Observación directa de la propagación de un haz aberrado mediante microscopía de radiación de fuga

El estudio de haces de luz coherentes es de gran importancia en areas de la fotónica tales como el estudio de la evolución de haces estructurados, adifraccionales y aberrados. Las propiedades de estos haces se observan experimentalmente, con relativa facilidad, en planos transversales a la propagación. Sin embargo, el plano longitudinal (que incluye al eje de propagación) es típicamente visto en forma de simulaciones y prácticamente nunca se observa de forma experimental a pesar de su importancia. Algunos de los haces antes mencionados, debido a su gram importancia, se han estudiado en sus contrapartes plasmónicas y las imágenes de la evolución espacial se han obtenido experimentalmente para haces Airy, Bessel, y Gaussiano fundamental, entre otros. En el caso 3D, mapear este plano es fundamentalmente complicado pues el plano involucrado debe ser muestreado para diferentes valores de la coordenada de propagación. Un estudio reciente acerca de la medición de aberraciones ha servido de puente para el presente, donde utilizando un sistema de microscopía de radiación de fuga, hemos logrado observar la evolución de un haz 3D aberrado al acoplarse a un plasmón polaritón de superficie (PPS) que hereda las características de fase de aquél que lo excita. El sistema con el que trabajamos es libre de aberración, sin embargo, manipulando la distancia y el ángulo de incidencia del haz sobre la muestra, logramos controlar de manera precisa el grado de aberración (i.e. coeficientes de Seidel) con el que el haz incide. En el plano de propagación del PPS observamos las características esperadas para la propagación de un haz aberrado, siendo esta la primera vez que este fenómeno se captura en una cámara CCD de forma directa.

Generación de interferogramas de franjas abiertas en un interferómetro de trayectoria común utilizando un filtro autoinducido tipo Zernike en un material no lineal

La técnica de contraste de fase ha demostrado ser una herramienta muy efectiva para el análisis cualitativo y cuantitativo de las perturbaciones en la fase de un campo óptico. Filtrando adecuadamente el espectro de Fourier del campo bajo estudio, es posible generar una onda sintética de referencia que interfiera con el campo original. En este trabajo presentamos una modificación novedosa a la técnica generando un ángulo entre las direcciones de propagación de la onda sintética de referencia y la que porta la información del objeto de fase. La técnica requiere una distribución del objeto de fase con un factor de llenado menor a 1. El filtro tipo Zernike se autoinduce empleando un material cuyo índice de refracción depende de la intensidad del campo incidente, sin embargo, la técnica también puede implementarse con filtros prefabricados. Se muestran resultados de la distribución de fase recuperada empleando la técnica de Takeda para interferogramas de franjas abiertas.

Medición de la Relación Señal a Ruido de una señal débil inmersa en un fondo altamente ruidoso usando un Interferómetro de Desplazamiento Rotacional

La Relación Señal a Ruido compara la potencia de una señal con información de interés contra una señal indeseada considerada como ruido. En un experimento de laboratorio. Medimos la Relación Señal a Ruido de dos patrones de intensidad en un Interferómetro de Desplazamiento Rotacional basado en una configuración Mach-Zehnder con un prisma Dove en uno de los brazos del interferómetro. Una señal representa la débil radiación de un planeta, y la otra representa la alta radiación emitida por una estrella, pero los patrones de intensidad debida al planeta prevalecen. La rotación del prima Dove mejora la Relación Señal a Ruido de las señales. Esta mejora ayuda a la detección de planetas cercanos a una estrella mediante métodos interferométricos.

Prototipos de placas de fase fabricadas mediante impresión 3D para generar aberraciones de segundo orden: Lentes de Álvarez

Las lentes de Álvarez-Humphrey están compuestas por dos placas de fase, cada una de las cuales tiene una superficie plana y una superficie de forma libre o "freeform", descrita por un polinomio de tercer grado. Las dos superficies "freeform" son complementarias y al combinarse y ser desplazadas lateralmente una respecto a la otra, introducen cierta cantidad controlada de aberraciones de segundo orden tales como defoco y astigmatismo, característica interesante para algunas aplicaciones ópticas, siendo una de ellas la calibración de aberrómetros oculares. Es por lo anterior que, en este trabajo se fabricaron tres prototipos de lentes de Álvarez en una impresora Formlabs Form 3 SLA 3D en resina transparente. Donde la forma de la superficie “freeform” se representa por la suma de dos polinomios de Zernike que representan la combinación de las aberraciones de coma y trefoil $z(x,y)=a_3^{-1} Z_3^{-1} (x,y)+a_3^{-3} Z_3^{-3} (x,y)$, mostrando que en el caso especial donde $a_3^{-1}=a_3^{-3}$ la ecuación de la superficie se reduce a un polinomio de tercer orden. Se presenta una expresión para encontrar la cantidad de aberración de coma y trefoil, es decir, el valor del coeficiente $a=a_3^{-1}=a_3^{-3}$ a partir de la cantidad de cambio en la potencia óptica respecto al desplazamiento lateral. Se muestra que el coeficiente recuperado coincide con el coeficiente de diseño, validando así la ecuación y el proceso de fabricación.

Una prueba nula para evaluar lentes plano convexas por refracción

Con el objetivo de disminuir el tamaño, peso y las aberraciones de los sistemas ópticos, cada vez es más frecuente encontrar en ellos superficies no esféricas y no convencionales; por lo tanto, es necesario diseñar métodos de medición para evaluar posibles desviaciones de las superficies ópticas construidas con respecto a las superficies de diseño. En este trabajo proponemos un método simple para medir por refracción la superficie no esférica de una lente plano convexa. El método consiste en diseñar un conjunto de objetos geométricos utilizando un trazo exacto de rayos. Los objetos se despliegan en una pantalla LCD y se observan a través de la lente plano convexa utilizando una cámara CCD. Utilizamos la imagen que se forma en el sensor de la cámara para calcular las normales a la superficie bajo estudio y utilizando un algoritmo iterativo podemos reconstruir la superficie convexa. Los autores agradecen el apoyo económico recibido por el CONACyT, a través del proyecto A1-S-44220 y por la Dirección General de Asuntos del Personal Académico de la UNAM, a través del proyecto TA100521.

Generalización del trazo de rayos en médios simétricos de indice de refracción gradiente

El trazo de rayos en medios de índice de gradiente (medios GRIN, por sus siglas en inglés) se ha realizado, tradicionalmente, mediante las soluciones analíticas o numéricas de la ecuación de rayos, o mediante el cálculo de la ley de Snell en cada capa de índice de refracción diferente. En este trabajo se presenta cómo las invariantes del rayo obtenidas del principio de Fermat permiten establecer un método (y un algoritmo) simple que no requiere ninguna aproximación analítica ni numérica para el trazo de rayos, sólo requiere la distribución GRIN y sus invariantes, es decir, en este trabajo se presenta una generalización del trazo de rayos en medios inhomogeneos, dado que se puede aplicar en cualquier medio simétrico. Una ventaja de este método es que no se requiere encontrar una solución explícita a la ecuación de rayos. Este método se implementó en diferentes medios GRIN considerando simetrías diferentes, tales como: rectangular, cilíndrica y esférica.

Medición bidimensional de temperatura en compuestos poliméricos dopados con tierras raras por medio de técnicas de microscopia fluorescente

El dopaje de materiales con elementos de tierras raras como el Erbio (Er3+) y el Yterbio (Yb3+), mejora las propiedades de luminiscencia de los materiales, como consecuencia de la fluorescencia inducida por un proceso de conversión ascendente. Para el caso de materiales co-dopados con Er3+ /Yb3+ la eficiencia en la excitación de la fluorescencia se incrementa considerablemente y, además, el espectro de emisión fluorescente posee bandas de energía térmicamente acopladas, por lo que dichos materiales se pueden utilizar como sensores de temperatura utilizando la razón de intensidades de fluorescencia (FIR, por sus siglas en inglés) de dichas bandas acopladas. La FIR ha sido utilizada exitosamente para medir la temperatura en células de una manera remota o bien para la fabricación de sensores de temperatura. No obstante, la obtención de la FIR radica en una medición puntual del espectro de fluorescencia mediante el uso de espectrómetros, con los cuales se obtiene la intensidad de cada una de las bandas acopladas. Esto inevitablemente imposibilita una medición bidimensional de la temperatura, a menos que se escanee la muestra. En este trabajo se muestran dos metodologías experimentales para medir la distribución bidimensional de la temperatura en medios sensores compuestos por polidimetilsiloxano dopado con Er3+ e Yb3+ (PDMS-Yb3+/Er3)). Se demuestra que esto es posible mediante la adquisición de imágenes de la fluorescencia de conversión ascendente (FCA) para medir directamente, o mediante un cálculo aritmético, la razón de intensidades (FIR); esto es, empleando únicamente una cámara (monocromática o a color) sin la necesidad de utilizar un espectrómetro.

Metalente para iluminación homogenea

Las metalentes permiten controlar con facilidad la luz, lo cual es muy útil en óptica de iluminación. En este trabajo desarrollamos un método para diseñar metalentes que colecten la luz de un LED e iluminen de manera uniforme. El método está basado en un algoritmo que mapea la luz de una fuente puntual hasta la superficie iluminada. Usando la ecuación de refracción de metasuperficies y el algoritmo de mapeo, se obtiene un conjunto de ecuaciones diferenciales de primer orden cuya solución da el perfil de fase de la metalente que ilumina de manera homogénea.

Transparencias plasmónicas inducidas en un sistema metafotónico integrado

Los sistemas metafotónicos integrados combinan metamateriales plasmónicos con guías de onda dieléctricas para el control de luz con el fin de reducir las pérdidas ópticas inherentes en los metales a escalas nanométricas. El diseño y estudio de estos sistemas híbridos fotónico-plasmónicos es de gran interés debido a sus potenciales aplicaciones en dispositivos tipo ‘’lab-on-a-chip’’. En años recientes, diferentes estudios han demostrado la manipulación de luz mediante la excitación evanescente de plasmones de superficie localizados (PSL) en nanopartículas (NPs) metálicas integradas a guías de onda fotónicas. Para las plataformas de guiado se han empleado diversos materiales, entre los que destaca el Nitruro de Silicio (Si3N4), material que permite guiar luz en un amplio ancho de banda espectral que va de los 400 nm a los 2350 nm, además de ser compatible con metales nobles. En este trabajo se demuestra numéricamente la generación de ventanas de transparencia en el espectro de transmisión de un sistema metafotónico integrado que consiste en dos NPs metálicas completamente embebidas en el núcleo de una guía de onda multimodo de Si3N4. El eje mayor de las NPs se alinea con las líneas de campo eléctrico de los modos TE0 y TE1 de la guía de onda para excitar resonancias dipolares y cuadrupolares en las NPs. Además, en función de la separación de las NPs, es posible inducir ventanas de transparencia en el espectro de transmisión de los modos guiados. Para el modo TE0, la ventana de transparencia se debe al análogo plasmónico del fenómeno conocido como transparencias inducidas electromagnéticamente. Para el modo TE1, la ventana de transparencia es debida al acoplamiento fuerte entre las NPs, fenómeno conocido como efecto Autler-Townes. Este análisis contribuye al entendimiento de las ventanas de transparencia plasmónicas, abriendo nuevas perspectivas en el diseño de dispositivos integrados para aplicaciones en comunicaciones, detección y filtrado de señales ópticas.

Monocapas de nano-partículas núcleo-capa depositadas en un sustrato de forma desordenada

Proponemos el uso de una técnica óptica basada en una configuración de reflexión interna junto con el uso de nanopartículas (NP) núcleo-capa (NC) con potenciales aplicaciones a sensores ópticos. Se mostrará un modelo teórico combinando expresiones analíticas obtenidas de la solución de Mie junto con un modelo analítico de reflexión coherente de luz basado en la teoría de esparcimiento múltiple. Los materiales de las NPs que se presentarán son de paladio-platino, en la configuración núcleo-capa. Se mostrarán teóricamente los cambios en la reflectancia óptica como función del ángulo de incidencia y longitud de onda al modificar los parámetros como son el tamaño de la NP núcleo-capa, tanto el radio del núcleo y radio de la capa; incluyendo la fracción de cubierta de la monocapa. Además, se hablará de la influencia de la polarización en la reflectancia y las diferencias que existen en la reflexión. Se mostrarán los primeros resultados de la síntesis de las NPs-NC, obtenidas a partir de precursores organometálicos Pt2(dba)3 y Pd(dba)2; (dba=dibencilideneacetona) en medio orgánico (tetrahidrofurano), así como las primeras mediciones preeliminares de las monocapas que permitirán validar el modelo de reflectancia óptica.

Nuevos métodos de iluminación en terapia fototérmica plasmónica

La terapia fototérmica plasmónica (PPTT por sus siglas en inglés) consiste en la elevación de la temperatura en una región localizada del tejido biológico, provocando una afectación metabólica en la zona tratada que puede contribuir a un resultado clínico satisfactorio. Para lograr el incremento de temperatura la PPTT propone el uso de nanopartículas que al ser iluminadas absorben fuertemente la luz incidente, provocando el calentamiento del medio circundante, el fenómeno detrás de esta alta absorción es conocido como resonancia de plasmón de superficie. Si bien la selección de las nanopartículas adecuadas es un factor muy importante en una PPTT exitosa, el método de iluminación juega un papel igualmente relevante. Diversas técnicas se han propuesto para la iluminación de los tejidos biológicos en PPTT, algunas fuertemente invasivas, en este trabajo abordamos los resultados de dos propuestas de irradiación que hemos experimentado recientemente en maniquíes ópticos: la PPTT mediante el uso de haces estereotácticos, con potencial en el tratamiento de tumores intersticiales; y por otro lado la PPTT mediada con luz solar directa y difusa, con potencial en el tratamiento de lesiones superficiales.

Modeling a Complex Hamiltonian with an Hermitian one

One of the most active research areas is that of PT symmetry complex Hamiltonians. However, those complex Hamiltonians are an approximation and their interplay with nonlinearities has not been explored. Beer´s law, an exponential decay, is an excellent description of the propagation for a weak pulse in an absorbing medium (1-2). The medium can be described by a collection of ground state Two Level Atom (TLA) interacting with the pulse trough a dipole coupling. A thorough analysis, by McCall Hann[3], described that Beer´s law is just a fraction of a more complex behavior as described by the Area Theorem, with stable point described by n2Π (area) Solitons. Assuming and inverted medium (TLA in the excited state), we can describe the early exponential growth of an amplifier, but with (2n+1)Π. Lets notice that we usually read the area theorem for an amplifier as a negative time, there in the (2n+1)Π. Our introduction (4) of the Cross Cavity Jaynes Cummings (XJCM) model and its semi classical Cross Cavity Bloch Model counterpart, either one a first for all the JCM variations, allowed us to explore the creation of simultaneous 2 Π soliton in a 2 absorb an TLA compositor medium. We explore in this work the balanced Under, critically and over damped/gain of 2TLA medium at the beam’s intersection. References [1] C.M. Bender and S. Boettcher, "Real spectra in non-Hermitian Hamiltonians having PT symmetry," Phys. Rev. Lett.80, 5243 (1998). [2] C.M. Bender, S. Boettcher, and P. N. Meisinger, "PT-symmetric quantum mechanics," J. Math. Phys.40,2201(1999). [3] S. L. McCall and E. L. Hahn, “Self-Induced Transparency,” Phys. Rev., vol. 183, no. 2, pp. 457–485, Jul. 1969 [4] J. C. García-Melgarejo, N. Lozano-Crisóstomo, P. Rodríguez-Montero, and J. J. Sá

Solitones, pulsos similares al ruido de longitud de onda dual síncrona y simple y regímenes híbridos de un láser de fibra dopado con tulio

En un láser de fibra dopado con tulio con amarre de modos pasivo dentro del régimen de dispersión anómalo, se demuestran experimentalmente solitones convencionales, híbridos (pulsos similares al ruido y solitones), así como regímenes de pulsos similares al ruido conmutables de una sola longitud de onda y sincrónicos de doble longitud de onda. Al ajustar adecuadamente las PC, podemos cambiar entre solitones convencionales a regímenes de pulso similares a ruido híbridos y de longitud de onda simple o dual. Con suficiente potencia de bombeo y mediante ajustes manuales de polarización, se puede observar el amarre de modos de arranque automático a 1996 nm. Con una potencia de bombeo de 2,5 W, se obtiene un amarre de modos estable con una potencia de salida de 86 mW. Al generar el estado de solitón convencional, se observan bandas laterales de Kelly debidas a la interferencia espectral de ondas dispersivas. Manteniendo la potencia de la bomba en 2,5 W pero con una modificación del ajuste de polarización, podemos cambiar a cinco regímenes diferentes que involucran pulsos similares al ruido con envolvente cuadrada.

Implementación de una micro-válvula tipo Y usando una microburbuja generada y manipulada fototérmicamente

En este trabajo se presentan los resultados experimentales de la implementación de una micro-válvula tipo Y, usando como obturador una microburbuja de vapor de etanol. La microburbuja es generada y controlada fototérmicamente usando luz láser λ=1550 nm a través de una fibra óptica monomodo 9/125 μm. Previamente usando la técnica de fotodeposición se inmovilizaron nanopartículas de plata en la punta de esta fibra óptica. Las nanopartículas absorben la energía de los fotones que viajan a través de la fibra óptica, originando un incremento de temperatura alrededor de la punta. Cuando se alcanza el punto de ebullición en el etanol se inicia el nacimiento de una microburbuja. El láser es apagado cuando el diámetro de la microburbuja alcanza un tamaño aproximado de 500 μm dentro de una cavidad rectangular donde será manipulada. El bloqueo de las salidas 1 y 2 de la micro-válvula se realiza encendiendo y apagando el láser con una potencia menor a la usada en la generación de la microburbuja, esto evita el nacimiento de una nueva microburbuja. Inicialmente, cuando el láser se encuentra apagado la microburbuja se desplaza hacia arriba debido a la fuerza de flotabilidad, esta acción permite el bloqueo de la salida 1. En caso contrario, cuando el láser se enciende se genera un gradiente de temperatura que induce el movimiento de la microburbuja hacia la punta de la fibra óptica para bloquear la salida 2 (en dirección contraria a la fuerza de flotabilidad) debido al fenómeno de Marangoni. La manipulación de una microburbuja dentro de una micro-válvula es de gran importancia ya que este dispositivo se podría utilizar en aplicaciones médicas, industriales, científicas, entre otras.

Cálculo de la Masa de Sistemas Biológicos Mediante Pinzas Ópticas Holográficas

Este trabajo presenta un estudio sobre el cálculo de la masa de estructuras biológicas mediante un arreglo de pinzas ópticas holográficas. Se funcionalizaron macromoléculas biológicas con micropartículas de poliestireno, se atraparon en una trampa óptica generada por las pinzas ópticas holográficas y se observa su movimiento en el eje z para ver cómo éstas micropartículas se depositan en un sistema “cuasi 1D”. Con las trayectorias obtenidas del proceso de sedimentación en estado estacionario, se calculó la masa de las micropartículas a través de la distribución de Boltzmann para sistemas en equilibrio, luego de estos cálculos se derivó la masa de los componentes biológicos. Hemos logrado estimar la masa de partículas y macromoléculas de ácido hialurónico en el rango de cientos de femtogramos. Los resultados experimentales concuerdan con los cálculos teóricos tanto para partículas solas como funcionalizadas.

Estudio de Metalentes Dieléctricas Multicapa

Las metasuperficies están compuestas por arreglos de sub-longitud de onda de meta-átomos o nanoresonadores, los cuales se encuentran sobre una interfaz, cuya función principal es desplazar localmente la fase de la luz incidente. Estos dispersores imparten una fase diferente a la luz transmitida en función de su tamaño y geometría, cuando estos dispersores se encuentran en un arreglo en una metasuperficie estos pueden moldear un frente de onda con la forma deseada. Las respuestas (amplitud y fase) de estos meta-átomos son dependientes de la longitud de onda, lo cual se observa en la dispersión cromática. Es bien sabido que la distancia focal de una metalente decrece con el incremento de la longitud de onda, lo cual genera una dispersión opuesta comparada con las lentes refractivas convencionales. En este trabajo, se presenta un estudio por medio de simulaciones de diferencias finitas en el dominio del tiempo (FDTD, por sus siglas en inglés) de metalentes con perfil de fase hiperbólico, formadas por dispersores cilíndricos multicapa. Las multicapas son construidas alternando materiales con índices de refracción alto (α-Si) y bajo (GaN). De esta forma, se muestra que estos dispersores multicapa mejoran algunas propiedades de la metalente, tales como la transmisión y la reducción de la relación de aspecto de los pilares para lograr un control de la fase de 2π. También estudiamos la dispersión cromática de varias metalentes simuladas con diferentes números de capas.

Sensor de micro-desplazamiento basado en cavidad bicónica en fibra óptica

Se presenta un dispositivo sensor de micro desplazamiento en el rango 20-250 micrómetros basado en una cavidad bicónica en fibra. Dicho dispositivo se fabricó mediante etching con ácido fluorhídrico al 40% sobre dos extremos de fibra óptica fotosensible (aprovechando el contenido de dopante de Germanio en el núcleo), debido a que dicho ácido corroe más rápidamente la zona dopada del núcleo que la del cladding, se obtiene una estructura cónica hueca en cada extremo. Tras una exposición de 8-12min se lograron diferentes profundidades de erosión (150 a 400) micrómetros, para posteriormente empalmarlos y lograr así la estructura hueca. Mediante el uso de una fuente de luz en el rango de 940 - 1100 nm y una montura de traslación lineal, se aplicó tensión sobre la fibra con el hueco y se midió el espectro óptico de salida. Con base en las mediciones, se determinó un corrimiento lineal en todo el rango de medición resultando una sensitividad de 0.013nm/micrómetro, lo cual lo vuelve apropiado para alguna aplicación en donde se requiera medir micro desplazamiento.

Sensor de índice de refracción basado en múltiples resonancias de plasmones de superficie en una fibra óptica en forma de $H$

En este trabajo se presenta el estudio numérico del acople de la luz entre el núcleo de una fibra óptica micro-estructurada en forma de $H$ y dos microcintas metálicas. La sección transversal de la fibra óptica está formada por un núcleo sólido y dos agujeros verticales ubicados de forma simétrica respecto al eje horizontal de la fibra óptica. Sobre la superficie de uno de estos agujeros y en la región cercana al núcleo descansan las dos micro-cintas metálicas con dimensiones nanométricas. La influencia de la variación de los parámetros geométricos y ópticas sobre las características principales del espectro de transmisión de la estructura fueron estudiadas. Esta configuración presenta múltiples resonancias debido al acople de los modos de la fibra óptica y los diferentes modos de plasmon excitados en la interfase entre las microcintas y la sustancia acuosa. Finalmente, el uso de esta estructura como sensor de índice de refracción fue también analizado en términos de los principales parámetros desempeño, relación señal a ruido $(SNR)$, sensibilidad $(S_n)$ y figura de mérito $(FOM)$

Estudio Teórico Y Experimental De Pulsos Ultracortos De Luz Enfocados

Se hace una presentación del estudio teórico y el trabajo experimental realizado en los últimos años, por los grupos de Instrumentación Óptica y Óptica no lineal del Instituto de Ciencias Aplicadas y Tecnología de la Universidad Nacional Autónoma de México, en el modelado y medición de pulsos de luz de femtosegundos en la región focal de lentes, para identificar la posición de la máxima amplitud de la intensidad de autocorrelación. Así mismo se presentará parte del trabajo de diseño óptico que se ha realizado para mejorar los equipos construidos en el laboratorio de Óptica no lineal para hacer las mediciones experimentales que permitan validar los modelos.

