Propuesta de Solución a la ecuación de transporte de intensidad en simetría cilindrica: Teoría y Aplicaciones

La ecuación de transporte de intensidad (ETI) es una ecuación diferencial parcial, que describe la relación entre la fase y la variación de intensidad axial de un campo óptico [1]. La ETI proporciona una forma no interferométrica de acceder a la información de fase a partir de la medición de intensidad de un frente de onda. La esencia de la recuperación de la fase por medio de la ETI, es resolver la ecuación diferencial parcial en condiciones de contorno apropiadas. Ichikawa, Lomman y Takeda (ILT) verificaron la ETI experimentalmente por primera vez, resolviendo la ecuación por el método de la transformada de Fourier, obteniendo ası́ la distribución de fase cuantitativa de un frente de onda en forma unidimensional [2]. En este trabajo se presenta una modificación del método de Ichikawa-Lohmann-Takeda. Aplicamos el método utilizando coordenadas cilı́ndricas para la recuperación de la fase. La idea principal es reemplazar la rejilla tipicamente utilizada en el método ILT original, por una rejilla de cı́rculos concéntricos para aprovechar su simetrı́a circular. Usando la transformda de Hankel para el caso de funciones con simetria circular, se obtiene una solución para la ETI en dos dimensiones. Se calcula la fase en forma numérica y experimental para el caso de lentes convergentes con ciertas aberraciones. Se presentan los resultados obtenidos. [1]Michael Reed Teague. Deterministic phase retrieval: a green’s function solution. J. Opt. Soc. Am., 73(11):1434–1441, Nov 1983. [2]Kazuichi Ichikawa, Adolf W. Lohmann, and Mitsuo Takeda. Phase retrieval based on the irradiance transport equation and the fourier transform method: experiments. Appl. Opt., 27(16):3433–3436, Aug 1988.

Reconstrucción de modos espaciales de luz a partir de redes neuronales profundas

Los haces de luz estructurada que llevan momento angular orbital (OAM) han sido utilizados para desarrollar protocolos robustos para codificar información en el área de la comunicación óptica, en especial aquellos que forman conjuntos ortogonales, ya que permiten la superposición y propagación simultánea de haces en la llamada multiplexación de división de modo. Dentro de estos tipos de haces de luz se destacan los haces de Laguerre-Gauss por sus propiedades de OAM que les otorga su alta dimensionalidad, permitiendo la implementación de protocolos de comunicación más robustos que transmiten información de un modo más eficiente. Sin embargo, su aplicabilidad práctica está reducida por las dificultades que se presentan para propagarlos en medios diferentes al vacío, especialmente, en fibras ópticas multimodo que son de las más comúnes en la industria de las comunicaciones. Para estas fibras los haces de Laguerre-Gauss no son eigenmodos de propagación, lo que causa que pierdan su perfil espacial. Por ese motivo, recientemente se han utilizado redes neuronales multicapa como mecanismo de desencriptación ya que tienen una alta capacidad para reconocer y clasificar patrones, aprovechando la pérdida del perfil espacial de los haces de luz como un mecanismo de encriptación natural. En este trabajo se presenta el diseño e implementación de redes neuronales convolucionales (CNN) para optimizar el proceso de desencriptación de modos espaciales de luz que se propagaron en fibra óptica. Los resultados muestran que las CNN ofrecen una poderosa herramienta para reconstruir modos espaciales con eficiencia del 98%. Además, permiten eliminar el preprocesamiento de las distribuciones de intensidad para la extracción de características, habilitando el reconocimiento de patrones en forma automática. Este último aspecto hace que las CNN sean menos sensibles a traslaciones, escalamientos, rotaciones y pequeñas distorsiones.

Comparación de la respuesta de dos filtros mmi con recubrimiento de grafeno dentro de una cavidad láser

