidad de movilidad. Con la introduccion de los MEMS en la configuracion de los laseres, podemos sustituir los componentes mecanicos voluminosos y asi reducir el tamano de los dispositivos y aumentar su portabilidad. Este punto habilita el incremento de aplicaciones en las que estos laseres pueden ser aplicados, ya que pudiendo ser portatiles se hace posible su uso directamente en campo o crear dispositivos ligeros para su inclusion en aparatos de mano, mucho mas convenientes para el dia a dia. Otro de los puntos a favor de estos laseres es la potencia de salida proporcionada. La red de difraccion externa, ya sea de transmision o de reflexion, se puede ajustar en su punto optimo de reflexion para maximizar el nivel de potencia optica a la salida del laser. Ademas, estas redes no estan inscritas sobre el material semiconductor y no producen perdidas adicionales como si ocurre en el caso de los laseres de realimentacion distribuida descritos anteriormente. Lo mismo sucede con el rango de sintonizacion de los dispositivos presentados. Este no esta limitado por ningun efecto como si que pasa en los DFBs y DBRs, y de esta manera la sintonizacion de la longitud de onda se extiende hasta el total del ancho de banda de ganancia proporcionado por el material semiconductor que empleemos en la cavidad. El ancho de linea de la emision laser de las configuraciones que presentamos son muy estrechos. Esto implica que los valores ofrecidos por cavidades Littrow y Littman-Mettcalf se hallan en las decenas de kilohercios, disminuyendo asi en uno o dos factores de magnitud la anchura de las lineas laser de otras configuraciones. Mediante esta alta selectividad en longitud de onda, sumado al alto nivel de potencia ofrecido por los dispositivos desarrollados en esta tesis, se incrementa la sensitividad y la resolucion de cualquiera de las aplicaciones en las que se usen estos laseres. Adicionalmente a las caracteristicas ya mencionadas, hay un factor que hace de este desarrollo un avance clave para la tecnologia: la velocidad de sintonizacion. Las cavidades externas tradicionales hacen uso, como ya se ha mencionado anteriormente, de piezas mecanicas para la sintonizacion del dispositivo. Para poder sintonizar el rango completo de longitudes de onda ofrecidos por la cavidad, hace falta un tiempo del orden de segundos en el mejor de los casos, que es cuando se emplea un motor para mover el brazo mecanico correspondiente. Con el dispositivo que presentamos, estos tiempos se reducen en varios ordenes de magnitud, situandose en las decenas de milisegundos. Este efecto se consigue mediante la aplicacion de un voltaje que, de manera instantanea, traslada este valor a un angulo de giro que se aplica a los MEMS para sintonizar la longitud de onda del laser. Este avance, aparte de aportar una capacidad de medida practicamente en tiempo real a distintas frecuencias, va ligado a la precision de los sistemas electromecanicos que se han introducido, mejorando asi en comparacion los resultados ofrecidos por las piezas puramente mecanicas. Se ha medido la estabilidad de estos laseres, con resultados por debajo de los picometros y muchas veces estas medidas han estado incluso limitadas por la resolucion disponible para su adquisicion aun a pesar de utilizar instrumentos con la ultima tecnologia, lo que indica el alto grado de precision y estabilidad de los dispositivos desarrollados. El desarrollo de la cavidad externa para los dispositivos presentados no ha sido un proceso trivial, sino que ha necesitado de varias iteraciones hasta llegar a un resultado estable. Estos ciclos se muestran en la tesis, de manera que se ve la evolucion de los dispositivos. Como ultimo punto a destacar, la tecnologia aqui presentada es aplicable a distintos materiales de ganancia, pudiendo cubrir el espectro optico que se necesite con solo ajustar los componentes necesarios. La posibilidad de extrapolar esta tecnologia a todo el espectro optico, cubriendo desde el ultravioleta al infrarrojo lejano. Las conclusiones de esta tesis se reflejan en todos los puntos a favor de los dispositivos presentados: alta potencia de salida, gran rango de sintonizacion, estabilidad y velocidad de conmutacion entre distintas longitudes de onda para mediciones en tiempo real.