Vorticity of the Poynting Vector around a nanoslit at resonant wavelenghts

At wavelenghts where optical enhanced transmission occurs we show that the near field spectrum in the neighborhood of a subwavelenht metallic slit shows a topology that improves the energy flow through the slit no matter its thickness. We also show that a small change in the wavelengths turns the energy flow away from the aperture generating a kind of turbulence that destroys the enhanced transmission phenomenon. Several simulations are shown.

Caracterización espectral de películas delgadas de un derivado de imidazol como convertidor de longitud de onda

En este proyecto de investigación se propone construir películas delgadas de un material orgánico con propiedades fluorescentes, caracterizando sus propiedades ópticas a partir de estudios de colorimetría, espectroscopia de fluorescencia y espectroscopia de infrarrojo. El material se distribuye de manera líquida depositando de manera uniforme sobre porta objetos que se dejan solidificar, al estar expuesto las películas delgadas bajo radiación ultravioleta existe un deterioro físico en las películas de lofina, por ello mediante espectroscopia de infrarrojo se analizaran las muestras antes de la exposición de fuentes ultravioletas y después de la exposición UV con ello se demostrara si existe un desgaste del material termocrómico modificando sus propiedades ópticas o de los solventes que intervienen en la elaboración de la muestra homogénea. Se presentan resultados preliminares de la fluorescencia en el espectro visible obteniendo cambios de longitud de onda en función a cambios de temperatura.

Imágenes de fondo de ojo de Alto Contraste

Las imágenes retinianas son hoy en día muy estudiadas para obtener información sobre la presión arterial que sufre una persona, presentamos un sistema óptico basado en una lámpara de baja coherencia que permite obtener imágenes del fondo de ojo con un alto contraste usando procesamiento óptico; dichas imágenes son procesadas para obtener información que demuestre que una persona presenta tensión alta, posible Diabetes u otra afectación. Además, es un método no contactivo a diferencia de los actuales.

Estudio temporal y espectral de F8L mediante el uso de un sistema de ajuste automatizado de placas controladoras de polarización

El trabajo presenta el estudio de las propiedades temporales y espectrales de un láser pulsado de fibra óptica en configuración F8L (figure-eight laser, F8L) mediante el ajuste automatizado de placas controladoras de polarización. El esquema consta principalmente de fibra estándar, fibra de doble revestimiento dopada con Er/Yb, aislador óptico, espejo de lazo óptico no lineal que opera como absorbedor saturable y placas retardadoras. El sistema de control se realizó utilizando diseños asistidos por computadora (CAD), impresión 3D y sistemas de posicionamiento aplicados en las etapas de control de polarización. El régimen de operación del láser es ajustado de forma automática mediante un sistema de control compuesto por placas retardadoras de media onda (half-wave retarder, HWR) y un cuarto de onda (quarter-wave retarder, QWR). El posicionamiento automatizado de una placa QWR dentro del esquema permite el autoencendido del régimen pulsado, mientras que las placas del control de polarización (QWR, HWR, QWR) permiten ajustar la duración temporal y espectral a la salida del láser. Los pulsos obtenidos se clasifican como pulsos de ruido, los cuales tienen duraciones temporales del orden de ns y anchos espectrales de decenas de nm. El esquema generó una señal a ~1567 nm, con duración de pulsos de 189.5 ps a 350 ps, anchos espectrales de 13.4 nm a 53.4 nm y frecuencias de repetición múltiples de 904 kHz (correspondiente a un periodo de la cavidad de 1.106 µs). Los pulsos permitirán aplicaciones como: la generación de pulsos armónicos, y generación de supercontinuo con alta planicidad. Finalmente, se muestran las ventajas de autoajustar el láser mediante el uso de un control automatizado para encontrar con mayor precisión modos de operación de interés en sistemas ópticos de múltiples variables. * Trabajo apoyado por el CONACYT programa Investigadoras e Investigadores por México (proyecto 3155), y CB 2017-2018 A1-S-33363. Y la Universidad de Guanajuato (CIIC 019/2022).

Caracterización de las propiedades óptica de polímeros para su uso en la fabricación de sensores pH de fibra óptica

En este trabajo se presentan resultados preliminares del comportamiento de dos tipos de polímeros que son utilizados como elemento sensible en la medición de pH en el agua. La caracterización óptica de polímeros sensibles como el Poli clorhidrato de Dialtiliamonio, Poli Acido Acrílico y el Poli Clorhidrato de Alilamina se realizó sobre un portaobjetos estándar y para su aplicación sobre un tramo de fibra óptica multimodo de 14.5 mm. El material depositado en el portaobjetos permite obtener la absorbancia del polímero, mismo que se analiza su comportamiento para su posterior uso en fibra óptica. La deposición del polímero sobre la superficie de la fibra óptica se realiza mediante la técnica de ensamble electrostático para lograr la fabricación de sensores de fibra óptica usando como parámetro de medición el cambio de pH de soluciones y la temperatura. Los resultados demuestran que estos materiales presentan un cambio físico en función a cambios de pH. Esto se observa con un medidor de potencia, ya que cuando el material es expuesto a diferentes cambios de pH, el cambio de potencia en la salida del sensor de fibra óptica es evidente, obteniendo una sensibilidad de 0.2183 uW /unidad de pH.

Láser de fibra óptica dopada con Tm de múltiple emisión basado en el efecto de interferencia multimodal

Este trabajo reporta la implementación de un láser de fibra óptica dopada con tulio con características de conmutación y múltiple emisión basado en el uso de filtros espectrales de interferencia multimodal (MMI). La estructura MMI es fabricada a partir de un segmento de fibra sin núcleo empalmado entre dos fibras monomodo. Para este experimento se fabricaron dos filtros MMI, uno basado en estructura de fibra estrechada (taper) y el otro en estructura de fibra sin estrechar (sin taper). En ambos casos se analizaron sus respuestas de salida y se realizó una comparativa de su desempeño. Por un lado, la estructura taper MMI presentó perdidas de inserción estimadas en 8.7 dB en la región de las 2 μm; este arregló permitió emisión triple en las longitudes de onda de 1995.4, 2013.3 y 2038.3 nm. Además, se observó operación conmutable en emisión doble entre las longitudes de onda de 1997.9 y 2032.1 nm. Para el caso del filtro sin taper, las pérdidas de inserción observadas fueron de 12.6 dB a 2 μm, permitiendo emisión conmutable en doble longitud de onda a 1986.49 y 2017.38 nm. Las líneas láser observadas muestran ancho de banda de alrededor de 50 pm, relación señal a ruido de 50 dB y buena estabilidad. Nuestra propuesta demuestra ciertas ventajas sobre otros esquemas de láseres de fibra de tulio que incluyen filtros MMI tales como, emisión sobre las 2 μm, tamaño compacto, robustez y alta reproducibilidad.

Sensor de gas optoelectrónico para la detección de metano

El estudio sobre la viabilidad de un sensor de gas para la detección del gas metano ($CH_4$) basado en una oblea de silicio como un filtro modulador óptico tipo Fabry-Perot es presentado en este trabajo. El estudio está basado en la técnica no dispersiva y en el principio de la correlación espectroscópica. En esta configuración experimental, el interferómetro Fabry-Perot es implementado usando una oblea de silicio con un espesor de 150 µm, dicho valor fue encontrado mediante simulaciones tomando en cuenta los picos de absorción del $CH_4$ que proporciona la base de datos HITRAN. De igual forma, la simulación fue usada para encontrar el rango optimo del ángulo incidente que permite llevar a cabo la operación de correlación y de esta manera hacerlo girar para cambiar el patrón de franjas de transmisión espectral, induciendo a la modulación, así mismo se ilumina con un haz colimado y se coloca justo enfrente de un detector piroeléctrico. Finalmente se presentan los resultados simulados del comportamiento del sensor que muestran que este tipo de configuración donde se utiliza una oblea de silicio es viable y puede ser implementada como un FPI y usada en un sensor de gas para detectar $CH_4$.

Diseño y recubrimiento de ultra alta transmitancia de 12 caras de 6 prismas

La tecnología de película delgada es simultáneamente una de las artes más antiguas y una de las ciencias más nuevas, dado que sigue continuamente en desarrollo. En consecuencia, en este trabajo de investigación y desarrollo tecnológico se muestran 6 diseños de antirreflectoras de ultra alta transmitancia usando en su diseño el software FilmStar, para ángulos de 15.7o, 33.77 o, y usando como substrato PBM2Y. Otro de los diseños es para ángulos 20.3 o, 34.5 o, 20.8 o, 36.5 o, para un substrato SF57. Posteriormente, se llevaron a cabo los recubrimientos para 12 caras de 6 prismas. Las mediciones se realizaron a incidencia normal en espectrofotómetro Cary 5000. Enseguida, se realizaron las transformaciones para cada ángulo requerido y ajustado al diseño. Como resultado, se lograron recubrir prismas con películas de ultra alta transmitancia. Estos prismas formarán parte del espectrógrafo Spectrograph and Camera for the Observation of Rapid Phenomena in the Infrared and Optical (SCORPIO) que se instalará en Chile.

Optimización de campo eléctrico y transmisividad de fotones en un circuito óptico mediante nano antenas

En este trabajo optimizamos de forma numérica la intensidad de campo eléctrico a lo largo de una línea óptica de transmisión implementada en un circuito óptico usando varias nano antenas dipolo con una progresiva reducción en el gap. Se demuestra, mediante el análisis del empate de impedancias, que con este arreglo podemos obtener un comportamiento similar a una lente óptica al focalizar la intensidad de campo eléctrico en la entrada del circuito óptico. Conectado el acoplador a la línea de transmisión se puede acoplar la onda electromagnética de tal manera que se obtiene un circuito que tiene el funcionamiento de acoplamiento, transmisión y reemisión de fotones. Nuestras simulaciones numéricas fueron realizadas por COMSOL cual implementa el Método Elemento Finito (MEF) para resolver la ecuación de onda de Maxwell en el dominio de la frecuencia. Nuestra nueva geometría ofrece un nuevo enfoque para diseñar circuitos ópticos para propagar fotones y modos propagación a través de una línea de transmisión.

Depósito de grafeno sobre taper de fibra óptica por medio de deposición óptica

En el mundo de las fibras ópticas, existen diversos materiales que son de gran utilidad para que, en conjunto con estas, den lugar a la creación de dispositivos con diferentes aplicaciones, como en sensores, láseres, etc. La idea principal, al momento de idear estos dispositivos, es que los arreglos en donde se usen tengan menos elementos, en comparación con otros de igual aplicación, que sean fáciles de fabricar y que den resultados confiables y repetibles. Entre los materiales más populares para emplearse en combinación con las fibras ópticas están los alótropos del carbono, principalmente el grafeno. El grafeno se utiliza ampliamente por tener aplicaciones como absorbedores saturables para generar Q-switch, como fotodetector (en aplicaciones más nuevas y más avanzadas), como sensores, por mencionar algunas aplicaciones. Cuando se crean dispositivos de fibra óptica, donde se combinan las fibras con un material, un reto grande es encontrar el método adecuado para depositar el material, pues para poder obtener resultados repetibles, es necesario que se puedan controlar ciertos parámetros. El método de deposición óptica nos da esta opción, pues con él podemos controlar el tiempo durante el que se hace el depósito y la potencia que se emplea, parámetros que repercuten directamente en el grosor del material que se adhiere a la fibra. En este trabajo se presentará el depósito de grafeno sobre tapers de fibra óptica, usando el método de deposición óptica.

Prueba de la rejilla de Shack-Hartmann con micro agujeros, un análisis de la dependencia respecto a la coherencia de la fuente

La prueba de Shack-Hartmann para sistemas ópticos es una herramienta versátil que nos brinda información bidimensional de la superficie óptica bajo prueba, en este trabajo mostramos la implementación de lo que podríamos llamar la prueba Platt-Shack-Hartmann proponiendo la fabricación de una rejilla con micro agujeros de una manera, técnicamente sencilla, económica y accesible a cualquier taller de pruebas ópticas. En el análisis de los resultados, hacemos énfasis en la dependencia de la coherencia de la fuente usada, comparando las imágenes obtenidas con fuentes coherente e incoherente.

Estudio de primeros principios para calcular las bandas de energía y la conductividad óptica de una monocapa de difosfuro de molibdeno MoP2 cuando interacciona con Oxido de Carbono

Utilizando el código de Quantum Espresso , con la aproximación GGA y GGA modificado para interacciones Van der Waals junto con DFT, se realizó un estudio de primeros principios para calcular las bandas de energía y conductividad óptica de una monocapa de Difosfuro de Molibdeno (MoP2) cuando interacciona con Oxido de Carbono (CO). Como primer paso, se encuentra la estructura de mínima energía de la interacción entre la monocapa de MoP2 y CO. Posteriormente, se calculan las bandas de energía, las funciones dieléctricas y la conductividad óptica para este nuevo sistema. La estructura de bandas del MoP2 2D prístino revela un material metálico. Con la adsorción de la molécula de monóxido de carbono, hubo cambios en la estructura de la banda de energía, se observa que solo una banda apenas toca el nivel de Fermi desde abajo en algunos lugares. El material casi se convierte en un semiconductor, pero sigue siendo un metal. Para la conductividad óptica en el sistema MoP2-CO se observa que existen dos picos bien definidos, encontramos que la conductividad máxima se observa a 4.7 eV , ubicado en la región de la luz ultravioleta con un valor de 8.11 x 10^15/s.

Análisis Experimental de la Dinámica de Micropartículas Mie en una Trampa Termoforética Inducida por Láser

En el presente trabajo se realizó un estudio experimental en el que se analiza la dinámica de micropartículas de Sílice, de $3~\mu m$ sumergidas en una muestra, usando una pinza termoforética inducida ópticamente por un láser He-Ne con una potencia de $17.0~mW$. Se realiza un ajuste a la curva experimental de la posición contra el tiempo a partir de un modelo matemático obtenido del balance de fuerzas entre la fuerza de inercia y las fuerzas termoforética, de arrastre y de convección. Posteriormente se analiza la velocidad y aceleración de la partícula. Para la visualización de imágenes se uso una cámara CCD, donde se observó el desplazamiento de las partículas de regiones de baja temperatura a alta temperatura. Se trabajó en condiciones estándar de presión, $1~atm$ y temperatura, $25°C$.

Retrato hablado mediante sistemas lineales

Reconociendo que a un sistema lineal se le puede aplicar el principio de superposición, se toma como herramienta la transformada de Fourier para obtener el reconocimiento de personas a través de su retrato hablado, impactando en temas de seguridad y criminalistica acotado a la región Mexicana. El estudio de los patrones que conforman un retrato hablado se liga directamente con un sistema lineal que permite por medio de la superposición frecuencial de dicho patrón modificar un rostro que obedezca a la descripción visual que una persona víctima de la inseguridad haya presentado alguna denuncia.

Imagen y sonido para analizar la rigidez de bloques de mortero en condiciones de fraguado

En el campo de la ingeniería civil se emplean técnicas destructivas y no destructivas para caracterizar las propiedades mecánicas de los materiales. Por ejemplo, es posible medir la distribución de esfuerzos sobre la superficie de un sólido de forma prácticamente automática y no invasiva. También la técnica del impacto acústico (IA), un método no invasivo ampliamente usado en la industria frutícola, se puede usar para cuantificar la rigidez del material sólido. Por otra parte, la disponibilidad que últimamente se tiene de cámaras digitales permite el registro de imágenes para estudiar procesos físicos, biológicos y químicos. Por ejemplo, se puede monitorear el patrón de luz reflejado por la superficie de un objeto antes y después de ser sometido a un esfuerzo mecánico determinado; la diferencia entre las imágenes, usando técnicas básicas de procesamiento de imágenes, permite en principio cuantificar la deformación que experimenta el objeto bajo estudio. En este trabajo estudiamos experimentalmente la rigidez de bloques de mortero (cemento-arena proporción 1:2), preparados de acuerdo a la normativa existente ACI. Se usan la técnica IA y el procesamiento de imágenes obtenidas de los patrones de luz reflejada por los bloques. Los bloques son analizados primeramente sin presión sobre ellos y después, cuando son sometidos a una fuerza de compresión hasta el punto de ruptura del material en proceso de fraguado a 28 días. Los resultados muestran que la aplicación de estas técnicas no destructivas permite identificar características propias del estado de esfuerzo mecánico al que son sometidos los bloques de mortero. Los parámetros medidos de manera no destructiva (frecuencias de resonancia, entropía de imagen e intensidad media de imagen) son comparadas con el módulo de Young de los bloques analizados.

Estudio comparativo de la rigidez entre bloques de antracita-arena sílice y bloques de mortero que han sido sometidos a una fuerza de ruptura, mediante técnicas acústicas y de procesamiento de imágenes

La técnica del impacto acústico (IA), es un método no invasivo ampliamente usado en la industria frutícola para caracterizar el grado de firmeza de frutos. En la técnica IA el objeto bajo estudio es impactado por un objeto sólido pequeño, aunque también se puede usar un martillo de impacto. El impacto sobre el objeto produce vibraciones en el rango audible que son captadas por sensores de sonido colocados cerca de la superficie del objeto. Por otro lado, en el campo de la ingeniería civil se emplean técnicas destructivas y no destructivas para caracterizar las propiedades mecánicas de los materiales. La disponibilidad y capacidades que últimamente se tiene en las cámaras digitales, permite el registro de imágenes para estudiar procesos físicos, biológicos y químicos. Por ejemplo, se puede monitorear el patrón de luz reflejado por la superficie de un objeto antes y después de ser sometido a un esfuerzo mecánico determinado; la diferencia entre las imágenes, usando técnicas básicas de procesamiento de imágenes, permite en principio cuantificar la deformación que experimenta el objeto bajo estudio. En este trabajo estudiamos experimentalmente la rigidez de bloques de antracita-arena sílice (proporción 1:1) y de bloques de mortero (proporción 1:1), preparados de acuerdo a la normativa existente ACI los cuales han sido sometidos a una presión fuerza de compresión hasta el punto de ruptura empleando una prensa hidráulica. Se usan la técnica IA y el procesamiento de imágenes obtenidas de los patrones de luz reflejada por los bloques. Los bloques son analizados primeramente sin presión sobre ellos y después cuando son sometidos a una presión baja y a la presión de ruptura del material. Los parámetros medidos de manera no destructiva muestran que la aplicación de las técnicas utilizadas permite identificar características propias de la de la rigidez y del estado de esfuerzo mecánico al que son sometidos los bloques.

Uso de técnicas no destructivas para caracterizar aguas residuales con residuos de lodo de morelia, michoacán

El impacto de la actividad humana sobre la contaminación del agua es cada mayor. Aunado al aumento de la población y la demanda inherente de agua potable, hace cada vez más demandante la implementación de políticas públicas de sanidad del agua que permitan disminuir el riesgo de enfermedades e intoxicaciones potencialmente letales para el ser humano. Los estándares establecidos por la Organización Mundial de la Salud y los propios de cada país, deben ser observados puntualmente para tener una buena calidad del agua potable disponible a la población de cada país. En los países desarrollados, por lo general, esta tarea es encomendada a empresas particulares. Sin embargo, en países en vías de desarrollo, como el nuestro, la tarea la realizan el gobierno federal. La caracterización de la calidad del agua implica la medición, por técnicas destructivas y no destructivas, de diferentes parámetros físicos (temperatura, conductividad, color, turbiedad, sólidos disueltos, pH), parámetros químicos (identificación de metales y no metales, metales tóxicos y elementos radiactivos) y parámetros biológicos (identificación de patógenos y materia fecal). En fechas recientes se han reportado técnicas no destructivas acústicas y ópticas para medir algunos parámetros vinculados a la calidad del agua. En este trabajo se utilizan técnicas no destructivas para medir algunas propiedades físicas del agua residual con residuos de lodo de la ciudad de Morelia, Michoacán. Se tomaron muestras de lodo, constituido principalmente de arenas, limos y arcillas, obtenido de material de construcción sobrante de una casa-habitación, y se mezclaron con agua de grifo. Los parámetros medidos incluyen las frecuencias de resonancia inducidas por impulsos acústicos a 10 KHz, la conductividad eléctrica, las propiedades colorimétricas, la generación de CO2 y los patrones de imagen de luz UV transmitida por las muestras. Los resultados obtenidos muestran diferencias específicas entre las muestras.

Sensor de gas de Hexafluoruro de azufre ($SF_6$) con bandas combinadas

En este trabajo, se presenta un análisis de la viabilidad de implementar un sensor de gas de $SF_6$ con el estudio de sus bandas combinadas. El estudio consiste en verificar y analizar las diferentes bandas combinadas en donde el $SF_6$ absorve en el mediano infrarrojo para escoger los diferentes componentes opticos del sensor. Se realizaron mediciones con un FTIR encontrando 6 bandas combinadas en el rango de 1000 a 2000 $cm^{-1}$, de las cuales las bandas fundamentales son $v_3$ y $v_4$. Para el diseño del sensor se escoge la banda combinada $v_2+v_4$, la cual se puede comparar con los valores teoricos de la base de dato Hitran. Finalmente se presenta los resultados de las simulaciones de los componentes opticos del sensor y su comportamiento.