Los láseres de fibras ópticas han ganado gran relevancia por su variedad de aplicaciones en diferentes áreas de la ciencia, así también por sus diferentes ventajas que permiten su uso en diferentes ambientes, donde otro tipo de dispositivos podrían resultar afectados. Es por eso que constantemente se buscan configuraciones y dispositivos que puedan mejorar su respuesta, ya sea que trabajen en onda continua o pulsada. Para lograr que los láseres puedan tener un tipo de salida u otra, se usan dispositivos que puedan mejorar estas respuestas. De ahí que un dispositivo que puede ser usado es el filtro de interferencia multimodal (MMI). Los filtros (MMI), son dispositivos que se basan en el fenómeno de autoimagen, en el cual es posible replicar el campo de entrada en longitudes especiales de la fibra óptica. Cabe mencionar, que para crear estos dispositivos, se usa una estructura de fibra multimodo o no-core, empalmada entre fibras monomodo. Esto quiere decir, que una sección de fibra monomodo se usa para acoplar la luz a la entrada de la fibra multimodo y otra sección de fibra multimodo se usa para extraer la señal. Estos dispositivos también se pueden combinar con diferentes materiales, como el grafeno; pues el grafeno es uno de los materiales que por sus propiedades ópticas, se usa en combinación con las fibras, y esto hace que se puedan explotar más sus ventajas, ya que al ser dispositivos en línea, aparte de hacer su función de filtro, podrían ser usados como sensores o como absorbedores saturables. Por tal motivo, en este trabajo se presenta la respuesta de un láser de fibra óptica en configuración en anillo, agregando a la cavidad un filtro MMI con recubrimiento de grafeno (habiendo sido el método de depósito del material por drop casting) y otro filtro MMI con recubrimiento de grafeno (siendo el método de depósito la deposición óptica), para comparar y establecer cuál de los dos dispositivos ofrece una mejor respuesta.

Técnicas de Generación de Luz en Láseres de fibra óptica

Los láseres de fibra óptica nos ofrecen grandes ventajas, comparados por ejemplo con los láseres de estado sólido, como son el tamaño, de fácil transportación, no necesitan grandes enfriadores y sobre todo que la luz es fácilmente manipulable debido a que se encuentra en la fibra óptica. Los láseres de fibra óptica tienen una excelente calidad del haz, en muchas aplicaciones este parámetro es de suma importancia y con las fibras ópticas se puede generar luz láser de muy alta calidad de haz debido a las dimensiones propias de la fibra. Estas fuentes de luz nos permiten generar señal en onda continua y pulsada. La mayor aplicación de los láseres de onda continua es en la industria, en el corte y la soldadura de material donde no afecta el calentamiento producido por la luz láser. La importancia de desarrollar láseres de pulsos cortos es que nos permite controlar el calentamiento en la zona a tratar y de esta manera evitar daños generados por este efecto. Los láseres pulsados tienen varias aplicaciones como son aplicaciones médicas, en el sensado remoto y en las telecomunicaciones. En esta plática abordaremos las técnicas que existen para generar luz láser, tanto en operación continua como pulsada, en cavidades de fibra óptica y sus aplicaciones.

Sensor de fibra óptica tipo Mach-Zehnder para la detección de pH en soluciones de Alizarin Red S

Los sensores de fibra óptica (FOS) han atraído la atención para el monitoreo y las aplicaciones químicas y bioquímicas a lo largo de los años debido a sus características como la detección de alta resolución, la capacidad de operar en diferentes entornos, la inmunidad al ruido electromagnético, el tamaño pequeño y la alta sensibilidad. Se han utilizado sensores de fibra óptica para detectar humedad, salinidad, gas amoníaco y temperatura para mejorar la sensibilidad, mejorar la resolución, reducir los costos y simplificar las técnicas de fabricación. En consecuencia, de estas características únicas de los sensores de fibra óptica, estos se pueden emplear como sensores de componentes químicos. Este trabajo presenta un detector de pH con un Interferómetro Mach-Zehnder (MZIF) que opera en soluciones tampón de pH 4.0, 7.0 y 10.0. El dispositivo MZIF consta de dos secciones cónicas con una separación de 10 mm entre las secciones cónica hacia abajo, cintura y cono ascendente de 1 mm cada una. El diámetro de la sección de la cintura es de 40 μm. Esta disposición determina la trayectoria óptica, que puede detectar cambios en el índice de refracción de un medio circundante. La fuente de luz se propaga a través de MZFI la geometría propuesta al incidir en la sección de transición de reducción de tamaño de la parte cónica. Además, la luz que viaja a través del núcleo y el revestimiento ha adquirido interferencia destructiva, lo que ocasiona la descomposición en diferentes longitudes de onda en el espectro de transmisión. El sensor propuesto puede detectar variaciones de pH entre soluciones ácidas y alcalinas. En este sensor se incluye la evaluación experimental de un sensor de pH de fibra óptica a 1559 nm basado en una solución funcionalizada sensible, de nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNT) y Alizarin Red S no utilizados anteriormente en este contexto.