Durante los últimos años, el rápido avance de las tecnologías ópticas para la obtención de imágenes biomédicas hace posible revelar importantes informaciones biológicas a partir de la interacción entre la luz y el tejido. El interés emergente en nuevas técnicas de obtención de imágenes biomédicas está motivado por la necesidad de detectar células malignas y otras enfermedades durante las etapas precoces de evolución. La limitada profundidad de penetración de la energía óptica en medios biológicos se debe principalmente al alto nivel de dispersión óptica. Además, la difusión de la luz en los tejidos biológicos limita la resolución espacial de las imágenes adquiridas. La técnica optoacústica sobresale estos problemas combinando el alto contraste de la imagen óptica con la alta resolución espacial de los sistemas de ultrasonido en los tejidos profundos. Asimismo, la baja dispersión de las ondas ultrasónicas producidas en los tejidos biológicos facilita la adquisición de imágenes de alta resolución. Dos importantes aspectos a considerar demás en las aplicaciones optoacústicas para una imagen funcional son el uso de agentes de contraste óptico para mejorar la absorción de energía óptica en aquellas áreas donde la dispersión es dominante y la cantidad de energía óptica suministrada por las fuentes láseres para penetrar en profundidad. La necesidad de fuentes láseres compactas y de bajo coste con las características requeridas por las aplicaciones optoacústicas ha impulsado los estudios presentados en esta tesis, proponiendo el uso de diodos láseres de alta potencia en lugar de los clásicos láseres de estado sólido. Generalmente, los láseres de estado sólido como el Nd:YAG y los osciladores ópticos paramétricos se utilizan para la generación de señales optoacústicas, pero su uso en el ambiente clínico está limitado por sus altos costes, bajas frecuencias de repetición y tamaños voluminosos. Por otro lado, los diodos láseres de alta potencia emergen como una potencial alternativa, debido a sus relativamente bajos costes, altas frecuencias de repetición requeridas para una rápida adquisición de imágenes y tamaños compactos. Sin embargo, la potencia de los diodos láseres de alta potencia es todavía relativamente baja en comparación con los láseres de estado sólido y por esta razón se necesita combinarlos para conseguir la cantidad de potencia óptica requerida para las aplicaciones optoacústicas. Un sistema optoacústico basado en diodos láseres de alta potencia ha sido implementado y mejorado a lo largo de los estudios presentados en esta tesis. Se han realizado experimentos optoacústicos a diferentes longitudes de onda utilizando varios tipos de absorbentes colocados en cubeta de cuarzo u hospedados dentro de un “phantom” que simula la dispersión óptica de un tejido blando. Soluciones de nanotubos de carbono, óxido de grafeno y nanoparticulas de oro se han utilizado como absorbentes a lo largo de los experimentos. Los primeros experimentos realizados en espacio libre para enfocar la luz en los absorbentes se han mejorado mediante el uso de fibras ópticas en una segunda etapa. Por último, se han propuesto barras de diodos láseres comercialmente disponibles para sustituir los diodos láseres de alta potencia con el objetivo de aumentar la potencia óptica para futuras implementaciones en los sistemas optoacústicos. Las simulaciones ópticas han demostrado la posibilidad de enfocar el haz emitido por barras de diodos láseres de diferentes longitudes de onda en fibras ópticas por medio de microlentes cilíndricas. En una segunda etapa, las barras de diodos láseres han sido ensambladas en un único sistema para simular un sistema de múltiples longitudes de onda. Los haces han sido combinados por medio de espejos dicroicos y enfocados en una fibra óptica multimodo. Este trabajo de investigación ha abierto nuevas líneas de investigación en el desarrollo de fuentes láser de alta potencia para la endoscopia optoacústica y la tomografía en aplicaciones biomédicas. Over last few years, the rapid growth of optical technologies for biomedical imaging makes possible to reveal important biological information of tissues from light-tissue interaction. The emerging interest on new biomedical imaging techniques is motivated by the necessity to detect malignant cells and other diseases at early growth stages. The limited penetration depth of optical energy in biological media is primarily due to the high level of optical scattering. In addition, the diffusion of light in biological tissues limits the spatial resolution of the images acquired. The optoacoustic technique overcomes these issues combining the high contrast of optical imaging with the high spatial resolution of ultrasound systems in deep tissues. As well, the low scattering of the ultrasound waves produced in the biological tissues facilitates the acquisition of high-resolution images. Two more important aspects to be considered in optoacoustic applications for a functional imaging are the use of optical contrast agents to increase the absorption of optical energy in those areas where the scattering is dominant, and the amount of optical energy delivered by laser sources to penetrate in depth. The necessity of compact and cost-effective laser sources with the characteristics required by optoacoustic applications has encouraged the studies presented in this thesis, proposing the use of high-power diode lasers instead of the classical solid state lasers. Generally, solid-state lasers like Nd:YAG and optical parametric oscillators are used for the generation of optoacoustic signals, but their use in clinical environment is limited by their high costs, low repetition rates and bulky sizes. On the other hand, high-power diode lasers emerge as a potential alternative, due to their relatively low costs, high repetition rates required for fast image acquisition and compact sizes. However, the power of high-power diode lasers is still relatively low compared to solid-state lasers and for this reason they need to be combined in arrays to reach the amount of the optical power required for optoacoustic applications. An optoacoustic setup based on small arrays of high-power diode lasers has been implemented and improved along the studies presented in this thesis. Optoacoustic experiments have been performed at different wavelengths using several kinds of absorbers hosted in a quartz cuvette or embedded within a phantom that simulates the optical scattering of a soft tissue. Solutions of carbon nanotubes, graphene oxide and gold nanorods have been used as absorbers in the experiments. The first experiments done in free space to focus the light in the absorbers have been improved by using optical fibers in a second stage. Lastly, some commercially available diode laser bars have been proposed to replace the high-power diode lasers with the aim to increase the optical power for future implementations in the optoacoustic systems. Optical simulations have demonstrated the possibility to focus the beam of diode laser bars operating at different wavelengths into optical fibers by means of cylindrical microlenses. In a second step, the diode laser bars have been assembled together to simulate a multi-wavelength system. The beams have been combined by dichroic mirrors and focused in a multi-mode optical fiber. This research work has opened up new lines of investigation in the development of high-power laser sources for optoacoustic endoscopy and tomography in biomedical applications. Programa Oficial de Doctorado en Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Automática Presidente: Alexander A. Oraevsky.- Secretario: José Antonio García Souto.- Vocal: Ana Pilar González Marcos