Estudio teórico de los solitones ópticos espaciales

Los solitones son entidades ondulatorias localizadas que pueden propagarse en medios no lineales manteniendo una forma constante. Ellos se presentan en diversas ramas de la física como hidrodinámica, física del plasma, óptica no lineal y Bose–Einstein condensa. En óptica, un haz tiene una tendencia natural a expandirse a medida que se propaga en un medio, ya sea debido a la dispersión cromática o como resultado de la difracción espacial. Cuando este ensanchamiento natural se elimina a través de un proceso no lineal, se forma un paquete de ondas autolocalizado estable. Este paquete de ondas autoatrapadas, ya sea en el tiempo, en el espacio o en ambos, se conoce como solitón óptico. Los solitones espaciales ópticos son haces ópticos autoatrapados que se propagan en un medio no lineal sin difracción, es decir, el diámetro de su haz permanece invariable durante la propagación [1]. En este trabajo se realiza un estudio teórico sobre la generación de solitones ópticos espaciales partiendo de la ecuación no lineal de Schrödinger y analizando sus soluciones, para obtener soluciones analíticas tipo solitón oscuro y solitón brillante. [1] Zhigang Chen et al 2012 Rep. Prog. Phys. 75 086401

Sintonización de emisión laser usando un interferómetro Mach-Zehnder basado en dos adelgazamientos de fibra óptica consecutivos separados por una distancia L

Se presenta la sintonización de emisión en un láser de fibra óptica. Esta sintonización se basada en la utilización de un interferómetro Mach-Zehnder como filtro de peine dentro de la cavidad laser, dicho interferómetro se constituye por dos adelgazamientos de fibra óptica concatenados separados por una distancia L. El láser de fibra óptica es un láser con cavidad tipo anillo. El anillo de la cavidad laser está constituido por un Multiplexor por División de Longitud de Onda (WDM), fibra dopada con erbio, un aislador óptico, el interferómetro, un controlador de polarización, y un acoplador 90:10 para habilitar la salida del laser por el puerto del 10% y el puerto del 90% se conecta al WDM para cerrar la cavidad en anillo. Los adelgazamientos del interferómetro funcionan como acopladores entre modos de núcleo y el revestimiento, por lo que en la sección de fibra entre los dos adelgazamientos se propaga el modo del núcleo y el revestimiento generando una diferencia de fase causada por el diferente camino óptico que viajan y se genera un patrón de interferencia. El patrón de interferencia modula las pérdidas de la cavidad y estimula la generación de emisión laser en longitudes de onda donde las pérdidas sean mínimas y la ganancia laser considerable. Al doblar el interferómetro, el patrón de interferencia sufre un corrimiento en longitud de onda a causa de cambios geométricos y esfuerzos internos en la estructura del interferómetro, de manera que, se propicia que la emisión cambie de lugar en longitud de onda. Por medio de este método fue posible sintonizar la emisión del láser en el rango de 1528 nm a 1562 nm con un factor máximo de sintonización de 2.21 nm/mm y se logró inducir hasta tres emisiones simultaneas en valores específicos de dobles del interferómetro y separaciones entre adelgazamientos. El método propuesto es económico y viable para su uso en un gran número de campos tales como en telecomunicaciones, sensado, espectroscopia, y metrología.

Deep Learning-Based Segmentation of Red Blood Cells in Lensless Digital In-Line Holographic Microscopy Images

Lensless digital in-line holographic microscopy (LDIHM) is a simple approach to capturing images with 3D information. With this approach, it is possible to get microscopic cell images without applying invasive procedures such as cell staining, using affordable hardware. The phase images generated in LDIHM that include a 3D description have relevant information on cells that could lead to anomaly detections as parasites. Although there are some deep learning approaches to classify or detect certain features in images without segmenting the region of interest, this process can be useful for individual object analysis. In this work, we explore segmentation techniques on LDIHM images by comparing their results on amplitude and phase. The experiment is conducted using a spatially filtered 532 nm wavelength laser on a diluted blood sample and captured by a Raspberry Pi HQ camera reaching 1.55um resolution. The segmentation model evaluation is carried out on performance over the red blood cells which are in the 8 um range. Even though some classical algorithms can retrieve almost all the cells, a deep learning-based method gets better precision in establishing cell boundaries.

Interferencia experimental de 2 a 4 haces tipo bessel

La generación de haces ópticos adifraccionales ha sido ampliamente estudiada, debido a sus posibles aplicaciones en diferentes áreas como física medica, generación de armónicos, generación raman y microscopía entre otras. Uno de estos haces es el haz Bessel, donde la principal aplicación es la de pinzas ópticas. Una propiedad interesante de estos haces es la superposición de haces tipo Bessel [1], del cual se obtienen diversos tipos de distribuciones de campos ópticos, por tal motivo, en este trabajo se presentan imágenes de la superposición de 2 a 4 haces tipo Bessel. Estos patrones de interferencia son obtenidos colocando a los haces bessel en diferentes posiciones antes de superponerse, obteniendo así diversas distribuciones de intensidad, las cuales son analizadas. [1] S. Chávez-Cerda, E. Tepichin, M. A. Meneses-Nava and G. Ramirez, “Experimental observation of interfering Bessel beams”, Optics Express 3, 524-529 (1998.)

Cálculo del coeficiente de absorción de colorantes disueltos en alcohol

La absorción de la radiación electromagnética es el proceso por el cual dicha radiación es captada por la materia. Cuando la absorción se produce dentro del rango de la luz visible, recibe el nombre de absorción óptica. Esta radiación, al ser absorbida, puede, bien ser reemitida o bien transformarse en otro tipo de energía, como calor o energía eléctrica. Para cierta longitud de onda esta absorción es cuantificada por el coeficiente de absorción lineal. En este trabajo se calculan los coeficientes de absorción lineal para diferentes colorantes como rojo de metilo y azul de metileno disueltos en alcohol. Se mostraran resultados sobre los coeficientes de absorción obtenidos de los espectros de absorción y a partir de la Ley de Lambert-Bee, realizando una comparación entre ellos.

Interferometría de corrimiento de fase y amplitud generalizada

Recientemente se ha presentado un método capaz de medir directamente las amplitudes de referencia y prueba del campo óptico, y además la fase del objeto nombrado como interferometría de corrimiento de fase y amplitud o APSI de sus siglas en ingles Amplitude-Phase Shifting Interferometry. El arreglo experimental se basa en un interferómetro Mach-Zehnder. Los haces de referencia y prueba tienen polarización lineal y circular a derechas, respectivamente, mientras que, a la salida del interferómetro, se coloca un polarizador lineal para obtener interferogramas modulados en amplitud y que a su vez genera los pasos de fase. Para recuperar los parámetros del campo óptico, es decir, la amplitud de referencia, la amplitud de prueba y la fase del objeto, es necesario capturar un mínimo de tres interferogramas cada uno con un cierto corrimiento de fase que es dado por la posición angular de polarizador ubicado en la salida, estos corrimientos de fase deben ser conocidos e iguales, sin embargo, es posible recuperar estos parámetros con N interferogramas. Ahora se propone una variante de esta técnica nombrada como interferometría de corrimiento de fase y amplitud generalizada o GAPSI de sus siglas en ingles General Amplitude-Phase Shifting Interferometry. En esta técnica, a diferencia de APSI, los corrimientos de fase para recuperar los parámetros de campo óptico pueden ser arbitrarios pero conocidos. Se muestra una descripción del montaje experimental, del modelo matemático, la solución para el caso de tres interferogramas y finalmente resultados experimentales donde se muestran los parámetros del campo óptico recuperados con tres corrimientos de fase arbitrarios en diferentes casos.

Efecto de láser con emisores en clústeres de percolación

En este trabajo se estudia el efecto láser sin espejos, el láser aleatorio de percolación en 3D. La diferencia con láser convencional es que el láser aleatorio contiene estructuras desordenadas que definen la frecuencia y la dirección en las que el láser aleatorio emite la luz, la emisión de este láser es coherente y estable. Se estudia el sistema semi clásico no lineal de las ecuaciones de Maxwell en 3D que se encuentran acopladas con las ecuaciones de polarización y las ecuaciones de cuatro niveles de los nano emisores. Para las soluciones del campo electromagnético se realizan simulaciones numéricamente en 3D con el método de Diferencias Finitas en el Dominio del Tiempo (FDTD) con ayuda de los paquetes numéricos MICROSOFT VISUAL STUDIO (Visual C#).

Generación de solitones ópticos espaciales en aceite de ricino con rojo de metilo

La invención del láser en 1960 trajo consigo un cambio en el entendimiento de la interacción de la luz con la materia dando paso a la óptica no lineal que nació con la observación del segundo armónico por Franken en 1961 [1], a partir de entonces diversos fenómenos como la generación de tercer armónico, auto-enfocamiento, auto-desenfocamiento , efecto Raman y solitones ópticos fueron observados. En este trabajo se presentan resultados experimentales sobre la generación de solitones ópticos espaciales generados en el medio no lineal compuesto por aceite de ricino con colorante rojo de metilo iluminado con un láser de onda continua. [1] Boyd, R. W. (2008). Nonlinear Optics. Florida, USA: Academic Press.

Solitones temporales como solución a la ecuación no lineal de Schrodinger y sus aplicaciones en la óptica

Los solitones son ondas cuya propiedad principal es el poder desplazarse a grandes distancias sin sufrir deformaciones, teniendo aplicaciones en las comunicaciones. En este trabajo se analiza la propagación de un solitón temporal cuyo movimiento se describe por la ecuación no lineal de Schrodinger (NLS) bajo el potencial cúbico de Kerr, misma que se resuelve de manera numérica por el método split-step Fourier method (BMP). Para ello se analiza bajo qué circunstancias se forma un solitón tomando en cuenta los parámetros SPM (modulación de fase propia) y GVD (velocidad de dispersión del grupo). Además, se estudia cómo interactúan los solitones entre sí. Adicionalmente, se realiza una simulación utilizando Optisystem en donde se genera un solitón en una fibra óptica y se estudia los parámetros que afectan la dispersión y deformación de la onda (GVD, SPM). Finalmente, se analiza qué efectos tiene la presencia de los solitones en las comunicaciones.

Efecto e Influencia de la capa adhesiva en el desempeño de un sistema de detección óptico tipo SPR

Hoy en día, la resonancia de plasmones de superficie (SPR) se ha considerado como una tecnología clave para numerosas aplicaciones de detección debido a su habilidad no invasiva de sensado y gran precisión, siendo de gran interés para los científicos experimentales. El oro es uno de los metales más empleado en SPR debido a su alta conductividad, maleabilidad y ductilidad. A pesar de que tiene un factor Q ligeramente más pequeño que la plata, sus propiedades químicas lo hacen apropiado para construir este tipo de sensores, ya que es químicamente inerte en un ambiente acuoso y se puede aplicar fácilmente. Sin embargo, su adhesión con el vidrio es muy pobre por lo que se requiere una capa de adhesión. Para una adhesión eficiente de la película delgada de oro en sustratos dieléctricos como el vidrio es esencial para la durabilidad y eficiencia del sistema de detección. En este trabajo se presenta un estudio numérico de la influencia que tiene la capa adhesiva en el desempeño del sensor usando como figura de mérito el factor de calidad Q. Los materiales utilizados como capas delgadas adhesivas fueron Ti, Cr, Ni, Pd, Pt, W. Adicionalmente, se investigaron las propiedades dispersivas de la permitividad dieléctrica de las capas adhesivas en el régimen óptico. Finalmente, se presentan los resultados obtenidos del estudio numérico y conclusiones obtenidas.

Análisis de la amplificación de señal de un biosensor SPR: Efecto del espesor de la película delgada y tipo de metal noble

La resonancia de plasmones superficiales (SPR) es una técnica óptica basada en la generación de plasmones polaritones de superficie. Este modo electromagnético es muy sensible a las variaciones en el índice de refracción de la superficie. Una condición general para garantizar su existencia es que un de los dos medios sea un medio activo, es decir, la parte real de la constante dieléctrica es negativa a la frecuencia de excitación, mientras que el otro medio es un dieléctrico puro. Los metales satisfacen esta condición, entre los cuales están aluminio, cobre, oro y plata, cuya parte real de la constante dieléctrica es negativa y una pequeña parte imaginaria de baja pérdida dieléctrica. En este trabajo, se investiga numéricamente el desempeño del sensor usando como figura de mérito el factor de calidad Q debido al espesor y tipo de metal, así como en amplificación de señal de resonancia. Los resultados prueban que la plata es capaz de generar una mayor intensidad SPR debido a que tiene un factor de calidad mayor que el oro. Este trabajo puede contribuir al desarrollo de sensores SPR de bajo costo y alta sensibilidad en tecnología de seguridad alimentaria.

Desarrollo de un Sistema SPR para Detección de Antibióticos en Fármacos

En la actualidad, el análisis de los fluidos biológicos utiliza técnicas complejas tales como cromatografía de gases (GC), cromatografía de líquidos (LC) y cromatografía de líquidos de alto rendimiento (HPLC), los cuales son equipos sofisticados y de alto costo. Por lo anterior, hay la necesidad de desarrollar nuevos métodos de detección que sean eficientes y prácticos, con la sensibilidad necesaria para cuantificar dichos compuestos aún en concentraciones a nivel traza. Una opción es el desarrollo de biosensores basados en principios de detección óptica tipo SPR. Este trabajo se enfoca en el desarrollo de un sistema de resonancia de plasmones de superficie (SPR) para detección de trazas de antibióticos en fármacos sometidos a tratamientos biológicos. Su diseño conceptual emplea el método de matriz de transferencia para un sistema de capas y la teoría del índice efectivo para soluciones acuosas multicomponente para modelar la respuesta óptica del biosensor. Propiedades fisicoquímicas como densidad, índice refracción, molaridad, polarizabilidad y concentración son incluidas en el modelo para investigar los cambios de la sustancia activa en la muestra sujeta a tratamiento térmico. Del análisis de los resultados numéricos nos permitieron determinar los parámetros de diseño óptimo para el desarrollo del sistema de detección para las muestras bajo estudio.

Estudio sobre astigmatismo corneal: tipos, características y posibles correcciones

El sistema óptico del ojo humano está compuesto principalmente de las siguientes partes: córnea, humor acuoso, pupila, cristalino, humor vítreo y retina. Una de las enfermedades que padece el ojo, es el astigmatismo, el cual se presenta cuando las superficies refractivas (cornea o cristalino) presentan diferente curvatura en diferentes meridianos, de manera que los rayos emitidos por un punto objeto no sufren la misma desviación en todos los meridianos, dando como resultado dos líneas focales separadas, en lugar de un sólo punto focal, lo que conduce a observar imágenes borrosas. Existen diferentes factores que producen astigmatismo [1], algunos son de tipo hereditario, otros son debidos a daños causados en la córnea, etc. Cuando la cornea es la superficie afectada se llama astigmatismo corneal y cuando el cristalino es el responsable se conoce como astigmatismo lenticular. Se ha encontrado que el astigmatismo corneal es más común que el astigmatismo lenticular, en un 75% [2]. Dada la frecuencia con la que se presenta el astigmatismo corneal, en este trabajo se describe el astigmatismo con la regla, contra la regla y el oblicuo. Así como también se presentan algunas técnicas para detectarlo y posibles correcciones del mismo. [1] Puell Marín, M. C. (2006). Óptica Fisiológica: el sistema óptico del ojo y la visión binocular, Ed. Complutense. [2] Malacara, D. (2015). Óptica básica. Fondo de cultura económica.

Resonancia de soliton disipativo de pulsos oscuros de un láser de fibra óptica de Er:Yb de doble revestimiento

Se demuestra experimentalmente la formación de pulsos rectangulares oscuros a partir de un láser de fibra de erbio-iterbio de doble revestimiento con amarre de modos en una cavidad de forma de mancuerna. El láser opera bajo un régimen de dispersión de cavidad anómala, con un mecanismo de amarre de modos pasivo que se basa en un espejo de lazo de amplificación no lineal (NALM) junto con un espejo de lazo óptico no lineal (NOLM). Esta propuesta facilita los efectos no lineales dentro de la cavidad y permite la generación de pulsos oscuros como mecanismo de amarre de modos dominante. La dinámica de la emisión de pulsos rectangulares oscuros y su evolución espectral se investigan experimentalmente en función de la potencia de bombeo.

Avances en la fabricación de un espejo óptico mediante impresión 3d

En este trabajo se presenta el potencial de la tecnología de manufactura aditiva (AM) para la fabricación de componentes ópticas. Se presenta el diseño, la fabricación y caracterización de componentes ópticas fabricados mediante impresión 3D con la técnica de estereolitografia (SLA). Se utilizó la impresora comercial 3D de la marca Formlabs modelo Form 3, para la fabricación de superficies ópticas. La caracterización consistió en la medición de la rugosidad, misma que se midió con un microscopio interferómetrico de la marca Wyko, el índice de refracción, se midió con un refractómetro de Abbe modelo WY1A, además de las mediciones de la irregularidad de la superficie óptica se midió mediante interferometría usando un interferómetro comercial de la marca Zygo. A lo que se llegó a un índice de refracción de 1.505 y una rugosidad del orden de 5 nm RMS, en tanto para la medición de la calidad, observamos franjas de interferencia donde visualizamos deformaciones de la superficie del orden de 3λ en pico-valle y 0.46λ RMS (λ= 632.8 nm).

Implementación de un láser de fibra óptica con fibra dopada de Iterbio emitiendo múltiples longitudes de onda

En este trabajo se implementó un arreglo láser de fibra óptica en configuración de anillo con una fibra dopada de Iterbio como medio activo, este tipo de láseres emiten en la región de una micra, por lo que se utiliza fibra óptica monomodo (modelo1060XP) para esa longitud de onda, posteriormente, se agregó una sección de fibra multimodo de 15 cm de longitud (modelo SMF28), que nos sirvió como elemento generador multimodal para la obtención del láser multilongitud de onda. La diferencia en el diámetro de los núcleos permite obtener un interferómetro tipo Mach Zehnder dentro del arreglo, lo que ha dado como resultado la emisión de múltiples longitudes de onda al ir variando la corriente del diodo de bombeo (154mA a 850mA). Al alimentar el diodo de bombeo de 154mA a 270mA, se obtuvieron cuatro emisiones laser con los siguientes datos: λ_1 a 1073.6nm con una potencia óptica de -24 dBm y una relación señal ruido de 31.36dBm de ganancia, el segundo pico λ_2 = 1074.49nm con una potencia de -17.5dBm y SNR de 37.12dBm, se obtuvo una tercera emisión a λ_3 =1075.31nm, potencia óptica=-20.124dBm y SNR=34.385dBm y una emisión en λ_4=1076nm con -26.47dBm y SNR= 29.4dBm. Al aumentar la corriente en la fuente de bombeo a 330mA, se obtiene una quinta emisión a λ_5=1072.79nm con potencia -34.39dBm, pero con una relación SNR menor a 23dBm, conforme aumenta la corriente de alimentación, la potencia y la ganancia de este pico aumentan, pero, la potencia de las demás emisiones aumenta y sus ganancias disminuyen. Con una corriente de 400mA la potencia de las 5 emisiones es alta pero la mayoría de los picos tienen SNR rondando los 25dBm, aumentando la corriente cada 50mA este comportamiento es progresivo hasta formar un solo pulso alrededor de 5nm de ancho.

Deduction of lommel's integrals and properties to study non-diffracting optical beams

Working with non-diffracting beams such as Bessel beams and the Fourier theory in polar coordinates, mathematical expressions can be found that are not easy to solve, as they do not appear as such in books. Therefore, it is necessary to explore the origin of the expressions for the simple cases and then try to solve for the expression found. An example is the following expression \begin{eqnarray} \int_{0}^{\infty} J_\nu(a \rho )J_\mu(b \rho ) \rho d\rho, \end{eqnarray} which involves Bessel functions of the first kind with different order and arguments but which does not appear in the books, except in the form \begin{eqnarray} \int_{0}^{P} J_\nu(a x )J_\nu(b x ) x dx= \frac{P }{a^2 -b^2}\left[a J_\nu(b P)J_{\nu+1}(aP)- b J_\nu(a P )J_{\nu+1}(bP)\right], \end{eqnarray} called first Lommel integral, here the integral is finite and for the one-dimensional case; however, by doing the development for it, an idea of how to solve the expression of interest can be gotten. In the same way, there is a second Lommel integral, in both cases, the results of these integrals are presented in books as properties of orthogonality and normalization for specific values (the zeros of the Bessel function) and for a finite interval $[0, P]$ to be used in the Bessel-Fourier series. However, the deduction for a general argument $\kappa x$, where $\kappa$ is an arbitrary value, as well as the different representations of the results, is not deepened, since some may be more convenient than others. Due to this, this work presents a theoretical development in a general way of Lommel's integrals, different representations, the case when P tends to infinity is also explored, that is, the closure relation given by \begin{eqnarray} \int_{0}^{\infty} x dx J_{\nu}(\omega x)J_{\nu}(\omega_0 x) &=& \frac{1}{\omega}\delta(\omega -\omega_0 )\quad \nu > -\frac{1}{2}. \end{eqnarray} Also, it is shown the impossibility of obtaining a clear result of the first expression.

Fabricación de acopladores e interferómetros de fibra óptica por el método de adelgazamiento por flama

Fabricación de acopladores e interferómetros de fibra óptica por el método de adelgazamiento por flama En este trabajo se presenta el método de fabricación de acopladores e interferómetros con fibra convencional SMF-28, con la máquina estrechadora de fibra óptica por el método de inducción de calor por flama, este equipo sirve para fabricar fibra adelgazada o tapers hasta diámetros de 1micra. La fibra óptica adelgazada permite la interacción de la onda evanescente de la fibra con perturbaciones externas, si tenemos una fibra en la cual se esté propagando una luz entrelazada con una fibra (que en la entrada de esta fibra no se propague nada) igualmente estrechada, existirá un acoplamiento de la onda evanescente a esta fibra y de esta forma podremos obtener acopladores. Se basa en preparar dos cortes de fibra óptica de aproximadamente 1 metro cada una, en la parte central de cada uno de los cortes de fibra se retira el revestimiento plástico, se coloca cinta aislante de diferente color en cada extremo de los cortes de fibra para identificar la entrada y la salida, seguido se unen las dos fibras entrelazándolas. El número de vueltas varia, iniciando de 0 hasta 13 vueltas, se fabricaron distintas muestras con diferente número de vueltas con la finalidad de controlar el porcentaje acoplamiento de luz que salía en cada uno de los brazos de los acopladores fabricados, esto era observable con ayuda del analizador de espectro óptico una vez terminada la fabricación. Los parámetros introducidos a la estrechadora para la fabricación de los tapers fueron de 20µm de diámetro cuello y 3mm amplitud inicial oscilación quemador, con una mezcla de gases butano y oxígeno de 1700 y 600 respectivamente. Finalmente se procede a colocar la fibra sobre la máquina estrechadora y finalizado el proceso con los parámetros establecidos con anterioridad se obtiene un acoplador de fibra fabricado con fibras adelgazadas por el método de fusión y estirado con flama.

Estudio óptico de la geometría de meta-átomos

Los meta-átomos son estructuras menores a la longitud de onda, cuyas propiedades ópticas y eléctricas exóticas han llamado la atención en la formación de componentes ópticas. Dichos meta-átomos son la unidad más pequeña que conforman una metasuperfice; éstas metasuperfies, pueden ser utilizadas para la formación de componentes ópticas, como lo son las metalentes. En este trabajo revisamos las diferentes geometrías de los meta-átomos para diseñar y analizar metalentes para iluminación. El principio de funcionamiento de una metalente conformada por meta-átomos, es la dispersión colectiva y estructurada de la luz. Al ajustar los parámetros geométricos de los meta-átomos, es posible enfocar la luz.