Generación de un láser pulsado de fibra empleando la oscilación de una burbuja como mecanismo de conmutación

En el presente trabajo, se reporta la generación de un láser pulsado de fibra óptica, como mecanismo de pulsado se emplea la generación y atrapamiento de una microburbuja en la punta de una fibra óptica monomodo previamente fotodepositada con nanopartículas metálicas de plata. Se utiliza un láser de fibra óptica a 1550 nm, donde es empalmada el otro extremo de la fibra óptica con las nanopartículas metálicas, el otro extremo es introducido en una celda transparente llena de Etanol, al activar el láser, la radiación interactúa con las nanopartículas metálicas adheridas al extremo de la fibra óptica produciendo un aumento de temperatura en la superficie de las mismas, las microburbujas son generadas mecánicamente por la inyección de aire dentro de Etanol, estas son atraídas y atrapadas por el aumento de temperatura en las nanopartículas. Enseguida, las microburbujas comenzarán a oscilar (derecha a izquierda) en la superficie de las nanopartículas produciendo una reflexión de la luz que entra nuevamente a la cavidad láser obteniendo a la salida una señal pulsada. La generación de un láser pulsado empleando este mecanismo novedoso de conmutación es un poco inestable, pero se tiene estimado que podrá alcanzar frecuencias de pulsos de luz de hasta MHz.

Explorando KrakenOS: Una Biblioteca Abierta para Simulación Óptica en Python

En esta plática, vamos a explorar KrakenOS, una biblioteca de código abierto desarrollada en el lenguaje de programación Python, diseñada desde sus inicios como una herramienta multiplataforma. KrakenOS está destinado a ser utilizado por investigadores y estudiantes que trabajan con Python y necesitan llevar a cabo trazado de rayos secuenciales o no secuenciales a través de elementos ópticos arbitrarios. KrakenOS ofrece a los usuarios la posibilidad de definir la forma matemática o topográfica de las superficies, su posición en el espacio y las propiedades ópticas de los materiales, permitiendo así la creación de sistemas ópticos tan complejos como se necesiten. Además, los usuarios pueden definir las propiedades de la luz que interactúa con estos sistemas y seguir el estado físico de la luz hasta la salida del sistema. Lo más impresionante de KrakenOS es su naturaleza de código abierto, que otorga a los usuarios acceso completo para editar y definir nuevas funciones que representen la física involucrada en las simulaciones. Esto brinda una flexibilidad extraordinaria para adaptar la biblioteca a las necesidades específicas de cada proyecto de investigación. Durante esta presentación, exploraremos las capacidades de KrakenOS, veremos ejemplos prácticos de su uso en simulaciones ópticas y abordaremos cómo esta biblioteca puede ser una herramienta poderosa para cualquier persona interesada en el mundo de la óptica y la simulación.

Detección de una señal débil superpuesta con otra señal ruidosa en un interferómetro de desplazamiento rotacional usando un proceso digital de un sistema óptico 4f

Dos frentes de onda en un Interferómetro de Desplazamiento Rotacional generan dos patrones de intensidades interferométricas superpuestos con diferencia en su respectiva frecuencia espacial . La intensidad de uno de los frentes de onda es diez veces mayor que la otra, y se considera ruido. Mediante un procesamiento digital de un sistema óptico 4f y la reducción del ruido mediante interferencia, se puede aislar la señal débil. El sistema óptico 4f separa en ordenes las frecuencias espaciales y lo que hace posible la eliminación de la señal considerada ruido mediante el uso de máscaras. Como consecuencia la relación señal a ruido mejora debido a que sólo permanece el patrón de intensidad interferométrica correspondiente a la señal deseada después del filtraje digital.

Propuesta para evaluar un concentrador de canal parabólico utilizando una pantalla LCD