Mención Internacional en el título de doctor, La generación de frecuencias cada vez más elevadas, llegando al rango de ondas Milimétricas (mmW, de 30 a 300 GHz) y ondas de Terahertz (THz, 300-3000 GHz) es una forma de hacer frente a la creciente necesidad de ancho de banda en las comunicaciones inalámbricas que utilizan técnicas de modulación simples. Los resultados experimentales recientes han informado tasas de datos de hasta 48 Gbps en una frecuencia portadora de 300 GHz que demuestra que una solución rentable para hacer frente a los anchos de banda requeridos en las comunicaciones inalámbricas es aumentar la frecuencia de la onda portadora en la región de ondas milimétricas y más allá. Las dificultades para generar, amplificar y modular las señales en estas frecuencias se han superado mediante la combinación de lo mejor de dos mundos, electrónica y fotónica, resultando en un nuevo campo comúnmente referido hoy en día como fotónica de microondas. Un sistema de fotónica de microondas usualmente incluye un sintetizador de frecuencia óptica (OFS) y un convertidor opto-electrónico (OEC). El OFS es especialmente diseñado para entregar una señal óptica que cuando es convertida al dominio eléctrico por el OEC genera una señal eléctrica de alta frecuencia. Actualmente, la mayoría si no son todos los reportes de enlaces de comunicación inalámbrica que operan por encima de 100 GHz emplean generación fotónica de la frecuencia portadora. Generalmente, hay dos principales técnicas de generación de señal fotónica comúnmente usadas, fuentes pulsadas y fuentes heterodinas. Uno de los méritos de las fuentes pulsadas sobre las heterodinas es que para la misma potencia óptica se alcanza mayor potencia eléctrica emitida (aproximadamente 7 dBm por encima). Por lo tanto, las fuentes pulsadas son una opción atractiva para ser implementada como un generador de portadora con el nuevo enfoque de la integración fotónica. En el marco de este trabajo, hemos desarrollado un nuevo tipo de fuentes fotónicas basadas en la técnica de generación de señal pulsada, la cual puede ser fabricada mediante una fundición genérica en un circuito integrado fotónico. Nuestras soluciones son estructuras de láser mode-locked integradas en chip, diseñadas usando bloques de construcción genéricos de una plataforma de tecnología de integración fotónica en indio-fósforo. Nosotros hemos diseñado y caracterizado nuevas estructuras de láser mode-locked integradas en chip usando reflectores de interferencia multimodo, los cuales nos permiten ubicar los dispositivos en cualquier lugar dentro del chip, haciendo la señal óptica disponible para el resto de componentes en el chip, y permitiendo las subsecuentes operaciones de procesamiento de señal fotónica dentro del chip (modulación, filtrado óptico, multiplicación de la tasa de repetición, etc.). Nosotros hemos publicado un láser ―colliding pulse mode-locked‖ integrado en chip trabajando a una tasa de repetición de 70 GHz y un nuevo láser ―multiple colliding pulse mode-locked‖ integrado en chip operando a una tasa de repetición de 100 GHz. Como valor añadido, las características de rendimiento de las nuevas estructuras de láser mode-locked integradas en chip permiten ser utilizadas como una fuente pulsada en enlaces inalámbricos en banda-E y banda-F. La estructura de láser ―colliding pulse mode-locked‖ integrada en chip trabajando a una taza de repetición de 70 GHz se ha utilizado para demostrar el enlace inalámbrico en banda-E, mientras que la estructura de láser ―multiple colliding pulse mode-locked‖ integrada en chip funcionando a una frecuencia de 100 GHz fue usada para demostrar el enlace inalámbrico en banda-F., The generation of increasingly higher frequencies, reaching the Millimeter (MMW, 30 to 300 GHz) and Terahertz-wave (THz, 300 to 3000 GHz) range is one way to address the increasing need for bandwidth in wireless communications using simple modulation techniques. Recent experimental results have reported data rates up to 48 Gbps on a 300 GHz carrier frequency demonstrating that a cost effective solution to cope with the required bandwidths in wireless communications is to increase the carrier wave frequency into the millimeter wave region and beyond. The difficulties to generate, amplify and modulate signals at these frequencies have been overcome by combining the best of two worlds, electronics and photonics, arising a new field commonly referred nowadays as microwave photonics. A microwave photonic system usually involves an optical frequency synthesizer (OFS) and an opto-electronic converter (OEC). The OFS is specifically designed to deliver an optical signal that when is converted to the electrical domain by the OEC generates a high frequency electrical signal. Currently, most if not all of the reported wireless communication links operating above 100 GHz employ photonic generation of the carrier frequency. Generally, there are two main photonic signal generation techniques commonly used, pulsed sources and heterodyning sources. One of the merits of pulsed sources over heterodyning ones is that for the same optical power achieves a higher electrical emitted power (about 7 dBm above). Thus, pulsed sources are an attractive option to be implemented as a carrier generator with the novel approach of photonic integration. In the frame of this work, we have developed a new kind of photonic sources based on the pulsed signal generation technique, which can be fabricated within a generic foundry in a photonic integrated circuit. Our solutions are on-chip mode-locked laser structures, designed using generic building blocks from an indium-phosphide photonic integration technology platform. We have designed and characterized novel on-chip mode-locked laser structures using multimode interference reflectors, which enable us to locate the devices anywhere on the chip, making the optical signal available to the rest of the components on the chip, and allowing subsequent photonic signal processing operations within the chip (modulation, optical filtering, repetition rate multiplication and so on). We have reported an on-chip colliding pulse mode-locked laser working at 70 GHz repetition rate and a novel on-chip multiple colliding pulse mode-locked laser operating at 100 GHz repetition rate. As an added value, the performance characteristics of the novel on-chip mode-locked laser structures allow them to be used as a pulsed source in E-band and F-Band wireless link demonstrations. The on-chip colliding pulse mode-locked laser working at 70 GHz repetition rate has been used to demonstrate E-band wireless link while the on-chip multiple colliding pulse mode-locked laser operating at 100 GHz repetition rate was used to demonstrate the F-Band wireless link., Programa Oficial de Doctorado en Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Automática, Presidente: John Mcinerney.- Secretario: Horacio Lamela Rivera.- Vocal: Erwin Bente

Esta tesis presenta los avances realizados en el desarrollo de diferentes estructuras de generación de peines de frecuencias ópticas (OFCG) utilizando plataformas genéricas de integración fotónica. Presentamos el desarrollo, evaluación y caracterización de un circuito integrado fotónico que implementa un generador de peine de frecuencias ópticas basado en un lazo amplificado con modulación de fase. El diseño se basa en los bloques funcionales de una plataforma de integración fotónica genérica. El circuito incluye una fuente interna por medio de un láser DBR (Distributed Bragg Reflector) para estudiar un OFCG totalmente integrado. Describimos el desarrollo de un OFCG basado en un láser anillo mode locked pasivo monolíticamente integrado, fabricado en una plataforma tecnológica de integración fotónica genérica, en una ronda de fabricación (Multi-Project Wafer), compartiendo costos con otros usuarios, utilizando los bloques funcionales estándares ofrecidos. El dispositivo se basa en una estructura láser mode-locked pasivo que incluye un interferómetro Mach-Zehnder (MZI) que controla la planitud del espectro de salida del peine generado, obteniéndose un gran ancho de banda óptico de 1.08 THz. Presentamos el diseño y caracterización experimental de circuitos integrados fotónicos de baja frecuencia para la generación y distribución de patrones de frecuencia y señales de calibración en el rango de 2 GHz y 14 GHz, con baja tasa de repetición de 2.7 GHz. El chip ha sido fabricado sobre la plataforma de integración fotónica genérica. El dispositivo de baja frecuencia, opera bien en régimen mode-locked pasivo o bien en ML híbrido, generando peines eléctricos de estrecho ancho espectral del tono de batido de radiofrecuencia. También exponemos el estudio del ruido de fase en un OFCG. Realizamos las mediciones en el láser mode locked de baja frecuencia, para investigar la calidad y estabilidad de la señal, variando las condiciones de operación del dispositivo tales como: corriente del amplificador, potencia de salida y regímenes de trabajo. Finalmente presentamos las conclusiones obtenidas del trabajo de investigación y planteamos las líneas de trabajo de investigación futuras., This thesis presents the progress made in the development of different optical frequency combs generators (OFCG) using generic photonic integration platforms. We present the design, evaluation and characterization of a photonic integrated circuit that implements an OFCG based on an amplified loop with phase modulation. The design is based on the building blocks of a generic photonic integration platform. The circuit includes an on chip source by means of a Distributed Bragg Reflector (DBR) laser to study fully integrated OFCG. We describe the development of an OFCG based on a monolithically integrated passive mode locked ring laser fabricated in a generic photonic integration platform, in a Multi-Project Wafer (MPW) run, sharing costs with other users and using standardized building blocks. The photonic integrated circuit is based on a passive mode-locked ring laser architecture, which includes a Mach-Zehnder Interferometer (MZI) to flatten the spectral shape of the comb output. We obtain a high optical bandwidth of 1.08 THz. We present the design and experimental characterization of the long cavity photonic integrated circuits to generation and distribution frequency standards and calibration signals. The frequency range of our interest is from 2 GHz to 14 GHz, with low repetition rate (2.7 GHz). The chip was fabricated in a generic photonic integration platform. The long cavity device operates in both regime passive and hybrid modelocked, generating electrical combs with very narrow radio frequency linewidth of the beat note. Also we expose phase noise study in an OFCG. We do the measurements in the long cavity mode locked laser, in order to investigate the quality and stability signal, changing the device operation conditions like as: amplifier current, output power and work regimes. Finally, we present the conclusions of this thesis and propose the future working lines., Programa Oficial de Doctorado en Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Automática, Presidente: Ana Pilar González Marcos.- Secretario: Horario Lamela Rivera.- Vocal: Pedro Corredera Guillén