Sensor de temperatura basado en interferómetro Mach Zehnder en fibra

Se presenta un dispositivo sensor de temperatura en el rango 100-300°C basado en un interferómetro Mach Zehnder de fibra óptica (MZFI) empleando fibra óptica estándar. Dicho MZFI se compone de dos adelgazamientos abruptos (tapers) fabricados con las dimensiones 1mm-1mm-1mm (transición de bajada-cintura de taper- transición de subida) colocados de manera consecutiva con una separación de 10mm entre sí. Mediante el uso de una fuente de luz en el rango de 1400-1650nm y un horno se aplicó un cambio de temperatura. A partir del resultado observado en el espectro óptico de salida, se determinó un corrimiento lineal en todo el rango de medición resultando una sensitividad de 0.05nm/°C, lo cual lo hace apropiado para aplicaciones de monitoreo de temperatura en la industria.

Refracción y absorción no lineal en nanovarillas de oro en solución coloidal

Las nanopartículas metálicas son ampliamente estudiadas debido a sus posibles aplicaciones en diferentes áreas, en este trabajo se estudian experimental de las propiedades ópticas no lineales de tercer orden de refracción y absorción no lineal de 3 muestras de nanovarillas de oro en suspensión coloidal con diferente razón de aspecto que son: 2.25, 4.38 y 4.88. Las nanovarillas de oro fueron sintetizadas por el método de semilla de crecimiento, las cuales fueron crecidas con $AgNO_3$ a diferentes concentraciones de $1ml$, $3ml$ y $4ml$. Para caracterizar las muestras usamos la técnica de z-scan, usando como fuente de excitación un láser pulsado $Ti:Al_2 O_3$ con línea de emisión alrededor de los $800 nm$ y duración del pulso de $80 fs$ y frecuencia de repetición de $80-95 MHz$. Se obtuvieron resultados de refracción no lineal positiva para las 3 muestras y resultados de absorción no lineal negativa para 2 muestras, de estos resultados experimentales se hace un ajuste a un resultado numérico utilizando un modelo no local [1] [1] E.V. García Ramírez et al, Journal of optics, 13:085203, 2011

Polarization coherence theorem in birefringent nonlinear optical fibers

Recently, Eberly et al. introduced the polarization coherence theorem (PCT): $P^2=V^2+D^2$, where the polarization $P$, visibility $V$, and distinguishability $D$ are joined. In this work, we study the PCT in birefringent nonlinear optical fibers by considering circularly polarized input light fluctuating in amplitude. We analyze the behavior of the output PCT as a function of the linear birefringence and average input power. We demonstrate that the output light field undergoes a reduction of $P$ and $V$ but an increase of $D$ when the linear birefringence approaches a critical value defined by the average input power; otherwise, $P$, $V$, and $D$ remain unaffected. We also show how the average input power impacts $P$, $V$, and $D$ by enhancing the linear birefringence.

Convolución para el modelado del patrón de irradiancia LED

El desarrollo de la tecnología de diodos emisores de luz (LED) ha permitido una amplia gama de aplicaciones. En el panorama pandémico reciente, la sanitización de superficies se ha convertido en una prioridad y la irradiación LED representa una forma rápida y eficiente de inactivar el coronavirus SARS-CoV-2, donde las pequeñas dimensiones y el control de los patrones de radiación constituyen la flexibilidad en el diseño del LED. En este trabajo, presentamos un método para modelar la distribución espacial de la irradiancia del LED sobre un objetivo situado a distancias cortas (<5mm) utilizando la convolución entre la imagen del LED y una máscara o kernel que considera un ángulo variable de inclinación para el plano del objetivo. Teniendo en cuenta el supuesto de que la imagen LED a distancias cortas contiene información sobre la direccionalidad de la emisión de luz y la emitancia LED, nuestro método no requiere conocimiento sobre la hoja de datos LED, por lo que la fotografía LED se puede procesar de inmediato. Los patrones de irradiación calculados con nuestro método fueron bastante similares a los obtenidos en los experimentos de laboratorio.

Iluminación con Metalentes

En este trabajo proponemos un método de diseño de una metalente para obtener un patrón de iluminación, específico. En nuestro enfoque dividimos la fuente de luz y el plano tarjeta en rejillas, cada punto de intersección de cada rejilla entre fuente y tarjeta tiene una correspondencia uno a uno, el diseño de la metalente se obtiene al aplicar un método iterativo al resolver la ecuación deferencial de la fase.

Ley de Snell para metasuperficies

En este trabajo, deducimos la ley de Snell 3D para metasuperficies con perfil de fase 2D arbitrario, la derivación se realiza desde un enfoque geométrico y como resultado obtenemos las ecuaciones para calcular la dirección del los rayos refractados y reflejados por una metasuperficie sobre la cual inciden rayos con direcciones arbitrarias.

Medición de la energía, momento y fuerza transmitidos por un láser pulsado

Los efectos de la presión de radiación en objetos macroscópicos tienden a ser despreciables por se inversamente proporcionales a la velocidad de la luz y directamente proporcionales a la irradiancia de la fuente. Sin embargo, un láser pulsado es capaz de comprimir toda su energía en un muy corto periodo de tipo lo cual aumente de gran manera la irradiancia. Por lo cual se construyó un sistema con un péndulo al cual se le apuntó un láser pulsado Continuum Surelite I-10 Nd:YAG que genera $250mJ$ para $\lambda=532nm$. Con este sistema se obtuvieron mediciones de Energía, momento y fuerza transferidos. Se encontró que si es posible mover objetos macroscópicos únicamente con la presión de radiación ejercida por el láser. De tal manera que el momento y la fuerza transferida al péndulo tienen un comportamiento lineal igual a la resta del momento/fuerza de radiación del láser menos un factor de perdida que depende del material, esto es $p_t(E)=p_r(E)-\alpha$ y $F_t(E)=F_r(E)-\beta$.

Metalentes para iluminación y el método de cuerdas

El método de cuerdas (también llamado método del jardinero), es uno de los métodos geométricos básicos para el análisis y diseño de concentradores de luz y óptica de iluminación en sistemas ópticos tradicionales. En este trabajo implementamos el método de cuerdas para diseñar y analizar metalentes para iluminación. Con los avances e innovaciones en óptica y fotónica de los últimos años han surgido las metalentes, lentes ultra-planas. Las metalentes se componen de una metasuperficie que consta de grupos de nano-esparcidores ópticos (metálicos o dieléctricos) espaciados por distancias muy pequeñas, menores a la longitud de onda de la luz, éstos redirigen la luz incidente para darle forma al frente de onda en función a su distribución. Las metalentes se han propuesto para cambiar los complicados sistemas compuestos de lentes tradicionales por sistemas ópticos compactos con metalentes. Aquí proponemos el análisis y diseño de metalentes por el método de cuerdas, en específico para obtener un concentrador de iluminación, compuesto de dos metalentes inclinadas.

Momento angular de la luz y correlación espacial de fotones convertidos descendentemente

La conversión espontánea paramétrica descendente, es una de las formas más eficientes de producir fotones individuales. Por ello, este trabajo se dedicará al estudio de la correlación espacial entre ellos, considerando haces de luz paraxiales con momento angular orbital (MOA) bien definido como haz de bombeo. Mediante el uso superposiciones de modos Laguerre-Gaussianos, se calculará la función de amplitud conjunta de primer orden para determinar las coincidencias espaciales de pares de fotones teóricos emitidos. Se presentan algunas distribuciones de coincidencias en el dominio del espacio de momentos. Además, se mostrará el diseño de rejillas de difracción con discontinuidades radiales con el fin de obtener emisión de haces con momento angular bien definido, como un preámbulo para la implementación del proyecto en la practica.

Comparación experimental de curvas de barrido en z de un medio térmico, obtenidas a través de una cámara y un detector

Una de las técnicas de caracterización de materiales ópticos no lineales es la bien conocida “Técnica de barrido en Z”, la cual consiste en hacer un barrido con el medio alrededor de la cintura de un haz Gaussiano, detectando la luz transmitida a través del medio a campo lejano con un medidor de potencia. Los datos registrados son graficados en función de la posición de la muestra, obteniendo así una curva de barrido en Z, de la cual se obtiene el signo y magnitud del índice de refracción no lineal que presenta el medio. A finales del año pasado, surgió una pregunta e inquietud, de ¿como varían estos resultados si se cambia el medidor de potencia por una cámara de celular?, en la cual se registrarían distribuciones de intensidad en ves de magnitudes de intensidad, esta inquietud surgió de la necesidad de remplazar un fotodetector por una cámara de celular, debido a la falta de éste. Así, en respuesta a la pregunta realizada, se presenta en este trabajo una comparación experimental de curvas de barrido en Z empleando un medio térmico, un fotodetector y una cámara de celular.

Introducción a los haces Gaussianos huecos (hollow Gaussian beams)

Los haces Gaussianos huecos (HGB) son una clase especial de haces en forma de dona que no transportan el momento angular orbital [1]. Dichos haces tienen una amplia gama de aplicaciones en muchos campos, incluida la óptica atómica, la biofotónica, la ciencia atmosférica y la física del plasma. Estos haces se identifican por su distribución de intensidad tipo "dona", un centro oscuro encerrado por un anillo brillante . Al igual que los haces Bessel [2] y Mathieu [3] de orden superior, los HGB también tienen un perfil de intensidad de dona pero no llevan momento angular orbital. En este trabajo se realiza un estudio teórico introductorio a la formación de este tipo de haces, se muestran las expresiones características para el campo eléctrico, intensidad y algunos perfiles de intensidad. [1] Chaitanya, N., Jabir, M., Banerji, J. et al. Hollow Gaussian beam generation through nonlinear interaction of photons with orbital angular momentum. Sci Rep 6, 32464 (2016). [2] Arlt, J. & Dholakia, K. Generation of high-order Bessel beams by use of an axicon. Opt. Comm. 177, 297–230 (2000). [3] Gutiérrez-Vega, J. C., Iturbe-Castillo, M. D. & Chávez-Cerda, S. Alternative formulation for invariant optical fields: Mathieu beams. Opt. Lett. 25, 1493–1495 (2000).

Trazo de rayos en médios con indice de refracción gradiente inmersos en un medio no normalizado

Por lo general, para obtener un método de trazo de rayos menos complicado en un medio de índice de gradiente (GRIN), se realiza una normalización. Esta normalización consiste en que los valores del índice de refracción en la superficie del medio GRIN y el valor del medio de índice de refracción donde está inmerso son los mismos. Esta normalización se realiza argumentando que no hay pérdida de generalidad en la propagación del rayo dentro del medio GRIN, sin embargo, esto limita a que el rayo incidente (rayo fuera del medio GRIN) siempre se propague en un medio con un índice de refracción constante igual al de la superficie del medio GRIN, el cual, cuando entra al medio GRIN no genera ninguna refracción inicial. En este trabajo se presenta un método de trazo de rayos exacto basado en las invariantes del rayo, el cual es tan simple que ya no es necesario realizar la normalización para reducir las complicaciones del trazado de rayos en los medios GRIN. Para observar su funcionamiento se implementa en diferentes medios GRIN simétricos, tales como los medios rectangulares, cilíndricos y esféricos. Finalmente, se presenta que el invariante del rayo proveniente del principio de Fermat aún se conserva incluso fuera de la lente. Esto implica que no es necesario aplicar la ley de Snell cuando el rayo sale del medio GRIN, ya que la conservación de la invariante del rayo de Fermat asegura la conservación de la ley de Snell, dado que el invariante es una ley generalizada de Snell.

Doble peine de frecuencia en un láser Q-switched/mode-locked de fibra dopada con tulio mediante la rotación de la polarización no lineal

En este trabajo, presentamos características de un doble peine de frecuencia a longitudes de onda cercanas a 2 μm, obtenidos con un láser de fibra dopada con tulio Q-switched/mode-locked (QML). Este régimen se logra a través del control de dos placas retardadoras que permiten ajustar la absorción saturable mediante la técnica de la rotación de la polarización no lineal (NPR). En este sentido, fijando las placas retardadoras y variando la potencia de bombeo en un rango de 1 a 3 W, se logra mantener estable los dos peines de frecuencia, obteniendo así una duración de la envolvente del pulso QML de 1.46 μs que corresponde a una energía de pulso máxima de 5.96 μJ y una potencia máxima de 160 mW. Las frecuencias máximas de los peines son de 26 kHz y 2.63 MHz de los pulsos Q-switched y mode-locked, respectivamente. Debido a las características presentadas del doble peine de frecuencia se cree que podrían ser útiles principalmente para espectroscopia, metrología y comunicaciones ópticas.

Simulación de metalentes TIR

Los avances actuales en metalentes, están conduciendo al desarrollo de nuevos sistemas ópticos compactos, principalmente en aplicaciones de imagen. Aquí, enfocamos el estudio de los metalentes, en aplicaciones de la óptica de iluminación. En este trabajo presentamos el estudio y diseño de una lente con reflexión interna total (metalente TIR), mediante el uso de simulaciones electromagnéticas con el método de las Diferencias Finitas en el Dominio del Tiempo (FDTD). La metalente TIR, está configurada tanto por un metalente como por un metaespejo sobre una placa transparente, y como fuente se utiliza un diodo emisor de luz (LED). Realizamos un análisis de la eficiencia de la propuesta configuración mediante el uso de simulaciones FDTD.

Modelo del cristalino humano de una sola función

El ojo humano tiene la maravillosa capacidad de observar objetos a diferentes distancias, lo que se conoce como proceso de acomodación. El cristalino, que es la lente interna del ojo humano, juega un papel muy importante, debido a que este proceso se logra mediante los cambios en la curvatura de su superficie y, a su vez, mediante los cambios en la distribución de su índice de refracción gradiente. Diseñar un modelo matemático del cristalino que reproduzca al mismo tiempo ambos cambios ha sido una tarea muy complicada, debido a la asimetría que presenta en su forma. En este trabajo se presenta un modelo de cristalino que es capaz de reproducir, al mismo tiempo, ambos cambios durante el proceso de acomodación y además tiene la ventaja de ser un modelo de una sola función, la cual, depende de un solo parámetro para simular el proceso de acomodación para diferentes distancias objetos. Este modelo de cristalino fue seleccionado por la revista Optics and Photonics News como uno de los mejores 30 trabajos publicados en el área de la óptica durante el año 2020 a nivel mundial, dado que los cambios en su forma externa y en su distribución de interna de índice de refracción, así como las aberraciones, durante el proceso de acomodación se encuentran dentro de los rangos reportados experimentalmente.

Reconstrucción de un médio con índice de refracción gradiente usando los invariantes de Fermat

En las últimas décadas, el trazado de rayos en medios de índice de refracción gradiente (medios GRIN, por sus siglas en inglés) ha sido muy bien estudiado y se han propuesto varios métodos para generar el trazo de rayos. Estos métodos presentan ideas que van desde como solucionar la ecuación de la Eikonal de forma analítica hasta como solucionarla por métodos numéricos; todos estos métodos tienen algo en común: la distribución del GRIN debe de ser conocida. Sin embargo, los métodos para derivar la distribución del índice de refracción para un rayo de luz deseado determinado se han estudiado poco debido a lo difícil que es resolver este problema. En este trabajo, se presenta el método más simple de implementar y más preciso para derivar la distribución de un médio GRIN. Este método se basa en las invariantes del rayo, como lo establece el principio de Fermat, cuando los medios presentan simetrías.

Sensor de humedad relativa basado en el efecto de interferencia multimodal utilizando fibra sin núcleo adelgazada cubierta con alcohol polivinílico

La fibra óptica tiene propiedades intrínsecas que le dan ventajas sobre otras tecnologías para la elaboración de sensores. Estas propiedades incluyen la inmunidad a interferencia electromagnética y la compactibilidad, entre otras. Además de las propiedades intrínsecas de las fibras ópticas, se han desarrollado dispositivos a base de fibra óptica como los adelgazamientos de fibra óptica o tapers, y los dispositivos de fibra óptica a base de interferencia multimodal. Estos dos dispositivos de fibra óptica se han utilizado para incrementar la sensibilidad y ampliar la cantidad de variables que se puedan sensar con fibras ópticas. Los sensores de fibra óptica a base de interferencia multimodal y aquellos a base de tapers son un campo de investigación con avances constantes, además de nuevas propuestas que han sido de interés ya que han logrado formar dispositivos de sensado con alta sensibilidad a pesar de ser extremadamente compactos y con estructura relativamente sencilla. En este estudio se presenta un sensor de fibra óptica basado en interferencia multimodal para el sensado de humedad relativa que implementa una fibra óptica especial conocida como no core fiber, la cual se adelgazará y se cubrirá con alcohol polivinil. La fibra óptica especial adelgazada se implementa con el propósito de aumentar la sensibilidad manteniendo al sensor compacto y con buena relación costo-beneficio. Para lograr el propósito del proyecto, se desarrolló un método para la elaboración de dispositivos de fibra óptica a base de interferencia multimodal que permite hacer tales dispositivos a la medida que se desee. Posteriormente, se desarrolló un método para la elaboración de tapers que permita hacerlos a la medida sobre los dispositivos de interferencia multimodal. Estos dos métodos permiten la elaboración de sensores de humedad relativa que pueden ser colocados en un circuito óptico para después estudiar su sensibilidad.

Caracterización de metaespejos mediante simulación FDTD

En la actualidad, se ha cobrado gran interés en la miniaturización en todos los elementos optoelectrónicos, es por eso que alrededor del mundo, muchos grupos de investigación están trabajando en caracterizar y desarrollar metalentes, por sus múltiples aplicaciones; es por ello que en la siguiente investigación, trabajamos en caracterizar distintos metaespejos, en donde tomamos en cuenta la configuración geométrica y los materiales de sus nanoelementos; se trabajó con el método de las Diferencias Finitas en el Dominio del Tiempo (FDTD) obteniendo resultados muy buenos e interesantes que podrían ayudar al desarrollo de futura tecnología.

Metalentes plasmónicas para la generación de haces Airy

Los haces de Airy se propusieron por primera vez como soluciones a la ecuación paraxial de Helmholtz en el año 2007. Estas soluciones fueron propuestas teóricamente por Berry y Balazs en la mecánica cuántica desde 1979, siendo interesantes por su comportamiento "acelerado". En los últimos años se ha logrado la estructuración de haces Airy mediante metasuperficies plasmónicas, dispositivos que permiten enfocar la luz en regiones espaciales reducidas, como las denominadas metalentes cuyo funcionamiento se basa en la interferencia constructiva ocasionada por esparcidores de luz de escala nanométrica colocados en una superficie metálica. En la literatura se ha propuesto la generación de haces Airy mediante complejos arreglos de nanocavidades o nanovarillas, incluso con la excitación de plasmones polaritones de superficie mediante luz previamente estructurada. En este trabajo se presentan diseños minimalistas de nanorendijas realizadas en un metamaterial hiperbólico para la generación de un haz de Airy. Se presenta la caracterización numérica de estas metalentes, simulaciones que se han realizado empleando el método de la ecuación integral, el cual es un método riguroso que resuelve las ecuaciones de Maxwell sustituyendo el perfil de la metalente por una colección de fuentes puntuales derivadas de la interacción entre las rendijas y el haz Gaussiano incidente sobre la metalente. Se muestra la generación del haz de Airy con diversos arreglos de nanorendijas para diferentes longitudes de onda y se muestra la propiedad de autoreconstrucción. Además, se muestra la modificación de la curvatura del haz manipulando el orden de las nanorendijas. Las características únicas del haz de Airy: su propagación a través de trayectorias aceleradas aún en ausencia de un potencial externo y su auto-reconstrucción, los hacen candidatos para ser utilizados en el enrutamiento de energía sobre una interfaz metálica entre dispositivos plasmónicos ligeros de dimensiones micrométricas.

Síntesis y caracterización de los N-GQD@AuNP con efecto de resonancia de plasmón para sensores optoelectrónicos

Los puntos cuánticos de grafeno (GQD) son pequeños fragmentos y su emisión puede ocurrir solo a ciertas frecuencias las cuales dependen del tamaño y pueden usarse para crear monitores a color, computadoras y electrodomésticos. Los GQD también han encontrado aplicación como etiquetas fluorescentes en la investigación médica y biológica. Los métodos de producción de grafeno existentes no son adecuados para la producción de puntos cuánticos de grafeno. Por un lado, se pueden cortar puntos a partir de grandes láminas de grafeno. Por otro lado, se pueden utilizar como base láminas obtenidas por deposición química de vapor. Sin embargo, en el primer caso es difícil controlar la uniformidad de la punta, y en el segundo caso, su tamaño. Esto complica no solo la aplicación de los puntos en la práctica, sino también sus estudios teóricos. Para mejorar la calidad de los puntos cuánticos de grafeno, es necesario desarrollar una tecnología de producción nueva. El objetivo de presente investigación fue síntesis de los GQD con grupos funcionales -N (N-GQD). La síntesis de GQD se realizó por método hidrotérmica utilizando una fuente de carbono (grafeno, nanotubos de carbono multicapa y carbón negro) y H2O2 como agente oxidante, además de que se añadió una fuente de N en la reacción para modificar la superficie química del GQD, dando lugar al nanomaterial N-GQD. Su superficie química modificada permitió parcialmente la nucleación y el acoplamiento de nanopartículas de oro a partir de una solución de HAuCl4, creando el compuesto N-GQD@AuNP. El nanomaterial N-GQD se caracterizó por espectroscopía de UV-Vis, espectroscopía de FTIR, difracción de rayos X (XRD), espectrometría infrarroja por transformada de Fourier y espectrometría de fotoluminiscencia, y el compuesto N-GQD@AuNP se caracterizó por UV-Vis, presentando bandas características a 280 nm, 325 nm (para N-GQD) y uno a 425 nm (AuNP).

Estudio de la Respuesta Angular de un Sensor Óptico Basado Resonancia de Plasmones de Superficie para Aplicaciones de Biosensado

La resonancia de plasmones de superficie es un modo eficaz de sensado óptico basado en la para la detección de los cambios del medio adyacente a la capa superficial de metal a escala de sublongitud de onda. El presente trabajo es un estudio para investigar la respuesta angular de un sensor óptico basado en la resonancia de plasmones de superficie (SPR) y características ópticas para aplicaciones de biosensado en la región visible. Se utilizaron las ecuaciones de Fresnel y el Método de Matriz de Transferencia (MMT) para predecir la respuesta del sensor SPR de la reflectividad para diferentes longitudes de onda de la región visible. Los experimentos permitieron obtener con precisión el ángulo de resonancia del plasmón y los resultados obtenidos fueron comparados con los obtenidos numéricamente. De la discusión de resultados se pudieron obtener los parámetros de diseño de un sensor SPR para aplicaciones potenciales de biosensado.