Con el crecimiento de la población mundial y de sus necesidades industriales, el gasto energético ha aumentado. Las principales fuentes de energía son de origen fósil no renovables. Con el objetivo de continuar satisfaciendo las necesidades energéticas del mundo se ha propuesto aprovechar las fuentes de energías renovables que sean amigables con el medio ambiente, un ejemplo es la energía solar. La radiación solar puede ser colectada por sistemas ópticos reflectores con dimensiones del orden de varios metros. Los concentradores solares de canal parabólico son los sistemas ópticos más utilizados para colectar y concentrar la energía solar en su región focal en la que se coloca un absorbedor en forma de tubo a través del cual circula un líquido, por ejemplo agua. El líquido se calienta hasta generar vapor que se utiliza para poner en movimiento una turbina y así generar electricidad. La capacidad de estos dispositivos ópticos para concentrar la radiación solar en la región focal depende de su forma geométrica. En este trabajo proponemos evaluar la forma de un concentrador de canal parabólico utilizando la dirección de la luz incidente y reflejada. A través de un trazo exacto de rayos, diseñamos patrones con objetos geométricos que por reflexión producen una imagen compuesta por objetos geométricos distribuidos uniformemente, siempre y cuando la superficie bajo estudio coincida con la superficie ideal del concentrador. Los patrones son desplegados en una pantalla LCD, el uso de esta última tiene como ventaja que los patrones pueden ser modificados apropiadamente para evitar traslapes en la imagen e incrementar los puntos de muestreo del concentrador y así disminuir los errores en la reconstrucción de la forma de la superficie bajo estudio. Este trabajo es financiado por el CONAHCYT a través de la beca posdoctoral asignada al Dr. Oliver Huerta Carranza (CVU: 710606). Además, el trabajo fue apoyado por DGAPA-UNAM (PAPIIT No. IT103623).

Deflectometría óptica basada en pantallas nulas

La plática se refiere al desarrollo de métodos de evaluación de superficies esféricas, asféricas y de forma libre que pueden ser lentas o rápidas mediante deflectometría óptica enfocado al método de pantallas nulas. La metrología de estás superficies se centra en aplicaciones a salud, energía y seguridad humana entre los que se encuentra la superficie corneal, superficies de concentradores de canal parabólico y superficies esféricas que forman parte de los aislantes sísmicos tipo péndulo.

Holografía digital para reconstrucción de objetos en 3D

La holografía digital ofrece ventajas como la grabación facial y la rápida reconstrucción de imágenes. Además, la capacidad de procesamiento de las computadoras y los avances en sensores de imágenes de alta resolución y sensibilidad han mejorado la practicidad de la holografía digital. En este trabajo, presentamos una técnica para reconstruir objetos tridimensionales a través de la captura de hologramas digitales. Se utilizan un láser rojo y una cámara CCD para grabar hologramas. La cámara es desplazada en el plano para grabar hologramas desde distintas perspectivas del objeto. Posteriormente las imágenes se reconstruyen y combinan en la computacionalmente para obtener una reconstrucción tridimensional.

Optimización de sistemas ópticos en espacios no lineales a través de algoritmos multiagente

Los modelos de optimización clásicos empleados en las diferentes herramientas de diseño óptico como Zemax (Manual, Z 2009), se fundamentan en la búsqueda de una óptima solución dentro del espacio no lineal de parámetros ópticos; es decir, un mínimo local. Sin embargo, la existencia exclusiva de esta solución no asegura su idoneidad para satisfacer los requerimientos de alto nivel indispensables para que se lleve a cabo la ciencia a realizar, en virtud de la significativa dependencia en el análisis de tolerancias. En consecuencia, con el propósito de aumentar la eficiencia de dicho proceso, es fundamental investigar nuevos enfoques fundamentados en la búsqueda de múltiples soluciones potenciales, en contraposición a una solución única. Este objetivo será alcanzado a través de la implementación de un modelo de optimización multiagente denominado A-Team (Talukdar et al. 1998), donde cada agente lleva a cabo una búsqueda independiente en el espacio no lineal de parámetros ópticos utilizando la biblioteca de simulación óptica KrakenOS (Herrera et al. 2022), en Python. En este trabajo se lleva a cabo un estudio cuantitativo para analizar la eficiencia de un método de optimización clásico en comparación con la implementación de dos bibliotecas de optimización basados en inteligencia artificial como son: PyGAD (Gad 2021) y Hive (Wuilbercq 2017). Gad, A. F. (2021). Pygad: An intuitive genetic algorithm python library. Herrera, J., Guerrero, C. A., Najera, M. R., Sotelo-Burke, A., and Plauchu-Frayn, I. (2022). Krakenos: Python-based general exact ray tracing library.Optical Engineering , 61(1):015101 Manual, Z. (2009). Optical Design Program User's Guide. Zemax. Talukdar, S. N., Baerentzen, L., Gove, A., and de Souza, P. S. (1998). Asynchronous teams: Cooperation schemes for autonomous agents.Journal of Heuristics, 4:295–321. Wuilbercq, R. (2017). rwuilbercq/hive: First release of hive.