The data rate of wireless communications systems has been increasing because of the new applications that today’s society are applying. The prospective data rate for wireless communications in the marketplace will be 100 Gbps within 10 years. Therefore, to enable such data rates the use of millimetre and terahertz (THz) waves, whose frequencies range from 100 GHz to 1 THz, for broadband wireless communications is very suitable and efficient. At frequencies above 100 GHz, GaAs and InP based devices and integrated circuits (ICs) have been key players in THz communications research, because of high cut-off and maximum frequencies of transistors. In fact, the photonics-based transmitter has become more effective to achieve higher data rates of over 20 Gbps. This could be realized thanks to the availability of telecom-based high-frequency components such as lasers, modulators and photodiodes (O-E converters). The use of optical fiber cables enables us to distribute high-frequency RF signals over long distances, and makes the size of transmitter frontends compact and light. Regarding the photonics-based receiver, photodiode is the photonic component best suited to be a signal downconverter. It is used an enveloped detector, so an easy modulation format such as on-off keying shifting (OOK) can be used to recover the transmitted data. Most common optical continuous wave (CW) signal generator is based on an optical heterodyning, using a dual-wavelength optical source. In this technique, two optical wavelengths λ1 and λ2 are mixed on a photodiode or a photoconductor to generate an electrical beat note with its frequency being determined by the difference of the two optical wavelengths. There are different solutions to implement the dual wavelength source. The most straightforward source involves combining the light from two independent different single-frequency semiconductor lasers. The most straightforward approach to implement these signal generation schemes is to assemble the required discrete components. However, the optical fiber connections that are required introduce many problems, including path length variations due to thermal variations. A novel approach, that is becoming readily available nowadays, is to use photonic integration techniques. Photonic integration allows placing all of the required components onto a single chip. This has several advantages, starting from eliminating fiber coupling losses among the different components. Besides, a reduced size of the components gives a result a cost-effective solution., Programa Oficial de Doctorado en Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Automática, Presidente: Tadao Nagatsuma.- Secretario: Horacio Lamela Rivera.- Vocal: Íñigo Molina Fernández

El objetivo de este proyecto es diseñar y construir un micro-robot que cumpla con los requisitos para participar en la prueba del laberinto del concurso de micro-robots de la Universidad de Alcalá, Alcabot 2002. La prueba consiste en la navegación autónoma por un laberinto de 4x4 metros entre un punto de partida, situado en el interior del laberinto, y la salida. Ingeniería Técnica en Electrónica

El objetivo de este proyecto es caracterizar experimentalmente el uso de redes de Bragg en fibra (Fiber Bragg Grating, FBG), para evaluar su aplicación a la medida de deformación por variaciones ambientales de un bloque de hormigón. Para ello, hemos desarrollado un banco de pruebas de laboratorio, fabricado mediante una serie de piezas de aluminio, que permiten variar independientemente la temperatura y la elongación de la fibra. En este banco de pruebas, podemos analizar los posibles efectos que puedan aparecer e influir en las medidas para distintas condiciones de deformación, habrá que tener muy en cuenta. Para la toma de estas medidas hemos diseñado un sistema en el que vamos a inyectar potencia óptica mediante un láser sintonizable en torno a los 1500 nm a través de una FBG y vamos a captar la respuesta, ya sea con el analizador de espectros ópticos o con el medidor de potencia óptica, tanto en transmisión como en reflexión (más adelante explicaremos esto con más detalle). Una vez tengamos las medidas lo que haremos será caracterizar de algún modo la deformación que se ha producido en el material a través de algún tipo de expresión que nos relacione la deformación con el desplazamiento de la longitud de onda de Bragg. Una vez tengamos algo parecido a una expresión matemática podremos cuantificar la deformación producida simplemente mirando el desplazamiento de la longitud de onda de Bragg. Como más adelante explicaremos, no todo va a ser tan sencillo como lo estamos redactando ya que habrá variables que perturben las medidas y tendremos que pensar en algún modo de suprimir sus posibles contribuciones. Como por ejemplo la temperatura o el propio pegado de la fibra. The objective of this project is to experimentally characterize the use of fiber Bragg gratings (Fiber Bragg Grating, FBG), to evaluate its application to measure deformation by environmental variations of a concrete block. To do this, we have developed a laboratory test, manufactured by a series of aluminum parts, which allow independently vary the temperature and fiber elongation. In this test, we can analyze the possible effects that may appear and influence the measures for different deformation conditions; it should be taken into account. For taking these measures we have designed a system in which we will inject optical power using a tunable laser around 1500 nm through a FBG and we will grasp the answer, either with the optical spectrum analyzer or the optical power meter, both transmission and reflection (later explain this in more detail). Once we have measures what we will characterize somehow deformation has occurred in the material through some kind of expression relating us deformation with displacement of the Bragg wavelength. Once we have something like a mathematical expression we can quantify the deformation produced just watching the movement of the Bragg wavelength. As will be explained, not everything will be as simple as we are writing because there will be variables that disturb the measurements and we will have to think of some way to suppress their possible contributions. Like for example temperature or bonding of the fiber. Ingeniería Electrónica Industrial y Automática