Sensor de desplazamiento de fibra óptica basado en una película de polímero

Se presenta un sensor de micro desplazamiento, basado en un interferómetro Fabry-Perot extrínseco, formado por la interacción entre una película de polímero delgada Mylar y un conector de fibra FC/PC. El espectro de interferencia producido por el interferómetro presenta una visibilidad alrededor de 15 dB y un rango espectral libre de 12 nm. Al determinar los cambios de potencia óptica en determinadas longitudes de onda, fue posible detectar cambios de desplazamiento. Los resultados experimentales muestran que la sensibilidad es de 0.445 dBm/µm en el rango de desplazamiento de 0 a 4.5 µm. El sensor exhibe una buena respuesta lineal con un R cuadrado de 0.98. Finalmente, esta configuración ofrece compacidad y un bajo costo de implementación. La configuración propuesta como sensor de desplazamiento consiste en una fuente de amplio espectro, la cual se compone de un diodo láser de bombeo de 980nm (QFBGLD-980-500) conectado a un multiplexor por división de longitud de onda 980/1550 (WDM, wavelength division multiplexor) que está unido a una fibra dopada con erbio (M5-980-125, Thorlabs). El amplio espectro generado llega a un circulador óptico que tiene un conector FC/PC al final del puerto 2. El conector FC/PC se fijó sobre una base de traslación XYZ y se colocó de forma perpendicular contra la película de polímero, aquí el polímero se mantuvo fijo y el conector FC/PC se movió hacia este en incrementos de 0.25 µm. Por último, el espectro de reflexión, obtenido del puerto 3 del circulador óptico, se observa mediante un analizador de espectros ópticos (Yokogawa, AQ6370B).

Medición Interferométrica de radios de curvatura locales usando IDP

Uno de los problemas a los que se enfrentan los fabricantes de superficies asféricas o de formas libres, es la medida de la calidad de la forma de la superficie. En este trabajo presentamos un método para medir radios de curvatura locales usando un frente de onda plano como fuente de iluminación y un IDP como instrumento sensor para encontrar los radios de curvatura. Se usa el IDP debido a su sensibilidad al producir interferencia solo cuando se tiene una fuente puntual, la cual es producida en cada centro de curvatura de cada radio de curvatura local.

Sobre la imposibilidad de una onda plana de transportar momento angular en la dirección de propagación

Clásicamente concebimos a la luz como ondas electromagnéticas capaces de transportar energía, momento lineal y momento angular. El momento angular es descrito mediante la ecuación $\vec{j}=\vec{r}\times\vec{p}$ donde $\vec{p}=\varepsilon_{0}\vec{E}\times\vec{B}$ es la densidad de momento lineal de la onda. De aquí se concluye que una onda plana circularmente polarizada no tiene componente de momento angular en la dirección de propagación, sin embargo, esta componente fue medida experimentalmente por R. A. Beth [1]. Esta contradicción surge del hecho de considerar ondas planas de extensión infinita. Los haces reales de luz están limitados espacialmente por sí mismos o bien por el sistema óptico en el que inciden y esta extensión finita da lugar a que los campos eléctrico y magnético tengan componentes en la dirección de propagación [2]. En este trabajo se discuten las expresiones que describen los campos eléctrico y magnético de una onda circularmente polarizada de extensión finita, con frentes de onda planos, con el objetivo de obtener su momento angular. [1] Beth, R. A. (1936). Mechanical Detection and Measurement of the Angular Momentum of Light. Physical Review, 50(2), 115–125. [2] Jackson, J. D. (1998). Classical Electrodynamics. Wiley.

Análisis del experimento de la primera medición del momento angular de la luz

Una onda electromagnética, la cual posee energía, momento lineal y momento angular, es capaz de transferir estas magnitudes físicas a la materia al interaccionar con ella. En virtud de este hecho en 1936 R. A. Beth [1], llevó a cabo un experimento para detectar y medir la transferencia de momento angular desde un haz de luz circularmente polarizado a un medio birrefringente que altera el estado de polarización del haz. La idea general para la medición de este fenómeno es la siguiente: luz circularmente polarizada incide en una placa retardadora de media longitud de onda, suspendida en su centro por una fina fibra de cuarzo, de acuerdo con la teoría electromagnética la luz debería ejercer un torque sobre la placa retardadora colgante que la pondría a oscilar. Al medir las amplitudes de estas oscilaciones y a partir de la teoría que describe el movimiento de oscilación de un péndulo de torsión es posible medir la torca que la luz ejerce sobre la placa retardadora como función de las variables del experimento; intensidad, polarización y fase relativa de las componentes de la luz. En este trabajo se interpreta y explica el procedimiento para medir el torque de la luz y se revisan los resultados obtenidos en el experimento. [1] Beth, R. A. (1936). Mechanical Detection and Measurement of the Angular Momentum of Light. Physical Review, 50(2), 115–125.

Mecanismo de luminiscencia en PMMA dopado con Eu3+ y Gd3+

La luminiscencia de los compuestos de tierras raras (TR) es ampliamente estudiada debido a sus interesantes características espectrales y aplicaciones significativas. Los polímeros dopados con TR exhiben, además de propiedades ópticas como estrecha línea de emisión, tiempos de vida largos, etc. [S. Panda, 2020], muchas otras propiedades como: alta transparencia, alta resistencia al impacto, posibilidad de termofusión, entre otras . [Sosa et al, 2003]. Un polímero que cuenta con todas estas características es el polimetilmetacrilato (PMMA) y debido a ello es una matriz apropiada para el desarrollo de materiales altamente luminiscentes [Tucureanu et al, 2014]. Por otro lado, el europio (Eu3+) y el gadolinio (Gd3+) se utilizan ampliamente como iones efectivos para la emisión de luz roja debido a la pureza de su color [Villabona, 2017]. En este trabajo sintetizamos con éxito PMMA:Eu3+:Gd3+ mediante polimerización por radicales libres, variando la concentración de Eu3+ de 0.1 % hasta 6% en mol y dejando fija la concentración de Gd3+ en 1% mol. Para estudiar el mecanismo de luminiscencia obtuvimos los espectros de excitación y emisión, en los cuales se observan las bandas ópticas relacionadas con Eu3+. Las intensidades de emisión para PMMA:Eu3+:Gd3+ con diferentes concentraciones de Eu3+ bajo excitación de 395 nm se analizaron mediante un modelo de ecuaciones de razón, con enfoques macroscópico y microscópico, para estudiar la interacción entre los iones Eu3+. El modelo de ecuaciones de razón considera que dicha interacción es impulsada por la migración de energía directa (Eu3+ → Eu3+). La solución exacta de estos modelos concuerda con los resultados experimentales y se reportan la tasa de transferencia de energía correspondiente, la distancia de Förster y la constante de relajación radiativa y no radiativa.

Estudio y análisis del diseño de un sistema multi-espejos fuera de eje para un objetivo de litografía ultravioleta extrema

En los últimos años los sistemas de reflexión multi-espejos fuera de eje se han popularizado y han tomado gran relevancia de debido a las ventajas que ofrecen como la ausencia de aberración cromática, baja sensibilidad a temperaturas y presión del aire, así como la obtención de sistemas más ligeros. Además de la calidad de imagen al incluir campos de visión amplios y eliminar los obscurecimientos u obstrucciones. Por lo tanto, teniendo aplicaciones en cámaras aeroespaciales y en general en sistemas infrarrojos y ultravioleta como son los sistemas litografía ultravioleta extrema (EUVL). La tecnología EUVL, que es la próxima generación de litografía, utilizada (principalmente en impresión / fabricación de chips, también conocida como "fabricación") que utiliza una gama de longitudes de onda ultravioleta extrema (que abarcan aproximadamente un 2% de ancho de banda FWHM de aproximadamente 13,5 nm, considerada para imprimir dispositivos de 32 nm e inferiores. Debido a la capacidad de absorción de la mayoría de los materiales ópticos conocidos por debajo de una longitud de onda de 100 nm prohibiendo una alta transmitancia. Por eso el uso de elementos reflectantes son la principal opción para los sistemas de EUVL al tener una mayor transmitancia. En este trabajo se presenta el estudio y análisis para el diseño de un sistema óptico multi-espejos fuera de eje para un objetivo EUVL, teniendo en cuenta las restricciones de una apertura numérica de 0.2-0.5, una longitud de onda de 13 nm y el ángulo de incidencia del rayo principal en la máscara inferior a 6 grados en general. El principio de diseño y análisis de desempeño utilizando el software comercial de diseño Zemax OpticStudio también son presentados.

Numerical Computation of Fluorescence Lifetime to Evaluate the Coupling of NV Centers in Plasmonic Nanostructures using the Local Density of States

We present in this work the numerical computation of fluorescence lifetime to evaluate the coupling of NV Centers into plasmonic nanostructures as a function of distance using the density of states. Quantum emitters (QEs) are used as single-photon sources in quantum technologies such as quantum communication and quantum information. Examples of QEs are nitrogen-vacancy defect centers in diamonds. The QEs are quantum systems; when they absorb a photon, it becomes excited, After a time, ∆T (called lifetime fluorescence) experiments a decay by spontaneous emission emitting a photon of lower energy. One of these channels is through a non-radiative decay channel, such as coupling into a plasmonic mode when interacting with the plasmonic structure. The decay rate of an emitter into a plasmonic mode can be numerically computed using the projected local density of states (LDOS) for the plasmonic mode. Using the method of Green’s function through the dyadic Green's and taking the imaginary part of Green's function, we calculate the LDOS numerically using FDTD, where we model the fluorescent nanodiamond as oscillating dipole as sources in Maxwell's equation to produce electromagnetic fields. Through the Purcell factor, we calculated the emission rate and the lifetime of the color centers NV; through the rate decay and lifetime, we can evaluate the coupling efficiency of the nanostructures under study.

Excitación de ondas electromagnéticas superficiales en nanopelículas depositadas en guías de onda planas

La excitación de ondas electromagnéticas superficiales ha sido ampliamente estudiada en aplicaciones ópticas de sensado, tanto en configuraciones de óptica en volumen [1,2] como en fibras ópticas [3–5]. Dentro de las aplicaciones basadas en óptica en volumen, podemos encontrar el uso de los cubreobjetos como guías de ondas planos, los cuales constituyen una plataforma óptica de bajo coste, que al ser recubiertos con una o varias películas delgadas, han permitido el desarrollo de aplicaciones de sensado [2,6,7]. En este trabajo se compara la respuesta de los cubreobjetos después de ser depositados con nanopelículas de distintos materiales, con el fin de estudiar la sensibilidad, resolución y figura de mérito de cada configuración mediante el análisis de su respuesta espectral, con miras al desarrollo de sensores de sustancias biológicas. Referencias 1. A. Sinibaldi, N. Danz, E. Descrovi, P. Munzert, U. Schulz, F. Sonntag, L. Dominici, and F. Michelotti, Sensors Actuators, B Chem. 174, 292–298 (2012). 2. O. Fuentes, I. Del Villar, J. M. Corres, and I. R. Matias, Sci. Rep. 9, 1–10 (2019). 3. E. Gonzalez-Valencia, I. Del Villar, and P. Torres, Sci. Rep. 11, 1–11 (2021). 4. I. Del Villar, P. Zubiate, C. R. Zamarreño, F. J. Arregui, and I. R. Matias, Opt. Express 25, 10743–10756 (2017). 5. N. D. Gómez Cardona, E. Reyes Vera, and P. Torres, IEEE Sens. J. 18, 7492–7498 (2018). 6. O. Fuentes, J. Goicoechea, J. M. Corres, I. Del Villar, A. Ozcariz, and I. R. Matias, Opt. Express 28, 288 (2020). 7. J. Borejdo, Z. Gryczynski, R. Fudala, C. R. Joshi, K. Borgmann, A. Ghorpade, and I. Gryczynski, J. Biomed. Opt. 23, 1 (2018).

Sensor óptico para medición no invasivo de glucosa

Los problemas de salud relacionados con la glucosa en el organismo se atribuyen a la diabetes mellitus que es una enfermedad metabólica que se caracterizada por un aumento de glucosa en la sangre. A pesar del acceso de la atención de esta enfermedad en el sector salud, la mayoría de los adultos con diabetes no cumplen un adecuado nivel glucémico. El control individual de la enfermedad es vital para tener un buen nivel de vida y parte de ese control es medir el nivel de glucosa constantemente. Los métodos más establecidos para la determinación de la glucosa en sangre son invasivos y dolorosos, ocasionando con frecuencia infecciones cuando se requiere un monitoreo constante en el paciente. Por lo anterior, se presenta en este trabajo la primera etapa del desarrollo de un sistema óptico no invasivo que utiliza tecnología Arduino para la detección de glucosa en sangre. El sistema tiene la característica de lectura rápida y es sencillo de utilizar. El sensor utiliza un fotodetector infrarrojo que se adapta a una tarjeta Arduino UNO. La radiación infrarroja cercana es amplificad y filtrada para correlacionar con la concentración de glucosa. Se realizaron análisis de espectroscopía VIS-IR para estudiar la respuesta de la concentración de la glucosa en agua destilada y seleccionar la respuesta espectral adecuada para el sensor. Posteriormente se implementó el sensor óptico para generar las curvas de calibración para concentraciones de glucosa en de agua destilada que permitieron ajustar las medidas ópticas con las señales electrónicas del sistema. Además se compararon con un glucómetro comercial encontrando correlación con las lecturas del sistema óptico.

Sensor de detección de curvatura de desplazamiento de alta sensibilidad basado en un interferómetro de fibra óptica

El uso de sensores de fibra óptica se ha incrementado notablemente debido a la necesidad de monitoreo en diferentes aplicaciones, tales como sensores químicos, biológicos y físicos, además de dispositivos intrínsecos en láseres de fibra óptica. En este trabajo, se presenta un estudio experimental en un filtro utilizando fibra óptica la cual se modificaron sus características físicas, con la técnica de fabricación conocida como heat-pull donde el núcleo y el revestimiento fueron reducidos calentando y estirando desde sus dos extremos. La fibra monomodo se fijó sobre un accesorio flexible y se flexiono la fibra en incrementos de $10$ $μm$, se obtuvieron mediciones del espectro óptico de cada uno de los cambios en la fibra al realizar los mencionados incrementos. Los resultados indican cambios en la potencia a través del filtro debido a la curvatura inducida de $250$ $μm$ en la fibra óptica, los cuales parten de $-3.70$ dbm hasta $-3.77$ dbm a una longitud de onda de $1553$ nm, lo que indica una sensibilidad de $0.07$ dBm con una resolución de $1.6×10^{-3} μm^{-1}.$

Efectos de polarización en un pantalla de cristal líquido

En este trabajo se presentan los resultados de la caracterización de una pantalla de cristal líquido (LCD). En particular se revisará, su comportamiento cuando se proyectan distintos niveles de grises en un modulador de luz espacial (SLM XGA2 marca CRL OPTO), y cómo estos cambios son equivalentes a un elemento retardador de fase. Se comparan los resultados con el comportamiento de una placa retardadora. Lo anterior con la finalidad de tener una referencia para analizar los efectos de polarización al usar una bolsa de plástico, cuando está sujeta a una tensión mecánica.

Análisis computacional de conversores modales basados en redes de perdido largo fabricadas en fibras de pocos modos empleando el método de irradiación con láser de CO2

El diseño de conversores modales utilizando redes de periodo largo (LPG) en fibras ópticas de pocos modos tienen muchas ventajas, como una alta eficiencia de conversión, que son completamente a fibra óptica, sintonizables, de fácil fabricación y de gran interés en la técnica de multiplexación por división modal. En este trabajo se modelaron numéricamente LPGs fabricadas mediante la técnica de escritura con láser de CO2 utilizando el método de diferencias finitas y la teoría de modos acoplados, para ilustrar la relación entre las modulaciones del índice de refracción y la eficiencia de acoplamiento de modos de orden superior. Al fabricar LPG, la fibra es expuesta por el láser de CO2 desde un lado, generando un índice de modulación asimétrico. Los resultados de las simulaciones muestran que el acoplamiento entre los modos LP01 y LP11 puede adaptarse cambiando la forma y el área de modulación del índice de refracción en el núcleo de la fibra afectado por el láser, manteniendo una alta eficiencia de acoplamiento y con bajas pérdidas por inserción. Adicionalmente se logró el fenómeno de acoplamiento de doble resonancia debido a la condición de coincidencia de fase permitiendo un conversor modal que cubre las bandas O + E + S + C.

Comparación entre los Diferentes Fenómenos No-lineales que Generan Segundo Armónico en la Superficie y en el Bulto del Cristal de Silicio

Es bien sabido que existen diferentes contribuciones a la señal de segundo armónico generada por un cristal. En particular para el silicio se considera que por ser centrosimétrico la contribución principal es la de la superficie y que el bulto del cristal no contribuye o la razón entre esta contribución y la de la superficie es muy pequeña. Sin embargo, estas pequeñas contribuciones existen y si varios fenómenos de segundo armónico de orden superior están presentes, entonces su contribución ya no es despreciable. Más aun resulta que esta contribución está en la misma dirección que la generada por la superficie según el Modelo de Enlace de Hiperpolarizabilidad (SBHM, por sus siglas en inglés), tal y como mostramos en este trabajo al comparar los diferentes tensores de susceptibilidad generados de acuerdo con este modelo. En particular comparamos las contribuciones de segundo armónico debidas a la superficie, el rompimiento de simetría en el bulto del cristal por un campo eléctrico constante (EFISH, por sus siglas en inglés), otro mecanismo es el debido al gradiente del haz de excitación y finalmente por dispersión espacial. Proponemos también una manera de separar las contribuciones del bulto de las de la superficie.

Respuesta óptica de una guía de ondas fotónica de conductor real con inclusiones de fractal de koch

Muchas de las herramientas geométricas estudiadas permiten ser utilizadas en múltiples métodos de investigación teniendo como resultado grandes aplicaciones; por ejemplo, la geometría peculiar conocida como fractales. Se desarrolló un método numérico para modelar la respuesta óptica de una guía de ondas de cristal fotónico de conductor real; en particular, para un metal. Este problema fue abordado haciendo uso de una técnica numérica conocida como el Método de la Ecuación Integral. Además, se utilizó el modelo de Drude para modelar las inclusiones metálicas con una geometría de un fractal de Koch. Se muestra la respuesta óptica mediante la estructura de bandas y la reflectancia debido a la red cristalina de dicho material aplicado para diferentes tamaños de las inclusiones. Esto promete excelentes aplicaciones ópticas interesantes tales como el enfocamiento óptico mejorado; en particular, el campo de las celdas solares que prometen mejorar la eficiencia de la absorción de estos dispositivos.

Diseño numérico de un absorbedor de metamaterial usando un método integro-diferencial

En este trabajo se analiza numéricamente la absorción de la radiación electromagnética de un sistema de multicapas con estructuras periódicas que contienen un índice de refracción negativo. Este material artificial es conocido como “Metamaterial” y está constituido por una estructura metálica geométrica y periódica incrustada en un medio dieléctrico. Para modelar numéricamente el sistema se utiliza la técnica conocida como el “Método de la Ecuación Integral”. Los resultados numéricos muestran bandas de absorción muy eficientes en el espectro solar. Una de las principales posibles aplicaciones de este diseño del absorbedor con metamaterial es su uso en una celda solar. Esto permite incrementar significativamente la absorción de luz solar y por lo tanto la eficiencia final del dispositivo.

Modelo numérico de un sensor óptico mediante la resonancia de los plasmones de superficie en una fibra óptica

En este trabajo se presenta un estudio numérico de la resonancia del plasmón superficial en una fibra óptica a una longitud de onda específica variando los ángulos de incidencia y el medio que será sensado. La configuración simplificada consiste en la representación del corte longitudinal de la fibra óptica recubierta de una capa de plata. El método numérico utilizado se conoce como el Método de la Ecuación Integral. Los resultados representados por la luz transmitida muestran un mínimo local característico que corresponde al ángulo de excitación del Plasmón Polaritón Superficial para cada uno de los medios en los cuales está contenido el sistema, teniendo así una representación numérica de un sensor de fibra óptica. Estos sensores tienen aplicaciones en diversas ramas de la investigación como en medicina, biología, etc.; debido a que es posible tener una medición en tiempo real de la temperatura, el índice de refracción, entre otros.

Modelado de la dilatación de rocas mediante la técnica de speckle

Este trabajo se realiza para poder determinar las causa del daño en estructuras prehispánicas, construidas a base de rocas. Se decidió medir de manera indirecta en rocas de la región y en una primera instancia el modelado para una roca. Se diseña un sistema geométrico aleatorio designado como roca. Mediante un proceso aleatorio se dilata el perfil del volumen de la roca, el que pudiese representar algunas micras. Este proceso simulará la expansión o contracción de la roca mediante alteraciones climáticas, en especial la temperatura. Se propone un modelo matemático para la incidencia y reflexión de la luz que mediante Monte Carlo se obtendrá el modelo de motas, y mediante escalamiento se propondrá su variación de estas motas. La comparación se realiza mediante la obtención de un par de imágenes digitales, y la propagación de un haz que simulará un equivalente al interferometry de Young, para determinar la dilatación del objeto. Se muestra los resultados del modelo propuesto donde se expresa la dilatación medida en algunos micrómetros. Esta idea nos ayuda a buscar mediante una exposición real al sol y determinar si las estructuras construidas con rocas sufren alteraciones a lo largo del tiempo.

Modelo numérico de una guía de ondas de cristal fotónico caótica que contiene materiales con índice de refracción negativo

En este trabajo consideramos un sistema electromagnético compuesto por dos superficies planas conductoras y un arreglo periódico de inclusiones cilíndricas circulares de metamaterial (LHM) dispersivo que forman una guía de ondas de cristal fotónico (PCW). Este sistema tiene una estructura de bandas dada por una relación de dispersión que nos permite caracterizar los modos normales propios. Para una PCW realista consideramos un número de periodos suficiente que representan la PCW de longitud finita. Para abordar este problema, se usó la técnica numérica conocida como el Método de la Ecuación Integral que permite obtener la respuesta electromagnética. Se calcularon algunas propiedades estadísticas de las intensidades obtenidas como fueron la función de autocorrelación y la longitud de correlación que permiten caracterizar el fenómeno del caos electromagnético en una PCW con LHM dispersivo. Una de las posibles aplicaciones en la sincronización del caos es diseñar configuraciones para encriptar la información.