Mención Internacional en el título de doctor, In the last years, mid-infrared photonics has received renewed interest for a variety of applications. This spectral region provides a series of challenges from the technological point of view as light sources working in this span present limited wavelength tunability without the use of complex systems. Consequently, miniaturization efforts allowing for the development of widely tunable mid-infrared sources are extensively discussed, as product development consists of separated mechanisms, such as light sources and passive components that are put together and therefore present individual limitations and bottlenecks that hinder the further development of these technologies. Quantum Cascade Laser diodes are, from the optics point of view, one of the most common ways to generate mid-infrared light. Their properties, such as high integrability, operation at room temperature and reduced cost make them good technologies to implement in new systems. However, the limited tunability characteristics of these devices require the introduction of additional multiplexing stages in order to generate a single output device from the combination of several light sources. The present thesis investigates the design and characterization of InP/InGaAs passive optical functions for the development of multiplexer structures for the 7 – 10 μm wavelength range. This work is described in a series of logical steps, starting with the description of basic passive optical functions and a waveguiding analysis that allows for the identification of the most important design parameters in straight and bent waveguides, such as waveguide width, etching depth and minimum bending radius. By simulating different combination of those parameters, we have studied the modal behavior and loss characteristics as a function of the injected wavelength. Based on those results, Y-junction based structures are designed and simulated as a first approach. However, they present large footprint areas, limiting their scalability and increasing propagation losses, as the size and number of ramifications increase as a function of the number of lasers to combine. A second approach, based on Echelle grating structures, is proposed as an alternative, presenting smaller footprints and better scalability. A dual Echelle grating multiplexer was designed in order to further improve the channel crosstalk and crossing levels, with the added objective of reducing the footprint in these multiplexer schemes by dividing the number of multiplexed inputs into multiple subdesigns which are later coupled into a single waveguide output. Results for the fabricated optical functions and basic Building Blocks are in agreement with the design and simulation results, confirming the feasibility of an InP/InGaAs epilayer structure to fabricate photonic building blocks to operate in the mid-infrared range. The characterization of the Echelle grating based multiplexers demonstrates the potential to monolithically integrate light generation and passive optical functions with an individual device. Despite having high insertion losses, a comprehensive review allows for better understanding of the device and suggests solutions for further improvements in the development of grating based mid-infrared multiplexers., En los últimos años, la fotónica en rangos de frecuencia del infrarrojo medio ha recibido renovado interés para una gran variedad de aplicaciones. Esta región del espectro electromagnético presenta una serie de retos desde el punto de vista tecnológico, ya que las fuentes de luz que trabajan en ella presentan una limitada capacidad de sintonización sin el uso de sistemas complejos. En consecuencia, los esfuerzos de miniaturización que permitan el desarrollo de fuentes de luz ampliamente sintonizables en el infrarrojo medio son extensamente discutidas, ya que el desarrollo de esos productos consiste en dispositivos independientes, tales como fuentes de luz y componentes pasivos, que son ensamblados y por tanto presentan limitaciones individuales y cuellos de botella que limitan un mayor desarrollo de esas tecnologías. Los láseres de cascada cuántica son, desde el punto de vista de la óptica, una de las formas más comunes de generar luz infrarroja. Sus propiedades tales como su alta integrabilidad, operación en temperatura ambiente y reducido costo, los convierten en grandes opciones tecnológicas para integrar nuevos sistemas. Sin embargo, la limitada capacidad de sintonización de los mismos requiere la introducción de fases adicionales de multiplexado para generar dispositivos de una sola salida capaces de combinar múltiples fuentes de luz. La presente tesis investiga el diseño y la caracterización de funciones ópticas pasivas basadas en plataformas de InP/InGaAs para el desarrollo de multiplexores ópticos para el rango de longitudes de onda de 7 – 10 μm. Este trabajo es descrito en una serie de pasos lógicos, iniciando con la descripción de funciones ópticas básicas y un análisis de guías de onda que permite identificar los parámetros de diseño más importantes en guías de onda rectas y curvas, tales como el ancho, profundidad de guía y radio mínimo de curvatura. Al simular distintas combinaciones de valores para esos parámetros hemos estudiado el comportamiento modal y las características de pérdidas en función de la longitud de onda. Basado en esos resultados, el primer enfoque ha sido el desarrollo y simulación de estructuras basadas en uniones en Y. Sin embargo, estas presentan una gran superficie, limitando su escalabilidad y aumentando las pérdidas de propagación asociadas, ya que el tamaño y el número de ramificaciones involucradas aumenta en función del número de láseres que se desean multiplexar. Un segundo enfoque propuesto, basado en estructuras de rejilla (del inglés grating) del tipo Echelle, presenta menor superficie y mejor escalabilidad. Del mismo modo, se ha diseñado un esquema dual de estos dispositivos con el objetivo de mejorar aún más características como la interferencia entre canales y reducir el área total del dispositivo al dividir el número de entradas a multiplexar entre los distintos “subdiseños” que son después acoplados en una sola guía de onda de salida. Los resultados de la fabricación de estas funciones ópticas y Building Blocks corresponden con los resultados de la fase de diseño y simulación, confirmando la viabilidad de una plataforma basada en InP/InGaAs para la fabricación de bloques de funciones fotónicas operando en longitudes de onda en el infrarrojo medio. La caracterización de estos multiplexores ópticos basados en Echelle gratings demuestra el potencial de integración monolítica de funciones ópticas pasivas y fuentes de luz láser en un mismo dispositivo., Programa Oficial de Doctorado en Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Automática, Presidente: Tadao Nagatsuma.- Secretario: Horacio Lamela Rivera.- Vocal: Sebastián Lourdudoss

This work presents a performance analysis of SURF features, an algorithm for feature detection and matching. The goal is to test the performance of SURF in the presence of noise: The analysis is performed both on synthetically generated observations as well on raw images. In first place we present SURF features. Introduction covers the concept of feature extraction, what it is and the interest of it, as well the feature points detection, description and matching. After the introduction we proceed with the main part: Experiments. In the first part we use test images and we add noise (additive noise). The additive noise we work with is Gaussian and Poisson noise. We do this process several times and in each iteration we compute the SURF features of the original image and the altered one. Afterwards the performance is analyzed, considering the repeatability and the ratio of incorrect matches. We also consider the changes of illumination, out of focus blur and motion blur. Finally conclusions are taken from the results. In the second part the experiments are done with raw files. A raw file is the data obtained from the sensor, without changes, so it needs a bit of processing for be able even to preview it. It is analyzed the performance of SURF when it is changed the exposure time. In this case noise will be as a result of the camera defects and noise related to the exposure time. After the experiments, the results are analyzed as in the first part (repeatability and ratio of incorrect matches). It results that SURF is robust to noise in a wide range, and out of this range the results are poor and inaccurate. It is sensible to blur and the performance is bad in dark environments (pictures). An appendix is written for explain the process of port the SURF libraries, which are originally written in C and ready for use with OpenCV in any platform that admits OpenCV (such as C, python or Java) and make them usable in Matlab. For this purpose Matlab has a tool that is called Mex file. This tool is explained and the process in general. ______________________________________ Este trabajo presenta un test de funcionamiento de la librería SURF features, un algoritmo para la detección y correcpondencia de parámetros significativos en una imagen. El objetivo es comprobar el comportamiento de SURF en presencia de ruido: El análisis es llevado a cabo con ruido sintético (generado) y también con imágenes raw (no procesadas). En primer lugar se presenta SURF features. La introducción abarca el concepto de extracción de parámetros, qué es y el interés de ello, y también la detección de puntos de interés, descripción de los mismos y la correlación entre ellos. Después de la introducción procedemos con la parte principal: Experimentos. En la primera parte usamos imágenes de prueba y añadimos ruido (ruido aditivo). El ruido aditivo con el que trabajamos es Gausiano y de Poisson. Llevamos a cabo este procedimiento varias veces y en cada iteración calculamos los parámetros SURF de la imagen original y de la imagen alterada. Después el comportamiento es analizado, considerando la repetibilidad y la relación de correspondencias incorrectas. Además consideramos los cambios de iluminación, desenfoque y movimiento. Finalmente las conclusiones extraídas de los experimentos son mostradas. En la segunda parte los experimentos son realizados con imágenes raw. Una imagen raw es una imagen obtenida directamente del sensor, sin cambios, por lo que necesita algo de procesamiento incluso para poder verla. Es analizado el comportamiento de SURF cuando es cambiado el tiempo de obturación. Después de los experimentos, los resultados son analizados igual que en la primera parte (repetibilidad y relación de correspondencias incorrectas). Resulta que SURF es robust al ruido en un amplio rango, y fuera de este rango los resultados son pobres e inexactos. Es sensible al desenfoque y el comportamiento es malo en entornos oscuros. Un apéndice es escrito para explicar el proceso de llevar la librería SURF, que originalmente han sido escritas en C y están listas para usar en OpenCV y cualquier plataforma que admita OpenCV (como C, python o Java) y hacer posible su uso en Matlab. Para este propósito Matlab dispone de una herramientda llamada Mex file. Esta herramienta es explicada y el proceso en general. Ingeniería Industrial

El presente proyecto ha consistido en el estudio en profundidad de una serie de láseres en anillo enganchados en fase, integrados en una placa de circuito. Los láseres en anillo de semiconductor son una fuente atractiva de pulsos ópticos para los sistemas fotónicos integrados que necesitan componentes compactos y económicos, necesarios para un desarrollo comercial exitoso. Además, estos diodos láser pueden ser integrados junto con otros componentes ópticos en el mismo circuito, lo que reduce su tamaño, las pérdidas y el precio. El hecho de que sean láseres enganchados en fase contribuye a generar pulsos cortos de luz a una determinada tasa de repetición, por lo que los láseres de anillo son una gran fuente de luz para muchas aplicaciones, especialmente en el área de las comunicaciones. Tres interfaces software han sido desarrollados para interactuar con los instrumentos presentes en el laboratorio para automatizar las medidas que se han tomado. El objetivo era medir parámetros típicos de los láseres en estudio: la curva de potencia óptica frente a la intensidad (curva PI), el espectro de radiofrecuencia junto con su ruido de fase y la autocorrelación de los pulsos de luz presentes en la guía onda de salida del láser. También se ha incluido la medida del espectro óptico para completar los resultados. Los resultados obtenidos de la curva PI han permitido determinar la corriente umbral de los diodos láser en anillo y los distintos regímenes de trabajo. Las medidas del espectro óptico y de radiofrecuencia han contribuido a establecer la hipótesis de funcionamiento en modos enganchados en fase, y este hecho ha sido corroborado por el estudio de autocorrelación de los pulsos emitidos. Por último, algunos resultados muy interesantes pueden ser extraídos de estas últimas medidas sobre una estructura de anillo láser simétrico con dos secciones SOA y un absorbente saturable. En primer lugar, se ha corroborado que el régimen de modos enganchados en fase se induce a través de una polarización inversa en el contacto del absorbente saturable, apareciendo pulsos de luz ultracortos bien definidos. En segundo lugar, se ha demostrado que la forma y el ancho de estos pulsos se puede controlar a través de la polarización asimétrica de sus dos secciones de ganancia. La tasa de repetición del láser simétrico es de 14,98 GHz y se han obtenido pulsos de entre 1 y 2 picosegundos de ancho temporal. Los mejores resultados incluso ofrecen un ancho de pulso temporal por debajo de 1 ps con un perfil lorentziano, que es un hecho muy interesante. ______________________________________________________________________________________________________________________________ The present project has consisted in the in-depth study of a series of mode-locked ring lasers integrated in a circuit board. Semiconductor ring lasers are an attractive source of optical pulses for photonic integrated systems which need compact and cheap components, required for a successful commercial development. Furthermore, these diode lasers can be integrated together with other optical components in the same circuit, thus reducing size, losses and price. Mode-locking contributes to generate short light pulses at a given repetition rate, making ring lasers a great source for many applications, especially in the communications area. Three software interfaces have been developed to interact with the instruments present in the laboratory to automate the measurements that have been taken. The objective was to measure typical parameters of the lasers under study: the curve of optical power versus intensity (PI curve), the radio frequency spectrum together with its phase noise and the autocorrelation of the emitted light pulses at the output waveguide of the lasers. It has also been included the measurement of the optical spectrum to complete the results. The obtained results of the PI curve have allowed determining the lasing threshold of the diode ring lasers and different working regimes. Optical and radio frequency spectrum measurements have contributed to establish the hypothesis of mode-locking functioning, and this fact has been corroborated by the autocorrelation study of the emitted pulses. Finally, some very interesting results can be extracted from these last measurements over a symmetric ring laser structure with two SOA sections and a saturable absorber. In first place, it has been corroborated that the mode-locking regime is induced through a reverse bias in the saturable absorber contact, appearing well-defined ultrashort light pulses. Secondly, it has been proved that the shape and width of these pulses can be controlled throughout the asymmetric biasing of its two gain sections. The measured repetition rate of the symmetric laser is of 14.98 GHz and pulses between 1 and 2 picoseconds have been obtained. The best results even offer a temporal pulse width under 1 ps with a Lorentzian profile shape, which is a very interesting issue. Ingeniería de Telecomunicación