Visualización de la derivada de un frente de onda en el experimento de Young

El patrón de franjas observado en el experimento de Young pone de manifiesto la naturaleza ondulatoria de la luz. Se puede explicar usando dos principios físicos. El primero, conocido como principio de Huygens, sugiere que cada punto de un frente de onda se puede considerar como una fuente esférica secundaria. El segundo, conocido como principio de Fresnel, sugiere que el frente de onda propagado es el resultado de la superposición de los frentes de onda generados por las fuentes secundarias de Huygens. Usando ambos principios mostramos que el experimento de Young permite obtener la derivada del frente de onda generado en los orificios y con esta demostración tener un explicación de por qué se observa un patrón de franjas llamadas franjas de interferencia. La idea se generaliza para otros tipos de frentes de onda, dando resultados numéricos.

Análisis de la polarización de la luz en un compuesto termocrómico en estado líquido

En este trabajo se propone el estudio de la polarización de la luz en un compuesto químico basado en un material cromoactivo el cual varía sus propiedades ópticas en función de los cambios de temperatura a los que se someta. Para los análisis se realizan tres muestras del compuesto con diferentes cantidades del material cromoactivo, el análisis de estas muestras se lleva a cabo en su estado líquido con variaciones de temperatura desde los 30 a los 60° C. Para el análisis de las muestras se utiliza un controlador de temperatura, un diodo con longitud de onda de 405 nm, dos películas linealmente polarizadoras en el espectro visible y un medidor de potencia PM320 de Thorlabs. Se busca analizar los resultados a partir de la transmisión de potencia a la salida del arreglo experimental.

Recuperación de un objeto con alta resolución mediante pticografía de Fourier

Pticografía de Fourier (PF) es una técnica para obtener imágenes microscópicas computacionales, está basada en la microscopia óptica y consiste en la síntesis de una mayor apertura numérica a partir de un conjunto de imágenes adquiridas por varios ángulos de iluminación, resultando en un alto incremento en la resolución comparada con la microscopia convencional. A diferencia de los métodos interferométricos, PF recupera la información de fase por medio de un algoritmo iterativo que procesa el conjunto de imágenes adquiridas en el domino de Fourier (dominio frecuencial) para finalmente combinar estos datos en una sola imagen que parece haber pasado a través de una lente "sintética", cuyo tamaño efectivo puede extenderse por todo el cono de luz difractada por el objeto para ofrecer una resolución mucho mayor. Por lo tanto, el propósito de este trabajo es estudiar la técnica de PF para la recuperación de un objeto de amplitud y fase, con alta resolución por medio de simulaciones realizadas en Matlab, que muestran el proceso iterativo del algoritmo de pticografía de Fourier

Medición de distancias entre partículas mediante interferencia de la radiación de campos evanescentes en el campo lejan

En este trabajo se investiga teórica y experimentalmente la interferencia debido a la radiación coherente de dos campos evanescentes que se encuentran en contra propagación. La radiación se origina debido a esparcimiento óptico provocado por imperfecciones en la superficie y se observa mediante un microscopio óptico. Un par de haces láser iluminan una interfase vidrio-aire, bajo la condición de reflexión total interna produciendo dos ondas evanescentes que se propagan en direcciones opuestas. Los campos evanescentes radian desde la superficie dentro del dominio de campo lejano debido a los pequeños dispersores en la superficie. Debido a lo anterior, se produce interferencia en la región de campo lejano la cual está correlacionada con las posiciones relativas de las fuentes de iluminación evanescentes por lo que puede ser usado como un dispositivo para mediciones a escala micrométrica entre partículas.

Estudio del haz de Airy y su potencial de Bohm

En la actualidad, el estudio de los haces ópticos es de gran importancia debido a sus aplicaciones tecnológicas y a su vez porque nos permite conocer más sobre la naturaleza de la luz. En particular los haces estructurados son de gran interés tanto teórica como experimentalmente. Los haces acelerados, es decir, generalizaciones del haz de Airy, son ejemplos de haces estructurados que tienen propiedades que pueden ser usadas en aplicaciones en diferentes áreas como metrología, micro litografía, óptica no lineal, cirugía médica, así como en comunicaciones inalámbricas y ópticas. En este trabajo se presenta un análisis del potencial de Bohm asociado con los haces estructurados de Airy bidimensionales.

Perfeccionando la pinza óptica evanescente mediante la conversión de momento angular de espín a orbital

Los campos ópticos evanescentes han resultado especialmente útiles cuando se trabaja con sistemas a escalas microscópicas, ya que pueden superar el límite de difracción, permitiendo crear patrones con tamaños mucho menores a longitud de onda. Empleando la teoría electromagnética completa se calcula, de manera numérica, las fuerzas ópticas producidas por un haz evanescente fuertemente enfocado sobre partículas dieléctricas nanométricas. Este haz se genera enfocando un anillo de luz mediante un objetivo de microscopio de reflexión total interna, de manera que se tiene un campo evanescente en el medio donde se encuentran las partículas. Los resultados obtenidos muestran que, para un campo enfocado con polarización circular y potencias de un par de miliwatts, es posible confinar de manera estable a las partículas en el centro del haz. Además, cambiando la carga topológica del haz es posible transferir el momento angular de la luz hacia la partícula, lo que provoca que se muevan en una órbita circular estable. Sin embargo, cuando el momento angular de espín producido por la polarización circular se opone al momento angular orbital de la carga topológica resulta en una pinza óptica extremadamente eficiente, con muy baja transferencia de momento angular y de un tamaño menor a la longitud de onda.

Laser de fibra dopada con erbio con una punta de fibra recubierta de aluminio como espejo en cavidad lineal

Los láseres de fibra óptica dopada con erbio han sido estudiados en las últimas décadas mediante cavidades con diversas configuraciones, ya sea lineales, en anillo o figura 8. Mientras los arreglos en anillo y figura 8 se construyen a partir de un único o dos lazos, respectivamente, la cavidad lineal se ha construido con espejos de fibra tales como las rejillas de Bragg y sus variantes, interferómetros Fabry-Perot, lazos de fibra óptica y espejos de bulto. Sin embargo, el recubrimiento de puntas de fibra con metales altamente reflejantes que operen como espejos, eliminando la necesidad de alineación y reduciendo las pérdidas de inserción comparadas con otros elementos ha sido poco exploradas en configuraciones lineales. En este trabajo se presenta la operación de un láser todo de fibra óptica en configuración lineal que utiliza como espejos de cavidad una rejilla de Bragg centrada en 1549.48 nm y una punta de fibra recubierta de aluminio, la cual fue fabricada a partir de la técnica de deposición física de vapores. Los resultados muestran un reducido ancho espectral de la emisión láser debido a la naturaleza del elemento de sintonización y una excelente estabilidad en potencia y longitud de onda con bajas fluctuaciones. Asimismo, el uso de la punta recubierta de aluminio beneficia la potencia de salida y relación señal a ruido gracias a la mayor conversión de energía en el medio activo de alta ganancia, convirtiendo dicho dispositivo en un elemento compacto, robusto y viable en la construcción de láseres de fibra óptica lineales. Este proyecto ha sido apoyado parcialmente por la Universidad de Guanajuato a través del proyecto 205/2022, Convocatoria Institucional de Investigación Científica (CIIC-2022), y por el CONACyT a través del proyecto CB-A1-S-33363.

Cuántica, Óptica y Música: el arpa láser

El arpa láser es un instrumento musical inventado en 1981 por el compositor y artista visual Bernard Szajner. Este instrumento combina aplicaciones de la óptica, la cuántica y la tecnología MIDI, captando señales analógicas producidas por láseres e interpretándolas para generar música. Mediante el uso de un haz de luz monocromática y un espejo oscilante se producen reflexiones en la trayectoria del haz, lo que hace posible asignarle a cada reflexión una posición específica dada por la ley de Snell. Cuando se toca cada "cuerda" del arpa láser, se interrumpe el flujo del láser y dicha variación es captada por una fotorresistencia que recibe la luz reflejada; de acuerdo con la teoría de bandas, cuando luz con suficiente energía incide sobre un semiconductor, los electrones de su banda de valencia "saltan" a la banda de conducción, lo que permite el paso de corriente eléctrica a través de la fotorresistencia, esta corriente eléctrica puede ser recibida por Arduino mediante puertos analógicos e interpretada a través de la tecnología MIDI para asignarle sonidos y generar música. En este trabajo se presenta un prototipo de arpa láser hecha con láseres, componentes electrónicos y una placa Arduino. El presente prototipo es capaz de generar 7 notas musicales, correspondientes a la escala diatónica.

Fibra óptica adelgazada con una película termocrómica como medio sensitivo a cambios de temperatura

En este trabajo de investigación se propone la fabricación de una fibra adelgazada mediante etching por medio de ácido fluorhídrico con una concentración al 100% y el depósito de la película termocrómica sobre la zona adelgazada de la fibra como medio sensitivo. Primeramente, se realizará un estudio experimental del comportamiento del material termocrómico por medio de un espectrómetro en el rango de temperatura de 30 a 60°C. Posteriormente, la caracterización de la fibra óptica taper se realizará por medio de un láser tipo pigtailed con una longitud de onda de 1550 nm. Se usará un equipo controlador de temperatura Qpod y un medidor de potencia PM320E. Finalmente, se realizará la medición de la potencia transmitida al variar la temperatura.

Caracterización experimental de un espejo deformable y un sensor de frente de onda tipo Shack-Hartmann

Cuando se quiere observar cuerpos celestes, estos parecen temblar dentro del objetivo del telescopio. Esto se debe, a que la luz procedente del objeto que se observa a través del telescopio viaja desde el objeto hasta nuestro telescopio en la Tierra y atraviesa la atmósfera, encontrando así la llamada turbulencia atmosférica. Una solución práctica a este problema aparece a través de la llamada óptica adaptativa, que es capaz de compensar los efectos de la turbulencia presente en la atmósfera. En este trabajo recurrimos a un sensor de frente de onda tipo Shack-Hartmann y a un espejo deformable para la rectificación. Por ello, se busca caracterizar el perfil de la superficie de un espejo deformable como función de los voltajes aplicados a los actuadores que componen dicho espejo. Para esto se emplearon un sistema interferométrico (interferómetro de Michelson) y un sensor de frente de onda tipo Shack-Hartmann. En el primer caso, el perfil del espejo deformable se obtiene mediante un interferograma y es necesaria la extracción de fase, de este patrón. Para esto, se utilizó el llamado método de Takeda. En el segundo caso, el sensor de Shack-Hartmann evalúa directamente las pendientes del frente de onda bajo medición. Se presentan las medidas del desplazamiento provocado por los actuadores en función del voltaje aplicado a dicho actuador. También se presentan ajustes Gaussianos a los perfiles encontrados en los actuadores. Se comparan dichos resultados experimentales con simulaciones que se han realizado previamente en el grupo de trabajo. Las mediciones se evaluaron con cambios en la deformación del espejo deformable con incrementos de 50 nm hasta un máximo de 350 nm.

Lente cilíndrica deformable para microscopio de hoja de luz

La microscopia de hoja de luz es una técnica de microscopia óptica que permite la visualización tridimensional de objetos mediante un esquema de iluminación perpendicular al objetivo de detección. El plano de iluminación puede generarse, por ejemplo mediante una lente cilíndrica, sin embargo, la resolución axial del sistema depende del grosor del haz Gaussiano enfocado por lo que una alta resolución también significa una reducción en el campo de visión pues este depende del doble de la distancia de Rayleigh, debido a esto en este tipo de microscopios el diseño se hace con base en el tamaño de la muestra que se quiere analizar. Para solventar lo anterior en este trabajo se presenta el diseño y simulación de una lente cilíndrica deformable hecha de Polidimetilsiloxano (PDMS) que puede cambiar su distancia focal al ser sometida a esfuerzos mecánicos con lo que se obtienen diferentes dimensiones de la hoja de luz de iluminación permitiendo la visualización de objetos de dimensiones desde centenas a decenas de micrómetros sin tener que cambiar las componentes ópticas del sistema de iluminación. Presentamos el diseño óptico así como el análisis del desempeño del sistema y simulaciones de las propiedades mecánicas de la lente al ser deformada.

Simulación de las franjas de interferencia de un interferómetro de Michelson

Entre los interferómetros de división de amplitud, uno de los más conocidos e importantes es el interferómetro de Michelson, el cual consiste en dividir un frente de onda divergente de luz coherente utilizando un divisor de haz y haciendo que cada uno de los haces se refleje en un espejo para que atraviesen nuevamente el divisor de haz y finalmente se superpongan después de recorrer diferentes caminos ópticos. En el área de superposición se observa la interferencia de los dos haces, cuyas franjas de interferencia dependerán de la inclinación de los espejos, pudiendo observar franjas circulares, verticales, elípticas, parabólicas o hiperbólicas. El interferómetro de Twyman-Green es una variación del interferómetro de Michelson, en donde se utiliza un frente de onda plano en vez de uno divergente. En este trabajo se presenta una simulación de las franjas de interferencia obtenidas en un interferómetro de Michelson, en donde es posible modificar la inclinación de los espejos de manera que se podrán observar los diferentes tipos de franjas. Así mismo, es posible cambiar la longitud de onda, al igual que seleccionar el tipo de frente de onda de la luz, con lo cual se simula también el interferómetro de Twyman-Green. Para mayor entendimiento del experimento, también puede verse una imagen con la inclinación exagerada que se le proporciona a los espejos. Con esta simulación se pretende proporcionar una forma fácil de observar las franjas de estos interferómetros y analizar su comportamiento al modificar la inclinación de los espejos sin recurrir al laboratorio.

Caracterización óptica de resina transparente de impresión 3D

El uso de la impresión 3D ha demostrado ser muy útil para resolver problemas en el ámbito de la vida cotidiana, científico y tecnológico, el aumento de su demanda a provocado que su tecnología vaya mejorando y que resulte cada vez mas accesible tener una impresora 3D en nuestro entorno. Existen varios tipos de impresoras 3D y cada una tiene diferentes características que la diferencian del resto: • Extrusión de Material (FDM) • Polimerización VAT (SLA y DLP) • Fusión de polvo (SLS) • Inyección de Material (MJ) • Inyección de Aglutinante (BJ) • Deposición directa de energía (Direct Energy Deposition) • Laminado en hojas (Sheet Lamination) Las más utilizadas para uso no industrial son FDM y SLA, siendo la mas común la FDM también llamada de filamento que son alimentadas por medios de rollos, en los ultimos años se ha extendido el uso de impresoras 3D de resina (SLA), que trabaja con resinas que son endurecidas por medio de radiación focalizada consiguiendo una mayor resolución espacial y mayor numero de aplicaciones ya que dispone de resinas flexibles, dentales, quirúrgicas y transparentes. En este trabajo nos enfocamos en esta ultima (transparentes) pensando en un potencial uso para generar lentes para el ámbito científico como una alternativa accesible para el diseño de arreglos experimentales. Con este fin hemos caracterizado la resina para determinar su viabilidad para generar con ella piezas ópticas para uso didáctico o de investigación.

Simulación de la difracción de campo cercano o de Fresnel

La difracción es un fenómeno que se presenta cuando un haz de luz pasa a través de una ranura u obstáculo que impide el libre paso de ésta. Este fenómeno produce, en una pantalla distante, un patrón de luz formado por zonas brillantes y oscuras, que además es característico de la ranura u obstáculo que lo produce, proporcionando información de la forma y tamaño de ésta. La distancia entre la ranura (u obstáculo) y la pantalla de observación puede ser desde algunos centímetros, produciendo la difracción de campo cercano o también llamada difracción de Fresnel, o incluso del orden de kilómetros llamada difracción de campo lejano o de Fraunhofer. Las aplicaciones de la difracción son variadas e importantes y se encuentran en la industria, entretenimiento, etc. En este trabajo presentamos la simulación de la difracción de campo cercano o de Fresnel. Usando el software Matlab se realizó un código que permite visualizar el patrón de difracción de un objeto que puede ser creado mediante su función de transmitancia o mediante una fotografía o dibujo. Para que el código pueda calcular el patrón de difracción se utiliza la teoría de Fourier. Se emplea la transformada de Fourier extendida (XFT) para obtener resultados satisfactorios. Además se creó una interfaz gráfica para que cualquier usuario pueda manipularla y de esta manera entender la difracción, por lo que también se puede emplear como una herramienta didáctica.

Simulación y análisis gráfico de luz roja, azul y verde polarizada linealmente al pasar por un papel celofán (retardador)

La polarización de la luz es la selección del plano de vibración del campo eléctrico de ésta. Un retardador es un material o dispositivo que modifica la polarización de la luz dependiendo de su birrefringencia o de sus índices de refracción. En la vida cotidiana un material que funciona como un retardador es el papel celofán, que cuando se coloca entre dos polarizadores lineales se observa un color de luz específico que depende del espesor del celofán y de la orientación relativa de los polarizadores y del celofán. Este resultado se debe a que el papel celofán produce un retardo diferente para cada color. En este trabajo se presenta una simulación de este experimento; para ello, se desarrolló un código en Matlab en el cuál es posible seleccionar la orientación de cada uno de los polarizadores así como el espesor del celofán. Como resultado se presenta un gráfico con el vector de polarización resultante después de hacer pasar luz de color roja, azul y verde a través del celofán. También se presenta una imagen que muestra el color resultante cuando luz blanca pasa a través del sistema descrito anteriormente. Esta simulación es muy útil para explicar vectorialmente el fenómeno de retardo de la luz; además, es visualmente atractivo al obtener diferente color variando el espesor o la orientación relativa de los polarizadores.

Modelación de un sistema de óptica adaptativa

La óptica Adaptativa es una técnica que permite mejorar la calidad de un sistema óptico reduciendo en tiempo real las perturbaciones sobre un frente de onda. Este tipo de sistemas estiman muy rápidamente la deformación del frente de onda y lo corrigen mediante el uso de elementos ópticos, por lo general espejos deformables, la mayoría de los sistemas de óptica adaptativa funcionan de un modo parecido, su funcionamiento se basa en tres principales componentes: 1. Corrector de frente de onda: compensa las aberraciones medidas generando una forma superficial que es idealmente conjugada al perfil de aberración. 2. Sistema de control computacional: convierte la salida natural del sensor de frente de onda en órdenes de voltaje que son enviadas al corrector de frente de onda. 3. Sensor de frente de onda: mide las aberraciones ópticas en el plano de salida A lo largo de este trabajo se han desarrollado programas que modelan la respuesta de un sensor de Shack-Hartmann, la superficie de un espejo deformable y un control de tipo PID. Este trabajo modela los tres componentes principales del sistema de óptica adaptativa mencionados con anterioridad. El desarrollo del programa para el modelado de la superficie de un espejo deformable fue mediante las funciones de influencia de los actuadores en este tipo de espejos, así como programas para representar los frentes de onda mediante los polinomios de Zernike y la solución numérica de la ecuación diferencial que describe el comportamiento temporal de un sistema de óptica adaptativa. Por otro lado, el modelo del sensor de Shack Hartmann fue mediante el uso de la óptica de Fourier y la teoría escalar de la difracción. El uso de la Óptica de Fourier ha permitido tener resultados realistas del desempeño de estos sistemas. El modelo de este sistema do óptica adaptativa logra corregir frentes de onda arbitrarios, de igual manera se pueden reconstruir dichos frentes de onda con muy poca diferencia con respecto del frente de onda original

Reconstrucción de superficies de objetos puramente de fase

La digitalización de la superficie de objetos se puede realizar mediante el análisis de la imagen con la deformación de las franjas de una rejilla binaria o cosenoidal proyectada sobre el objeto de estudio. La deformación de las franjas produce una modulación de fase de la que se puede extraer la información sobre el contorno o forma de la superficie. Para extraer esta información se utiliza el método de perfilometría por transformada de Fourier propuesta por Takeda. Para proyectar la imagen de la rejilla sobre un objeto de dimensiones pequeñas del orden de centímetros o milímetros se puede utilizar el bien conocido efecto Talbot, que crea autoimágenes de objetos periódicos localizadas en múltiplos de la llamada distancia de Talbot. En este trabajo se reconstruye la forma de la superficie de una gota de agua utilizando el efecto Talbot y la perfilometría por transformada de Fourier. Para ello se coloca la gota de agua sobre un portaobjetos en el plano de la autoimagen, por lo que el campo óptico se transmite a través de ésta, y debido a la diferencia de camino óptico producida por el objeto, deforma la autoimagen de la rejilla, que es analizada posteriormente para obtener el relieve en 3D del objeto. Con esta técnica es posible obtener mediciones del índice de refracción del objeto. Se presentan algunos resultados que verifican nuestra propuesta.

Generación de Segundo Armónico por Dispersión Espacial en Cristales Centrosimétricos

Es bien conocido que los materiales centrosimétricos no presentan generación de segundo armónico en el bulto, a menos que exista un mecanismo que rompa la simetría del cristal en alguna dirección. En este trabajo analizamos que pasa cuando la dispersión espacial está presente en la dirección de propagación del haz de excitación para un cristal centrosimétrico que tiene la capacidad de generar segundo armónico a esa frecuencia de excitación en su superficie. En particular trataremos con silicio en la dirección (001) y mostraremos a partir de un desarrollo electromagnético general como es posible obtener ecuaciones equivalentes a las del modelo de enlace de hiperpolarizabilidad simplificado (SBHM, por sus siglas en inglés) para este fenómeno nolineal cuadrupolar. Esta expresión que derivamos es análoga a la que se obtiene por ejemplo para la contribución por gradiente del campo eléctrico del haz de excitación y también el tensor de susceptibilidad que describe la dispersión espacial es de rango cuatro.

Aplicación para la generación matemática de luz polarizada usando polarizadores y retardadores

La polarización es una característica de las ondas electromagnéticas que se basa en la selección de la vibración de su campo eléctrico. La luz natural o no polarizada se polariza debido a alguno de los mecanismos físicos tales como el esparcimiento, la reflexión, el dicroísmo y/o mediante la birrefringencia de algunos materiales. En particular, el dicroísmo es utilizado por dispositivos conocidos como polarizadores en los que el campo eléctrico de un haz de luz es absorbido si no es paralelo al eje de transmisión del polarizador. La birrefringencia o doble refracción es utilizada en los dispositivos conocidos como retardadores. Estos dispositivos pueden ser representados matemáticamente por arreglos matriciales de 4x4 elementos conocidos como matrices de Müeller, mientras que los haces de luz se representan por arreglos matriciales de 4x1 elementos, llamados vectores de Stokes. Usando estas herramientas matemáticas se puede comprender la creación de un haz de luz polarizado. En este trabajo se desarrolló una aplicación en Java con el objetivo de comprender el concepto de polarización de la luz de una forma dinámica, simple y visual. En esta aplicación se pueden crear “n” polarizadores y/o retardadores de diferentes características con las orientaciones de sus ejes a elección del usuario, así como definir el haz de entrada en el sistema. El estado de polarización del haz que emerge de estos dispositivos se presenta en forma matricial y gráfica. La aplicación muestra las matrices de Müeller de los dispositivos creados, así como los vectores de Stokes del haz de luz de entrada. Se muestra la aplicación creada y algunos ejemplos. Adicionalmente, un grupo de estudiantes de la licenciatura en física utilizó esta aplicación, observándose una mejora en la comprensión de los conceptos; se presenta el análisis.