El objetivo de este proyecto es el estudio energético y de viabilidad económica para la definición de una solución de alta eficiencia energética que satisfaga las necesidades energéticas de un barrio de Gorgonzola (Milán), utilizando energías renovables para conseguir un mayor ahorro energético. Para definir la mejor solución del sector C6 se han analizado diferentes soluciones (centralizada o distribuida), con diferentes sistemas de energías renovables, según la evaluación del tipo de usuarios y las necesidades del propio sector. Este proyecto incluye el estudio económico y de inversión de las soluciones energéticas elegidas, ya que la elección de la solución energética óptima no puede separarse de sus resultados económicos. El sector C6 es un barrio situado en las afueras de Gorgonzola, en el cuál se construirán edificios residenciales y de uso público donde la prestación de servicios energéticos (electricidad, calefacción y aire acondicionado) deberán ser realizadas a través del sistema más eficiente de generación de energía (cogeneración y bombas de calor), o mediante el uso de sistemas de energías renovables (fotovoltaica y biomasa). Para estudiar qué solución adoptar, se compararán las diferentes opciones con la solución base, en la que el usuario está conectado a la red eléctrica y el calor es suministrado por una caldera de gas de alta eficiencia. Entre las diferentes configuraciones del sistema se identifican estas tres soluciones del sistema: - Solución 1 → Sistema distribuido en el que todos los edificios están equipados con un sistema fotovoltaico que genera electricidad por un sistema de bomba de calor, con apoyo de energía solar térmica para la producción de agua caliente sanitaria (ACS). - Solución 2 → Sistema centralizado de cogeneración de energía de fluidos orgánicos a 400 kW alimentado por astillas de madera, que distribuye el calor a una red de calefacción urbana que llega a los usuarios del sector C6, el sistema general se basa, sin embargo, en la instalación distribuida a cada edificio e integrada a la red de calefacción por bombas de calor, alimentadas de energía fotovoltaica, con apoyo de energía solar térmica para la producción de agua caliente sanitaria (ACS). - Solución 3 → Sistema centralizado de cogeneración de energía de fluidos orgánicos a 1MW alimentado por astillas de madera, que distribuye calor a una red de calefacción urbana que llega a los usuarios del sector C6, el sistema general se basa, sin embargo, en la instalación distribuida a cada edificio e integrada a la red de calefacción por bombas de calor, alimentadas de energía fotovoltaica, con apoyo de energía solar térmica para la producción de agua caliente sanitaria (ACS). El análisis económico y de inversión de las 3 soluciones energéticas nos ha permitido identificar los resultados económicos de cada uno de ellos, lo que le permite elegir la solución óptima para el sector C6. Ingeniería Industrial

El trabajo realizado durante el presente proyecto fin de carrera ha consistido en la automatización de la adquisición de datos de los diferentes instrumentos utilizados en un laboratorio de investigación optoelectrónico. Se han desarrollado diversos interfases software, para obtener los parámetros característicos de un láser de semiconductor, como son la curva de potencia óptica frente a corriente (curva P-I), la caracterización del ruido de fase. Estos interfases han sido utilizados para la caracterización de los láseres en anillo diseñados en la Universidad Carlos III de Madrid y fabricados en la plataforma europea de InP JePPIX. Las medidas realizadas sobre estos dispositivos son la curva P-I, el espectro óptico y el espectro eléctrico. Los resultados obtenidos, durante la medida de la curva P-I, han permitido verificar que los dispositivos operan como láser, obteniendo sus corrientes umbrales. Adicionalmente, la medida característica en diferentes tipos de estructuras (asimétricas y simétricas), ha permitido identificar que en los anillos asimétricos con múltiples absorbentes saturables se puede influir en la competición de modos que se contrapropagan en un anillo. Y mediante la polarización de cada uno de los absorbentes saturables independientemente, se ha demostrado que se puede compensar o aumentar el efecto que producen las asimetrías de la cavidad. Por otra parte, las medidas realizadas sobre el anillo simétrico han permitido observar como al aumentar la tensión inversa del absorbente saturable ambas direcciones pasan a presentar potencias semejantes, sugiriendo que el dispositivo entra en un modo de operación de colisión de pulsos entre los modos que se contrapropagan. Por el contrario, si en el anillo asimétrico se polarizaban los dos absorbentes saturables siempre se ha obtenido un modo dominante según la corriente aplicada. Con la medida del espectro óptico se ha ampliado la información de los dispositivos, obteniéndose información del número de modos de emisión y de la separación entre modos. Este último dato está relacionado con la longitud del resonador óptico. En los láseres en anillo, la tasa de repetición es inversa a la longitud del resonador L, según c/nL. Según las medidas realizadas en el anillo asimétrico se obtiene una tasa de 12.73 GHz y en el láser en anillo simétrico 15.52GHz. Finalmente, las medidas realizadas del espectro eléctrico han requerido amplificar la señal óptica. Los amplificadores ópticos disponibles eran dos EDFAs y un SOA disponible en el laboratorio. Sin embargo, el SOA era un dispositivo optimizado para generar efectos no lineales, y por tanto los resultados obtenidos para esta medida no son los esperados. En un futuro estudio será necesaria la adquisición de un SOA lineal para realizar un correcto análisis del ruido de fase. ____________________________________________________________________________________________________________ This end of degree project has been the automation the data acquisition from different instruments, which are used in optoelectronic research laboratory. Two interfaces are developed in this project. These interfaces are a useful tool to obtain the characteristic parameters of a semiconductor laser. The first of these interfaces allows measurement of optical power curve versus current (P-I curve) and the second interface is used for the characterization of phase noise. These interfaces have been used for the characterization of ring lasers. These ring lasers were designed at the University Carlos III of Madrid and manufactured in the European platform InP JePPIX. The measurements made in these lasers are the P-I curve, the optical spectrum and the electrical spectrum. The results obtained with the P-I curve, allowed to verify that the devices operate as lasers. In addition, the P-I curve was performed in different types of structures (asymmetric and symmetric). These measures has identified that the competition between modes which propagate in opposite directions can be modified in asymmetric rings with multiple saturable absorber. In the asymmetric ring laser always appears a dominant mode when both saturable absorbers are biased. Moreover, the polarization of each saturable absorber independently has proved that the effect of the asymmetries of the cavity can be reduced or increased. On the other hand, if the inverse tension of symmetric ring laser was increased, the modes of opposite directions acquired the same power. This suggests that the device enters a mode of operation of pulse collision between modes which propagate in opposite directions. The measurement of the optical spectrum provides more information about the device, as he number of emission modes and the separation between modes. This last fact is related to the length of the optical resonator. In a ring laser, the repetition rate is the inverse of a laser resonator length L, as c/nL. In the results, the rate for the asymmetric ring laser was 12.73 GHz and the rate in the symmetric ring laser was 15.52 GHz. Finally, the electric spectrum measurements are requires amplifying the optical signal. The optical amplifiers available in the laboratory were two EDFAs and a SOA. For measuring the electric spectrum was used a SOA which was available in the laboratory. However, the SOA was a device optimized to generate nonlinear effects. Because of this, the results for this measure weren´t expected. In the future study, a linear SOA will be requires to perform an accurate analysis of the phase noise. Ingeniería de Telecomunicación