Caracterización de la respuesta de un dispositivo de interferencia multimodal a variaciones de pH de líquidos

En este trabajo se reportan los resultados obtenidos del proceso de caracterización de un dispositivo de Interferencia Multimodal (MMI, por sus siglas en inglés) de fibra óptica como sensor de pH. El sensor consiste simplemente en una pequeña sección de fibra multimodo (MMF, por sus siglas en inglés) empalmada por ambos extremos a fibras monomodo (SMF, por sus siglas en inglés) sin revestimiento, que puede considerarse también como una fibra sin núcleo. La sensibilidad del sensor es caracterizada en función de la longitud y el diámetro de la sección de MMF, este último es reducido mediante ataque químico. Se demuestra su aplicación como sensor de pH sobre un rango de 4 a 7 utilizando recubrimientos poliméricos sensibles a pH, lográndose una alta sensibilidad, respuesta lineal y buena repetitividad dentro del rango de operación considerado.

Interferómetro de Sagnac de fibra óptica de plástico como sensor de índice de refracción

El presente trabajo se muestra la fabricación de un interferómetro de Sagnac óptico de fibra de plástico (POF) que funciona como un sensor de índice de refracción. Debido a las propiedades de las fibras ópticas de plástico, el sistema de sensado propuesto es compacto y bajo costo; características que lo hacen pionero y de gran interés en diversas áreas de la ciencia y la industria. El interferómetro de Sagnac es fabricado con una sola pieza de fibra de plástico, facilitando su fabricación y evitando pérdidas en el sistema, como las provocadas por fusión. El acoplador tiene una longitud de ∼5 y es fabricado mediante la técnica de torsión. La relación de acoplamiento se modifica variando el índice de refracción de los medios que rodean al propio acoplador (soluciones de azúcar y agua destilada); modificando así también la transmisión. El sensor es capaz de medir concentraciones bajas (>=1 gm/100 ml) y altas (<1 gm=100 ml) de soluciones de azúcar. Por estudios previos se determina que la transmitancia disminuye a medida que aumenta la concentración de masa. Sin embargo, el decaimiento es más rápido para la baja concentración, mientras que el decaimiento es más lento para las concentraciones más altas. El sensor se calibra a 733 nm (alrededor del rojo) donde se probó previamente que la respuesta del interferómetro arroja mayores variaciones de transmisiones para las distintas soluciones. La estimación del índice de refracción fue posible mediante la correlación de la función de transmitancia (calculada ajustando los datos experimentales) con un modelo de índice de refracción lineal.

Revisión histórica y filosófica acerca de la masa del fotón y sus implicaciones en algunos fenómenos de la Física

La idea corpuscular de la luz fue defendida mayormente por Isaac Newton en un debate que tuvo con C. Huygens, el cuál pierde ya que este último termina por demostrar que la luz es una onda. Está idea continúa valida hasta la construcción de la teoría electromagnética de Maxwell, pero que, junto con el inicio de la mecánica cuántica, la luz vuelve a tomar características corpusculares. Este trabajo se centra en investigar y exponer todos los autores que de alguna manera pensaban que la luz no solamente posee propiedades corpusculares si no que también creían que poseía masa. Se mostrará como el propio Einstein no solo creía esto, si no que, además, obtiene un cálculo conocido como la “masa de Einstein de la luz” proveniente de la ecuación $\alpha = \frac{2Gm/ c^2}{r}$, debatiendo sus pros y contras con los preceptos de la ciencia actual.

Caracterización de maniquíes ópticos de gel de parafina mediante la transmisión de pulsos ultracortos de luz

Los maniquíes ópticos son sistemas diseñados para simular geometrías y parámetros físicos relevantes del tejido biológico, tales como el coeficiente de esparcimiento y el de absorción. Es posible caracterizarlos a partir del estudio del patrón de esparcimiento de luz que provoca la interacción de un pulso de luz con el material que los constituye. Una substancia que presenta alta capacidad de moldeo para simular diferentes geometrías de tejidos biológicos es el gel de parafina. En este trabajo presentamos la metodología para la elaboración y la caracterización óptica de maniquíes equivalentes a tejido biológico compuestos de nanopartículas de óxido de zinc dispersas en gel de parafina. La caracterización óptica se realiza mediante el análisis de la distribución de tiempos de vuelo de fotones que son transmitidos a través del maniquí. Para esto, el perfil de intensidad de un pulso de luz ultracorto transmitido por el maniquí es ajustado a la solución temporal de la ecuación de transporte radiativo usando la aproximación de difusión. De aquí obtenemos los coeficientes de esparcimiento y absorción de los maniquíes elaborados y se discuten sus valores en función de la concentración de nanopartículas de óxido de zinc en el gel de parafina, así como su cercanía con los valores reportados para diferentes tejidos biológicos.

Nonlinear response of different silicon nitride nanolayers

Silicon nitride is an interesting material for integrated optics for quantum information devices, mainly to its ease of fabrication and high nonlinearity, an important characteristic for efficient photon generation. A proper characterization of its nonlinearity is therefore needed for the design of waveguiding circuitry. In this work we present the study of the third-order nonlinear response of silicon nitride thin films using the z-scan technique with fs pulses @800nm.

Medición de tensión superficial calculando ángulo de contacto y volumen utilizando la imagen de una gota de agua

En este trabajo se calcula la tensión superficial con la captura de una imagen de una gota de agua. Se utilizó una webcam para la captura de video para obtener una imagen en la cual, la gota adquiere el máximo tamaño en que el peso y la tensión superficial se igualan al momento en que la gota se encuentra a punto de desprenderse. Con la imagen de la gota se obtiene el ángulo de contacto de la tensión superficial trazando dos líneas y se obtiene también la forma de la gota para calcular el volumen de esta. Con el uso del volumen y la densidad se calcula la masa para calcular el peso utilizando la fuerza de gravedad. Se calcula la tensión superficial utilizando la igualdad de esta con el peso de la gota.

Alineador óptico aplicado a un interferómetro de Michelson de fibra óptica

Al emplear láseres, el principal obstáculo es la alineación en libre espacio. Por ende, se busca reducir a un solo eje con la implementación de un dispositivo llamado capilar. El diseño experimental consiste en estudiar un interferómetro de Michelson; una señal de láser de 633 nm recolectada por un colimador y dirigida hacia un acoplador (2x2) de fibra óptica cuyo divisor de haz es 50/50. La separación a dos brazos del acoplador tiene la señal de referencia y la de muestreo. El brazo de referencia se le prepara con un buen corte, y tener así la reflexión de Fresnel. A su vez el otro brazo se introduce en el capilar y por el otro extremo se coloca frente a frente una terminal de fibra, la cual está recubierta de una película delgada de aluminio (por medio de pulverización catódica). Con esta implementación se obtiene una reflexión dependiente de la separación entre las fibras. Este estudio permite el sensado de tal separación, la cual se controla a través de un motor paso a paso para tener alta precisión en cada movimiento. Agradecemos el apoyo por parte de Edmund Optics, proyecto 001.

Construcción de un Telescopio Galileano como Ayuda Óptica para Baja Visión

“La baja visión o vista parcial, se define como la agudeza central reducida o la pérdida de campo visual”, la cual; es insuficiente desde el punto de vista funcional incluso con la mejor corrección óptica que se pueda obtener con una lente simple. Por lo tanto, en este trabajo se propone construir un Telescopio Galileano con un poder de amplificación de 2X, mediante el cual, nos permita obtener una visión satisfactoria en un paciente con disminución de agudeza visual (AV) lejana de 20/70 a 20/200 valorada con cartilla de LEA a 10 pies. Para llevar a cabo esta propuesta primeramente se identifica al paciente en cuestión con posibles causas de baja visión como: ambliopía, errores refractivos medios a altos, y/o enfermedades no progresivas. Posteriormente, se seleccionan las lentes requeridas para llevar a cabo la construcción del instrumento. Se realiza la caracterización tanto de las lentes propuestas como del arreglo experimental. Finalmente, se muestran los resultados experimentales sobre el poder de amplificación obtenido y se establecen parámetros específicos para determinar la funcionalidad del telescopio propuesto, como son: AV lejana, sensibilidad al contraste con pruebas de redes sinusoidales, así como un cuestionario de satisfacción. Esto nos permitirá establecer la mejoría en cuanto a resolución, nitidez y aceptación del usuario.

Fabricación de Divisor de Haz en Guía de onda con acopladores directos a fibra óptica multimodal

Se diseñó y fabricó un Divisor de Haz en guías de onda (de sección transversal cuadrada de 125 x 125 micras) con resina fotosensible usando un Nanoscribe. En cada extremo de las guías de onda se diseñó un conector para facilitar el acoplamiento con fibra óptica multimodal. Las guías de onda se probaron con luz visible (632nm) y con fotones individuales provenientes de una Conversión Paramétrica Descendente Espontánea (SPDC). Los coeficientes de transmisión y reflexión del divisor de haz son dependientes de la separación de las guías en la zona de interacción y la longitud de ésta. Los resultados muestran que es posible transmitir fotones individuales de una guía a otra usando el principio del campo evanescente.

Caracterización de una fuente láser de He-Ne

En diversos experimentos en el área de la óptica y la óptica no lineal es necesario el uso de una fuente láser, por esta razón la caracterización de dicha fuente es de suma importancia. En este trabajo se muestran resultados sobre la caracterización de un láser He-Ne que incluye la medición del radio mínimo del haz mediante la técnica de la navaja en las direcciones $x$ y $y$ del plano transversal, obtención del parámetro M$^2$, la determinación de la longitud de onda central y ancho de emisión mediante el uso de un espectrofotómetro.

La ecuación integral de Debye-Wolf como herramienta en los procesos de escritura láser directa (DLW)

El desarrollo de las técnicas de escritura láser, la teoría desarrollada por Wolf-Richards, y la ecuación integral de Debye-Wolf, son importantes herramientas para fabricar actualmente, micro y nano estructuras. En nuestro grupo de trabajo hemos usado la ecuación como una herramienta para visualizar la distribución del campo electromagnético utilizando como valores de entrada, la información de nuestras herramientas previo a la fabricación de microestructuras mediante la técnica de escritura láser directa mediante el fenómeno de low one photon absorption. La técnica de escritura láser desarrollada en el laboratorio consiste de una plataforma que se mueve en x,y,z haciendo incidir un láser continuo de 532 nm sobre una fotorresina negativa sensible a la longitud de onda incidente. Con los resultados de las simulaciones, se realizan ajustes a la plataforma en la distancia focal, potencia del láser, objetivo de lente a utilizar, espesor de la película de la fotorresina, para lograr las dimensiones deseadas y abordar el error de corrimiento del spot del láser cuando las microestructuras serán de las mismas dimensiones que el valor del focal shift. Con estas técnicas hemos sido capaces de realizar microestructuras de 50 micras para estudios de adsorción de partículas coloidales, máscaras y chips para aplicaciones en microfluídica y generación de microláseres. Presentaremos los aspectos más relevantes respecto al enfoque de un haz a partir de un objetivo de microscopio, utilizando la ecuación de Debye-Wolf para los casos libre de una interfaz y considerando aquellos en donde la interfaz es una fotorresina comercial, SU8.

“Medición de desplazamientos nanométricos empleando dos Interferómetros Fabry-Perot de fibra óptica”

En la biología, medicina, mecánica, ingeniería de materiales, industria farmacéutica, alimentaria, energía, construcción y aeroespacial, entre otras, se emplean productos de la escala nanométrica. Por ello, se requieren herramientas o equipos de extrema precisión capaces de realizar mediciones de alta resolución y exactitud. Las aplicaciones principales de los sensores nanométricos son medir masas y distancias, detectar partículas contaminantes o biológicas y supervisar los cambios en una superficie. En este trabajo se describirá un método para medir desplazamientos nanométricos (60 nm) empleando dos interferómetros Fabry-Perot (en serie o en paralelo), uno de referencia (FPIr) y el otro de sensado (FPIs), donde se analiza la señal de interferencia modulada, provocada por la reflexión de la luz de los interferómetros que tienen longitudes de camino óptico aproximadamente iguales (efecto Vernier). En la presentación se mostrará el diseño, el modelo matemático, la fabricación y los resultados experimentales.

Relación entre Interferencia constructiva, red de difracción y color de las alas de las mariposas

Se muestra la relación entre los fenómenos de interferencia constructiva, red de difracción y el color de las alas de las mariposas. Cuando la luz incide en las escamas de las alas de las mariposas, los diminutos surcos que forman reflejan solo algunas longitudes de onda de luz visible y otras longitudes de onda se cancelan, por lo que su color se debe a la interferencia constructiva y la geometría interna de las escamas determina actúa como una red de difracción que separa la luz blanca.

Índice de refracción de aceite de sesamum indicum y vitis vinífera

Se aplica la Ley de Snell para determinar el índice de refracción de los aceites de sesamum indicum y vitis vinifera. El aceite de sesamum indicus es uno de los primeros aceites vegetales consumidos por el ser humano, tiene todos los aminoácidos esenciales, ácidos grasos Omega 3 y Omega 6, que mejoran las funciones cardiovasculares. El aceite de vitis vinífera es uno de los antioxidantes más poderosos del mundo, combina ácidos grasos Omega 6 y Omega 9 que ayuda a la síntesis de colágeno y elastina en la piel. Debido a la utilización de ambos aceites en la industria gastronómica y cosmetología es de vital importancia determinar su índice de refracción ya que en apariencia son muy similares.

Estudio experimental de un sensor de nivel líquido basado en un acoplador NXN de fibras ópticas de plástico torcidas

En el presente trabajo se propone un sensor de nivel líquido de bajo costo basado en un acoplador NXN fabricado mediante el método químico y de torsión con fibras ópticas de plástico. Se realiza un estudio comparativo de la razón de acoplamiento con varios acopladores NXN. Se modifico la razón de acoplamiento variando el nivel de profundidad de diversos líquidos, incluyendo agua destilada, alcohol y aceite. Para los diversos líquidos que rodean el acoplador, nosotros encontramos que la transmitancia es menor para el aceite que para el agua y el alcohol, respectivamente. La calibración del equipo se realizo a 633 nm por ser la región del espectro a la que responde adecuadamente la fibra óptica de plástico. Finalmente, nuestro estudio demuestra que las fibras ópticas de plástico son un excelente dispositivo óptico para desarrollar tecnología de sensado, compacta, robusta y de bajo costo. Especialmente, las propiedades de las fibras ópticas de plástico dan la posibilidad de ser usadas en la industria de los alimentos, químicos y biomédicos.

Mecanismo de deposición de microgotas basado en el fenómeno de termocavitación

En las últimas tres décadas ha ido en aumento el desarrollo de tecnología de impresión por inyección de tinta para aplicaciones no gráficas, por ejemplo, la deposición de tintas conductoras, polímeros y electrónica impresa, entre otras. Estas nuevas aplicaciones requieren de sofisticados mecanismos de impresión y un análisis reológico de la sustancia a imprimir para mejorar su eficiencia. En este trabajo se presenta el estudio de la dinámica de gotas y/o chorros líquidos generados por el fenómeno de termocavitación, como una técnica alternativa a los mecanismos actuales de impresión. Una solución de nitrato de cobre disuelto en agua fue empleada como solución de trabajo, tanto para generar la burbuja de termocavitación como las gotas/chorros expulsados, la cual se encuentra en el interior de una cavidad elíptica truncada. El estudio de la dinámica de las gotas y/o chorros líquidos fue realizado con base en las propiedades reológicas de la solución (viscosidad, densidad y tensión superficial), los parámetros de imprimibilidad (números de Reynolds, Weber y Ohnsorge) y la velocidad de las gotas y/o chorros expulsados. Los valores obtenidos experimentalmente de los parámetros de imprimibilidad, ubican a las gotas/chorros generados por nuestra técnica, en una región cercana a la óptima para el proceso de impresión, aún presentando casos de gotas satélites o salpicaduras, las cuales pueden ser solucionadas en el futuro. Este mecanismo basado en termocavitación tiene un gran potencial en la deposición de películas delgadas.

Visión de componentes de las Ec. Maxwell en el régimen nano-Scópico

La Mecánica de Solido Rígido (MSR) es fundamental para la ingeniería y la física aplicada. MSR materializa el entendimiento aplicado de un problema y va más allá de una visión científica básica. El eminente auge del interés académico e industrial en materiales nanoestructurados, surge gracias al desarrollo y fabricación de diversas nanoestructuras plasmónicas que tienen aplicación en diversos campos de la ciencia, como lo son, medicina y fotónica. Esta creciente capacidad manufacturera de Nanoestructuras, sobre todo en materiales compuestos, nos obliga a preguntarnos si todo desarrollo tecnológico se debe hacer desde principios básicos o podemos desarrollar una visión tan practica como las que nos ofrece la MSR. Indudablemente, este esfuerzo se debe comparar con la capacidad de desarrollar materiales homogéneos con altas demandas de diseño y manufactura. En este trabajo, se presenta una descripción general de conceptos básicos de MSR para realizar un análisis introspectivo de teoría electromagnética y dinámica en la etapa de fabricación para nanoestructuras planificadas con estructuras específicas (EMSR) como bloques fundamentales del diseño de estructuras. Por lo cual, se procede a usar la incuestionable descripción de la nano-mecánica clásica para una colección de nano-partículas usando conceptos como: “centro de masa, momento angular, masa reducida, momento de inercia, campo eléctrico, etc.” Con la finalidad de describir la relación entre la geometría de las nanoestructuras (nano-cáscaras) y sus propiedades electromagnéticas realizando una analogía entre ellas y la respuesta física de la nanoestructura ante la interacción con la luz o un campo incidente.

Un enfoque de modos acoplados para el estudio de aplicaciones en sensores ópticos

El presente trabajo propone el estudio de la propagación de ondas en una microfibra óptica con recubrimiento metálico, para una posible aplicación en sensores ópticos. La propagación de las ondas es descrita por un sistema de ecuaciones diferenciales acopladas en función de las amplitudes de los modos al interior de la guía de onda. Asumiendo una propagación armónica en la dirección longitudinal, el sistema de ecuaciones diferenciales se reduce a un sistema de ecuaciones lineales descrita por una matriz de coeficientes. Esto permite determinar las amplitudes de los modos a través de métodos numéricos estándar. Una vez que los modos característicos son computados, es posible calcular la distribución de intensidad de campo transversal, así como el índice de refracción efectivo para la estructura propuesta.

Dependencia de los parámetros ópticos de tercer orden β y n2 con la concentración en películas de SiO2:Azul de metileno

Las respuestas ópticas no lineales de tercer orden pueden obtenerse al hacer incidir luz láser focalizada sobre una muestra, desplazándola alrededor del punto focal. Esta es la técnica conocida como Z- [1] . Preparamos películas de SiO2:Azul de metileno por sol gel con diferentes concentraciones del colorante. Aplicamos la técnica de Z-scan en estas muestras empleando un láser de He-Ne de 594nm. En este trabajo presentamos y discutimos los resultados obtenidos sobre el coeficiente de absorción y del índice de refacción de tercer orden. [1]. Sheik-Bahae, et al., "Sensitive measurement of optical nonlinearities using a single beam", Quantum Electronics, IEEE Journal of, 26(4), pp. 766, 1990.

Medición de visibilidad de franjas en el plano s y su aplicación a patrones de interferencia de baja coherencia

En óptica, un interferómetro de baja coherencia produce un patrón de interferencia cuya visibilidad de franjas tiene un valor dentro del intervalo de 0 hasta 1. Tradicionalmente, el parámetro se mide en base a la intensidad máxima e intensidad mínima del patrón de interferencia y existen tres casos: 1) si , la visibilidad de franjas es cero, 2) si la visibilidad de franjas es completa y 3) si la visibilidad de franjas es parcial. En este trabajo, aplicando la transformada de Laplace, el patrón de interferencia es representado como una función compleja de la forma Fm(s)=M(s)/N(s) donde M(s) y N(s) son polinómios. Usando el polinomio M(s) son calculados los polos y con el polinomio N(s) son calculados los ceros, los cuales son gráficados en un mapa de polos y ceros. En base a un análisis del mapa, una nueva relación es obtenida para medir la visibilidad de franjas en el plano complejo s. Esta técnica es demostrada numéricamente midiendo la visibilidad de franjas de un patrón de interferencia de baja coerencia.

Alineación de los ejes de una máquina CNC ZEEKO modelo IRP 100 utilizada para el pulido de superficies ópticas

Ya que las máquinas pulidoras de Control Numérico por Computadora CNC trabajan mediante sistema de coordenadas, es importante garantizar que los ejes de la Superficie y la Herramienta estén correctamente alineados, de lo contrario, la superficie fabricada tendrá características distintas a las requeridas. En este trabajo se describe la técnica que es utilizada para alinear los ejes de una máquina pulidora CNC de marca comercial ZEEKO modelo IRP 100. El método consiste en fijar el eje de la Herramienta, y sobre este, rotar el eje de la Superficie con un palpador micrométrico de por medio para determinar el desplazamiento que deberá hacerse al eje de la Superficie para lograr que ambos ejes queden alineados. La precisión alcanzada en la alineación de los ejes es de 12.7 micras y depende principalmente de la resolución del palpador utilizado en el experimento.

Sensor SMS grabado químicamente basado en interferencia multimodal y plasmon superficial para la detección de acetato de guanidina

Desde la a parición de la fibra óptica, se han reportado diferentes sensores basados en estructuras de fibra óptica donde las estructuras monomodal-multimodal-monomodal de fibras ópticas (SMS) se destacan debido ofrecen algunas ventajas únicas, como facilidad de fabricación, bajo costo, diseño flexible y alta sensibilidad. El estudio de las estructuras de SMS de fibra óptica ha permitido desarrollar técnicas de pulido, adelgazamiento y grabado químico que le permiten incrementar la sensibilidad de los sensores, disminuyendo su diámetro y aumentando la cantidad de ondas evanescentes salientes. Por otro lado, existen una gran diversidad de materiales que nos ayudan a mejorar la respuesta del sensor, algunos nanomateriales como lo son el oro, plata y cobre nos ayudan a enriquecer los efectos del plasmon de superficie, otros como el alcohol polivinílico nos ayudan a mejorar la estabilidad mecánica y protegen a las partículas metálicas del ambiente exterior; existen recubrimientos superficiales que nos ayudan a obtener mayor área superficial del sensor y nos ayudan a atraer y retener mayor cantidad de moléculas como es el caso de las nanopartículas de óxido de grafeno que enriquecen la superficie con grupos funcionales carboxilo que ayudan a la adhesión de las biomoléculas. Para este estudio se han considerado un sensor de fibra óptica basado en interferencia multimodal para la detección de acetato de guanidina en agua, se utilizará la modificación de grabado químico, a la cual se le planea recubrir con un compósito de nanomateriales compuesto por nanopartículas de plata estabilizadas en alcohol polivinílico (PVA-Ag NPs) recubiertos de nano-hojas de grafeno. El uso de la modificación y nanomateriales tiene como propósito aumentar la sensibilidad y especificidad, manteniendo el sensor compacto y funcional, el sensor de acetato de guanidina se colocará en un circuito óptico para después estudiar y comparar su sensibilidad con respecto a un sensor SMS estándar.

Comportamiento óptico de láminas comestibles de imitación oro

Mediante patrones de difracción, se analiza el comportamiento óptico de láminas comestibles de imitación de oro ampliamente utilizadas en la industria gastronómica internacional. A diferencia del hierro o el calcio, el oro no es un elemento esencial en la dieta de los seres humanos; sin embargo, el consumo de este metal utilizado como atractivo visual en la comida se remonta a los antiguos egipcios. Hoy en día, por la demanda surgida como consecuencia de la difusión masiva por las redes sociales, se puede encontrar un amplio catálogo de láminas comestibles que imitan las propiedades físicas de las láminas de oro genuinas. El oro elemental es inerte y posee una muy baja solubilidad, por lo que es desechado por el organismo mediante la simple digestión. Por lo tanto, es de suma importancia conocer los elementos que están presentes en estas imitaciones para conocer en qué cantidades y frecuencia de consumo pueden llegar a ser perjudiciales para las personas.

Propiedades espectroscópicas de iones trivalentes de $Er^{3+}$ y $Tm^{3+}$ incorporados en $SiO_{2}$ individual y codopado

En los últimos años ha crecido el interés de las propiedades ópticas de los lantánidos trivalentes debido al gran desarrollo de la tecnología optoelectrónica y sus aplicaciones; en particular cuando estos iones activan ópticamente a ciertos materiales como el SiO2. En esta dirección se realizó un estudio sistemático de los espectros de absorción, emisión y excitación de monolitos de SiO2:Tm3+ (1.0% mol), de SiO2:Er3+ (1.0% mol) y de muestras codopadas SiO2:Er3+:Tm3+, también al 1.0 %. Los resultados muestran que bajo la excitación ultravioleta en 378 nm y 356 nm el SiO2:Ln3+ (Ln = Er, Tm) muestra las bandas de emisión características en el verde y el azul, correspondientes a las transiciones f-f del Er3+ y del Tm3+, respectivamente. De las gráficas de emisión de la muestra codopada se puede observar un posible mecanismo de transferencia de energía ion-ion, ion-red.

Deflectometría schlieren y la visualización del efecto de tamaño en ondas ultrasónicas estacionarias de levitadores acústicos

La levitación acústica se refiere a la habilidad de atrapar y sostener, sin contacto con superficies o soportes, objetos micrométricos y milimétricos en fluidos como el aire por medio de ondas ultrasónicas. En la última década la levitación acústica ha resurgido como una herramienta de manipulación sin contacto en campos como la química analítica, la ciencia de materiales y la biología. En el caso de levitación acústica mediante ondas estacionarias, en la literatura científica es comúnmente aceptado que partículas pequeñas, comparadas con la longitud de onda, se levitan en los nodos de presión. Sin embargo, recientemente se ha mostrado que las zonas de equilibrio estable en una onda estacionaria dependen del tamaño del objeto, permitiendo la posibilidad de levitar objetos en los antinodos de presión. En este trabajo se presenta la técnica de deflectometria schlieren aplicada a visualizar una proyección 2D de los gradientes de densidad en aire asociados a la distribución de presión dentro de cavidades ultrasónicas uniaxiales formadas por arreglos de transductores que operan en fase. Dicha visualización del campo de presión acústica permite experimentalmente: 1) Optimizar la longitud de la cavidad de los levitadores acústicos para mejorar su desempeño. 2) Visualizar el efecto de tamaño en levitación acústica al observar esferas de poliestireno expandido levitadas en nodos y antinodos de una onda estacionaria ultrasónica dependiendo de su tamaño.

Filtro de amplitud óptica basado en un interferómetro Sagnac con estricto control de la polarización

En el presente trabajo se propone un filtro de intensidad basado en un interferómetro de Sagnac elaborado por medio de un acoplador 50/50 y 300m de fibra óptica SMF-28 altamente torcida (7 vueltas/metro). Utilizamos diferentes componentes exteriores para modificar la birrefringencia de la fibra como lo son retardadores de onda (controladores de polarización) y aislador óptico. Las señales filtradas son monitoreadas a la salida del interferómetro por un osciloscopio y un medidor de potencia. Los resultados muestran diferentes valores de transmisión del haz de salida, la señal es atenuada conforme la transmisión del interferómetro aumenta. La respuesta obtenida deja en evidencia la posibilidad de modificar la respuesta de la luz dentro del camino óptico por medios externos a la fibra óptica.

Análisis de la generación de plasmones localizados de superficie en nanoesferas, nanoelipsoides y nanovarillas

Los plasmones localizados de superficie son excitaciones electromagnéticas estacionarias que surgen del acoplamiento de un campo eléctrico externo de iluminación con la oscilación coherente de los electrones libres en una nanopartícula metálica inmersa en un medio dieléctrico. La generación de plasmones localizados de superficie es una función multivariable; depende de la permitividad eléctrica del dieléctrico en el que se encuentran inmersas las nanopartículas metálicas, de la forma, tamaño y composición química de las nanopartículas, así como de la longitud de onda y el estado de polarización del campo óptico incidente. En este trabajo, dentro de la aproximación cuasiestática y empleando la función dieléctrica del modelo de Drude para el oro y la plata, se presenta un análisis de la generación de plasmones localizados de superficie en nanopartículas metálicas de oro y plata con geometrías de elipsoides, esferas y varillas. Se determinan teóricamente las condiciones de iluminación y frecuencias de excitación para generar plasmones localizados de superficie para cada geometría analizada.

“Propuestas para aumentar el rango dinámico en la medición de desplazamiento de un interferómetro Fabry-Perot extrínseco de fibra óptica”

La investigación que actualmente se realiza en el campo de los sensores de fibra óptica, se centra principalmente en el desarrollo de dispositivos y esquemas con cualidades mejoradas, en términos de sensibilidad, resolución o rango dinámico. Sin embargo, la resolución y el rango dinámico están estrechamente relacionados, de tal manera que cuando uno aumenta el otro invariablemente tiende a disminuir. En este trabajo se proponen dos alternativas, simples de implementar, para aumentar el rango dinámico de un sensor de desplazamiento basado en el interferómetro de Fabry-Perot extrínseco de fibra óptica. Experimentalmente se pudo demostrar que con estos esquemas, en los que no se utilizan lentes, es posible medir desplazamientos mínimos de 500nm hasta 80 mm sin necesidad de realizar ningún ajuste. El análisis del patrón de interferencia se realiza en el dominio de Fourier, lo que simplifica el procesamiento de la señal y permite realizar mediciones en tiempo real.

Formando imágenes con un objeto esférico opaco

El spot de Arago es una región brillante rodeada de anillos con distintas intensidades situada en el centro de la sombra geométrica de un objeto circular opaco iluminado con un haz que posee frentes de onda planos o esféricos. Este patrón brillante muestra la naturaleza ondulatoria de la luz pues surge de la difracción del haz en el borde de un obstáculo esférico. En virtud de este fenómeno una esfera opaca puede ser utilizada como un dispositivo formador de imágenes de la siguiente manera: se ilumina una transparencia con un frente de onda plano, la luz transmitida en cada punto de la transparencia genera su propio patrón de difracción de Arago en la región de la sombra del obstáculo esférico dando lugar a la formación de imágenes cuya calidad depende de la coherencia de la luz que se superpone para formar la imagen. En este trabajo se describe el arreglo experimental para la generación del spot de Arago usando luz con frentes de onda planos y esféricos, se presenta y analiza la distribución de intensidad en la región de sombra geométrica. Además, se muestra el arreglo para la formación de imágenes usando dos fuentes de luz; un láser He-Ne y una fuente de luz blanca y se comparan las imágenes experimentales obtenidas.

Plasmonic of Surface Plasmons in thin films

The dispersion relation of Surface plasmons in planar and one-dimension corrugated metallic thin films is calculated. The excitation of these modes, in planar thin films, are studied by using the attenuated total reflection in Otto-configuration . The spectra of reflection for a silver thin film with both interface periodically corrugated is calculated and the "optical" relation disepersion is extracted.

Análisis del campo de difracción para una placa zonal elíptica espiral polarizada ortogonalmente y fuera de fase

Se presenta el análisis del campo de difracción proyectado por una placa zonal elíptica espiral, compuesta por 2 polarizadores ortogonales al cual a uno de ellos se le ha introducido una placa retardadora. El análisis se hace mediante métodos computacionales utilizando la difracción de Fresnel, en donde se utilizan dos campos de amplitud unitaria y con cierta diferencia de fase entre ellos, los cuales son proyectados sobre cada una de las rejillas que forman la placa zonal. Al propagar el campo y obtener la región focal, se le introduce un filtro que solo deja pasar esta región, se propaga una vez más y el campo se multiplica por una fase que simula una lente delgada cilíndrica de distancia focal igual a la distancia entre la placa y la región focal. El campo resultante se vuelve a propagar y es analizado según sus amplitudes ortogonales y diferencias de fase. El objetivo de este trabajo es encontrar si la coherencia espacial y/o el tipo de polarización en la región focal, o después de esta, se puede manipular según algún parámetro de la rejilla, y así revelar si estos tipos de campos resultan útiles para la comunicación a través del aire o para pinzas ópticas.

Tunable filter based on a microstructured optical fiber for a sensors intensity interrogation system

A microstructured fiber with determined length was spliced between two single mode fibers, in order to construct an optical fiber device with sinusoidal response. Which is used as an edge filter with the capacity to transform the wavelength shift of an optical fiber sensor in intensity variations. The linear region of the filter is employed for the sensor interrogation, therefore, the peak of the sensor has to be located at the beginning or the end of this region (according to the wavelength shift of the sensor) to ensure the maximum operating range, for this reason, the filter tunable feature is needed. Two different tunable mechanisms were implemented and tested with distinct microstructured fibers acting as an edge filters. To evaluate the system a multimode interference (MMI) level sensor was manufactured. A coreless multimode fiber with length of 60 mm was spliced between two single mode fibers and was partially covered with liquid allowing the peak shifting to higher wavelengths as the liquid gets moving along the fiber. The level sensor was placed in the system and operating the tuning mechanism the initial part of the linear region of the edge filter was positioned coinciding with the peak of the sensor without liquid, the output response was measured and a linear behavior was achieved. The proposed system can be operated for wavelength or intensity interrogation.

Grabación de rejillas holográficas en tiempo real en un material fotosensible

Se propone un material compuesto de gelatina de pescado, gelita bloom y dicromato de potasio en el que se graban rejillas holográficas. El material se compone de 91.24% de gelatina de pescado, 5.84% de gelita bloom y 2.92% de dicromato de potasio disueltos en 0.5 ml de agua destilada, se mezclan los materiales a 30 °C durante 1 minuto, revolviéndose hasta tener una mezcla homogénea que se deposita entre dos portaobjetos separados 0.3 mm. Se analizaron diversas muestras del material exponiéndolas a un patrón de interferencia generado por la superposición de dos haces provenientes de un láser de Ar de 532 nm. Investigamos el efecto de la variación de la potencia del láser cada 10 mW en un rango de 10 a 150 mW. La eficiencia de difracción fue medida con un láser He-Ne de 633 nm y la máxima eficiencia alcanzada fue de 23.3% en el orden +1.

Generación fototérmica de microburbujas empleando un láser vía fibra óptica y su uso como herramienta de dibujo

En este trabajo se muestran los resultados experimentales de la generación fototérmica de microburbujas de vapor de agua, su manipulación y la formación de caracteres (siglas y/o figuras) mediante acción láser (λ=980 nm) vía fibra óptica. Previamente nanopartículas de plata se inmovilizan en la punta de una fibra óptica monomodo (9/125 μm) usando la técnica de fotodeposición. La formación de microburbujas se origina ya que la radiación láser que viaja a través de la fibra óptica es absorbida por las nanopartículas de plata provocando un incremento en su temperatura y transfiriendo la energía térmica al medio que las rodea (agua). Cuando el punto de ebullición es alcanzando, inicia el proceso de formación de una microburbuja. La burbuja permanece adherida a la punta de la fibra por la fuerza de Marangoni hasta que el láser es apagado. Para poder formar los caracteres deseados es necesario que la fibra óptica junto con la microburbuja se desplacen hasta la posición donde permanecerá adherida (la pared de una celda de vidrio). En ese momento el láser es apagado y la fibra óptica es retirada. La fuerza de adhesión permite la fijación y evita el desprendimiento y pérdida por flotabilidad de las microburbujas adheridas a la pared. Las imágenes de los caracteres formados son capturadas con una cámara digital acoplada a una lente macro (Moticam 3+). Los caracteres formados son: UPT (siglas de la Universidad Politécnica de Tulancingo), LFO (siglas del Laboratorio de Fibra Óptica) y la silueta de la cabeza de un toro (la mascota de la UPT). Las microburbujas son ampliamente empleadas en el proceso de cavitación óptica, remoción de impurezas en líquidos y/o la construcción de micromáquinas.

Estudio de la polarización en una fibra óptica plástica para aplicaciones de sensado

La evolución de la polarización en fibras ópticas de vidrio ha sido ampliamente estudiada por diferentes grupos de investigación en el mundo para aplicaciones diversas. En la actualidad las fibras ópticas de plástico son interesantes por sus características ópticas en el visible y UV que pueden aprovecharse en áreas del sensado óptico de corto alcance. En estos dispositivos la polarización juega un rol importante ya que su control es fundamental en el desarrollo de diferentes dispositivos y de sensores con fibra óptica polimérica que midan alguna variable física como temperatura, tensión o torsión. Existen estudios interesantes en aplicaciones como giroscopios para uso aeroespacial o como detectores distribuidos de vibraciones estructurales. En este estudio se analiza la polarización de un haz de luz a 632nm en una fibra óptica plástica de 30cm de largo con un diámetro de 1000 micras. La fibra se coloca inicialmente recta y se analiza la intensidad de la luz de salida variando los ángulos de polarización usando el método de Malus donde la intensidad medida es la intensidad del haz incidente por el coseno cuadrado del ángulo θ de polarización. Los resultados en la fibra de 30 cm de largo muestran que la polarización de la fuente es lineal ya que la luz varia periódicamente con extinción completa en 2 valores de θ. La fibra muestra un estado de polarización lineal o elíptica con desfase respecto al estado de polarización de la fuente. En este caso, se observa que la luz varia de forma periódica sin extinción completa en ningún ángulo de polarización. Por último, los resultados en una fibra con curvatura muestran un estado de polarización circular posiblemente combinado con luz no polarizada debido a que no se observa variaciones definidas. Además, se podrán realizar aplicaciones en dispositivos y sensores de corto alcance para el estudio de la mejora de la sensibilidad.

Desarrollo de un sistema de detección para caracterización plasmónica

La resonancia de plasmones superficiales (SPR) se ha convertido en los últimos años en una herramienta importante para la detección y el análisis de materiales químicos y biológicos, y para muchas aplicaciones industriales y de investigación, en el campo de los biosensores , biotecnología, medicina, medio ambiente, entre otros. En estas aplicaciones, es importante mejorar la precisión y el tiempo de respuesta de la detección de SPR. Para ello se esta trabajando con un detector de cuadrante. Entre sus caracteristicas se encuentran su alta resolución , precisión y su linealidad en un amplio rango de intensidades de luz. Se demostro que mediante el uso de este dispositivo se pueden detectar plasmones tanto en peliculas como en nanoparticulas de oro. Este trabajo aporta herramientas que pueden ser usadas para la caracterizacion de muestras que son importantes para el campo de los biosensores plasmonicos.

Optimización del proceso de reducción de fibra óptica por ataque químico para el estudio de las propiedades ópticas de un material termocrómico orgánico

En el presente trabajo se describe el diseño y fabricación de una fibra taper mediante la técnica de ataque químico para la deposición por “drop casting” de un material termocrómico, conocido como Lofina (2,4,5-trifenilimidazol), esto para analizar sus propiedades ópticas. Primeramente, se presenta el proceso de reducción de fibra óptica usando acido fluorhídrico (HF) al 48% para remover completamente el revestimiento y dejar expuesto el núcleo de la fibra. Se realiza el monitoreo de la potencia transmitida en la fibra óptica para determinar el punto en que es afectado el campo evanescente y detener la reacción del ácido cuando se alcance el núcleo. La fibra taper resultante, es colocada dentro de un controlador de temperatura para caracterizar sus cambios de absorbancia. Nuestros resultados muestran una técnica de reducción de fibra por ataque químico óptima, descartando parámetros externos que afectan al proceso de reacción del ácido con el vidrio, asegurando el contacto directo del núcleo de la fibra con el analito depositado, y llevar a cabo las caracterizaciones correspondientes.

Sensor de Curvatura basado en un interferómetro de Michelson utilizando fibra de dispersión desplazada

En este trabajo se presenta un sensor de curvatura basado en un interferómetro Michelson utilizando fibra de dispersión desplazada. El interferómetro fue implementado empalmando un segmento de fibra monomodo y un segmento de fibra de dispersión desplazada utilizando la técnica fattening. Aquí es importante mencionar que como espejo reflector se uso una oblea de silicio que actúa como interferómetro Fabry-Perot. Los resultados experimentales muestran que se obtuvo un contraste de franja de 11.9 dB y una sensibilidad a curvatura de 13.33 nm/m^(-1). Finalmente, este interferómetro es compacto y de fácil fabricación.

"Imagenología cuantitativa de fase para objetos biológicos: simulaciones numéricas"

Muchos objetos de interés en las ramas de la biología, la medicina y las ingenierías son transparentes, es decir, presentan una absorción muy pequeña o nula, pero generan variaciones espaciales en la fase de la luz que los ilumina. Dichas variaciones de fase se pueden observar a través de diferentes técnicas incluyendo interferometría convencional, sin embargo, requiere ambientes libres de vibraciones mecánicas. Otro enfoque conocido como imagenología de fase cuantitativa ofrece mediciones de fase en un sistema robusto que puede implementarse en ambientes demandantes como biológicos e industriales. Las variaciones inducidas en la fase del campo iluminante se relacionan con propiedades físicas y químicas del objeto bajo observación, por lo que su determinación cuantitativa es de mucha utilidad. En este trabajo se presentan simulaciones numéricas de la visualización cuantitativa de objetos transparentes a través de los métodos de interferometría convencional y de camino común, así como una comparación entre los resultados obtenidos.

Caracterización de un interferómetro de Michelson de fibra óptica para aplicaciones de sensado

Se presenta la caracterización un sensor de fibra óptica basado en un interferómetro de Michelson (IM). El interferómetro consiste en una pequeña sección de fibra monomodal (SMF, por sus siglas en inglés) empalmada ligeramente fuera de eje respecto de otra SMF conectada previamente a una fuente de luz. Mediante esta configuración, la luz transmitida por la primera SMF es dividida en dos caminos en la segunda SMF: una fracción permanece en el núcleo mientras el resto viaja por el revestimiento, reflejándose ambas en el extremo libre de la segunda SMF y recombinándose nuevamente en el núcleo de la primera SMF. El IM propuesto es caracterizado variando la longitud de la segunda SMF y midiendo el efecto en la sensibilidad del interferómetro a variaciones en el índice de refracción del medio en contacto directo con la cara libre de la SMF. Se demuestra su aplicación eficiente en mediciones de salinidad del agua, demostrando una repuesta altamente lineal, buena repetitividad, robustez, así como una alta sensibilidad.

Interferómetro Mach-Zehnder de fibra óptica para el diseño de sensores

Se demuestra la efectividad de un interferómetro Mach-Zehnder (MZI, por sus siglas en inglés) de fibra óptica para mediciones del índice de refracción de líquidos. Básicamente, el interferómetro consiste en tres secciones principales, una sección de fibra monomodal (SMF, por sus siglas en inglés), empalmada por ambos extremos a fibra multimodal (MMF, por sus siglas en inglés) de 1mm de longitud. La primera sección de MMF permite que la luz sea parciamente acoplada tanto al modo fundamental como a modos del revestimiento de la sección central de SMF, mientras que mediante la segunda MMF éstos son nuevamente recombinados. De esta forma, la sección de SMF central es sensible a variaciones en el índice de refracción del medio exterior en el que se encuentre inmerso. En el sensor propuesto, se demuestra que la sensibilidad es incrementada considerablemente al reducir el diámetro de la sección sensible mediante ataque químico; sin embargo, el rango espectral libre (FSR, por sus siglas en inglés) también es incrementado. Presentamos el proceso de caracterización realizado en función del diámetro de la SMF central con el fin de incrementar la sensibilidad del sensor. Se demuestra su aplicación particular en mediciones de salinidad del agua, obteniéndose una respuesta lineal y alta sensibilidad.

Diseño óptico y mecánico de un objetivo para cámara termográfica IR

El cáncer es un término genérico que designa un amplio grupo de enfermedades que pueden afectar a cualquier parte del organismo. El empleo de la termografía como herramienta de diagnóstico del cáncer de mama ha permitido una atención temprana. Por lo que se desarrolla un sistema óptico operando en la región infrarroja del espectro electromagnético, usando lentes comerciales de Germanio y de Seleniuro de Zinc. Cuya utilidad es la detección de anomalías en la mama, para que en conjunto con otras técnicas de localización disminuyan el tiempo de detección del cáncer y lo hagan asequible.

Sensor de Interferómetro tipo Mach-Zehnder para medir concentración de Alcohol en el Agua

Los sensores basados en interferómetros de fibra óptica se han utilizado en las últimas décadas, debido a la alta sensibilidad, proceso de fabricación simple y la posibilidad de poder trabajar en distintos rangos de longitud de onda. Uno de los dispositivos más utilizados son lo sensores basados en el interferómetro Mach-Zehnder (MZI) de fibra. En este trabajo se presenta la metodología para el diseño de Interferómetros modales tipo Mach-Zehnder, para sensar la concentración de alcohol en distintas bebidas alcohólicas. Los interferómetros implementados fueron de desplazamiento del núcleo (core offset) utilizando combinaciones de fibras ópticas con estructura diferente. Los resultados preliminares demuestran que este tipo de estructuras pueden ser capaces de detectar distintos rangos de contenido de alcohol. Este proyecto ha sido apoyado parcialmente por la Universidad de Guanajuato a través del proyecto 205/2022, Convocatoria Institucional de Investigación Científica (CIIC-2022), y por el CONACyT a través del proyecto CB-A1-S-33363.