Video-surveillance is getting more and more importance nowadays. The main target is improving the level of understanding of the scene analyzed. However, when the level of scene detail is pushed into the background and the main objective of the system is activity detection, the low-level technique presented here could be, theoretically, more effective. When using long-exposure images of the same scene, objects in motion appears blurred and semi-transparent, and these features increase with the time of exposure, until being totally invisible when using large times. As the main context where it is applied is Wireless Sensor Networks or similar, which require the minimal computing and communication features, using long-exposure images produces an important decrease in the number of frames to send to the surveillance-station, and linked to the technique’s low-computational effort required, both facts enlarge the lifetime of the sensor batteries. The basic method implemented in order to detect activity is differencing two consecutive images. The difference image represents the state of motion which has taken place during the lapse-time of both photographies, i.e., (theoretically), a black image if no activity is detected and, on the contrary, if an object has entered in the scene or a motion is produced on the scene the difference image pixels containing information about the motion will be represented in a colour, different from black. This is much easier of understanding if the difference image is later transformed into a “black and white image”. Then, if no motion has been produced, a (theoretically) the difference image should be totally black, but if instead, a motion is produced the pixels affected by motion will be represented in white. Consequently, the device operates in two mainly modes 1)Idle Mode: It is expected that the great part of the time the device works in this mode, in which, it is waiting for any new activity on the scene. 2)Alert Mode: Once a presence is detected, the network is switched into this mode,and it should send an alert, and a new detection state, with more complex and specific detection and analyzing resources should be executed. Ingeniería Industrial

Las operadoras han encontrado nichos de negocio en la integración de múltiples servicios avanzados, como pueden ser Voz sobre IP, Vídeos bajo demanda, datos de alta capacidad, distribución de televisión de alta definición, etc. Esto supone una adaptación constante de sus redes de comunicación de banda ancha para soportar mayores anchos de banda, con mayor alcance, con menores pérdidas, en definitiva con mayores prestaciones; y promueve el desarrollo por parte de los fabricantes de audio y vídeo, de nuevas técnicas de procesado digital de señal que aseguren los requerimientos exigidos para la coexistencia de más servicios de los que podemos imaginar. Este proyecto pretende proporcionar a su lector una descripción de la panorámica actual de las herramientas de codificación de audio y vídeo, de las redes de transporte de banda ancha existentes, y su tendencia para soportar las cada vez mayores exigencias del mercado en servicios avanzados. Ingeniería Técnica en Sistemas de Telecomunicación

El presente proyecto denominado: “Instalación fotovoltáica en la universidad de Pavía”, se trata de un estudio económico e ingenieril para conocer la viabilidad de la instalación, ubicada en el departamento de Ingeniería en la universidad de Pavía (Italia). Con el objetivo de reducir el consumo de combustible para la calefacción y la producción de electricidad y energía a partir de recursos renovables. El documento se divide en 5 capítulos donde se recogen los siguientes aspectos: - Caso de estudio. - PVSYST 4.36: Software fotovoltáico. - Estudio económico. - Estudio ambiental. - Apéndice Ingeniería Industrial

Este proyecto se centra en la medición de distancias a través de ondas de ultrasonidos, usando el principio de funcionamiento del SONAR. Las características de este sistema son: · Mediciones en rangos medios (Orden de centímetros). · Velocidad de refresco de medida medio (Orden de milisegundos). · Precisión de medida media (Orden de centímetros). Si bien, este es un instrumento común de corte clásico; con este proyecto se pretenden utilizar nuevos recursos y enfoques de estos sistemas para adaptarlos a usos y aplicaciones más modernas y de actualidad. El objetivo del proyecto es el diseño y desarrollo de un medidor de distancias a través de ondas de ultrasonidos. Este desarrollo debe realizarse mediante dos dispositivos emisor y receptor de ultrasonidos. También se contará con un circuito digital sintetizado en una FPGA (Field Programable Gate Array) a partir del lenguaje de descripción VHDL (VHSIC Hardware Description Languaje). Este sistema constará, por lo tanto, de dos bloques claramente diferenciados que son: a) Emisor y receptor de ultrasonidos b) Circuito y placa de la FPGA. El primer bloque, bloque a, será el que interactúa con el entorno. Este se encargará de emitir la onda de ultrasonidos y a su vez, de recibirla al producirse el eco. Así mismo se deben acondicionar todas las señales eléctricas para que puedan ser conectadas al bloque b. El segundo bloque, bloque b, es el que realiza el control del sistema. Gestionará las señales eléctricas que controlan al emisor y las que se producen en el receptor de ultrasonidos. De tal modo, dicho bloque debe ser capaz de dar la orden de emitir una serie de ondas de ultrasonidos y contar el tiempo que transcurre hasta que dichas ondas son recibidas por el receptor de ultrasonidos. Posteriormente se tratará este tiempo para obtener el resultado deseado, es decir, la distancia al objeto al que se dirigen los ultrasonidos. Y por último, actuará como interprete entre el usuario y el medidor; de este modo adaptará el resultado final de la forma más adecuada para que pueda ser interpretada fácilmente por el usuario y actuará acorde con las órdenes recibidas de dicho usuario. Ingeniería Técnica en Electrónica