Fabricación y de desarrollo de fibras ópticas adelgazadas como dispositivos fotónicos

Las fibras ópticas adelgazadas(tapers) es de gran interés a nivel científico debido a las múltiples aplicaciones en diferentes áreas de la física, en esta platica se presenta la fabricación y desarrollo de dispositivos de fibra óptica adelgazada en aplicaciones como acopladores fotónicos modales, sensores ópticos de distintos parámetros físicos como campo magnético, temperatura, tensión y sensado de diferentes líquidos. También se muestra el uso de los tapers como interferómetros del tipo Mach Zehnder, Fabry Perot e Interferómetro de Sagnac en aplicaciones como filtros selectores de longitud de onda en láseres conmutables y láseres multilongitud de onda en la región de las comunicaciones ópticas. Por último se muestra el uso de las fibras ópticas adelgazadas como elemento no lineal para la generación de fuentes de luz de amplio espectro.

Reconstrucción del patrón de difracción de fuentes microscopicas de luz usando Machine Learning

El aprendizaje automático es una rama de la inteligencia artificial que dota a las máquinas de la habilidad de aprender por su cuenta a partir de sus propias experiencias. Esto les permite extraer conocimiento sin requerir una programación específica. Esta destreza es esencial para el avance de sistemas inteligentes y tiene usos en diversos campos. En los últimos años, el machine learning ha ganado popularidad debido a su capacidad para resolver problemas como la clasificación y el reconocimiento de patrones utilizando sus algoritmos avanzados. En este trabajo se presenta un algoritmo de machine learning para reconstruir el patrón de interferencia, en el campo lejano, de una distribución inicial de fuentes microscópicas de luz. El conjunto de imágenes para el entrenamiento se genera por un modelo computacional que describe la propagación del campo inicial en espacio libre y la obtención del patrón de interferencia en el campo lejano, en el régimen de la aproximación de Fresnel. Enfatizamos que el objeto de entrada a la red neuronal es simplemente la imagen de intensidades de las fuentes microscópicas de luz sin pre-procesamiento. Después del entrenamiento, el algoritmo es capaz de reconstruir el patrón de difracción, lo que implica que es capaz de calcular la transformada de Fourier de un campo de fuentes microscópicas de luz arbitrario.

Absorción de dos fotones y estructura geométrica y electrónica de la molécula HITC y otras cianinas

Las propiedades de absorción de dos fotones de una molécula orgánica están fuertemente ligadas a su estructura electrónica y propiedades geométricas. Lo anterior es relevante para la pregunta de qué parámetros estructurales maximizan las secciones eficaces de absorción de dos fotones de las moléculas. Dicha propiedad de la cianina HITC diluida en metanol fue medida, obteniéndose un pico de 1838 GM para una excitación de 830 nm. Los resultados se interpretan a la luz de la estructura electrónica del HITC y se presenta un análisis de las propiedades ópticas de varias cianinas, enfatizando las semejanzas y diferencias entre el HITC (usado como caso de estudio) y otras moléculas relevantes.

Luz, interferencia y vida: visualización de flujo sanguíneo con imagenología de speckle

Laser Speckle Imaging (LSI) es una técnica óptica no invasiva que permite visualizar patrones de flujo en tejidos biológicos en tiempo real. Estos patrones son generados cuando un tejido es iluminado con luz coherente, como la de un láser, produciendo patrones de interferencia aleatorios conocidos como "speckle". Al analizar las variaciones temporales y espaciales de estos patrones de speckle, es posible obtener mapas de velocidad del flujo sanguíneo y otras propiedades dinámicas del tejido. LSI ha ganado reconocimiento en los ambitos científico y médico debido a su capacidad para proporcionar información detallada sobre la microcirculación de tejidos sin la necesidad de contacto directo o medios de contraste. Además, al ser una técnica no invasiva, reduce el riesgo de infección y permite múltiples mediciones en el mismo sitio, lo que la hace particularmente útil para el monitoreo en tiempo real. Las aplicaciones de LSI son diversas y se extienden desde la investigación básica en laboratorios hasta aplicaciones clínicas. Se ha utilizado en estudios de revascularización, evaluación de quemaduras, detección de enfermedades oclusivas, entre otros. En neurociencia, la LSI se ha empleado para estudiar la respuesta hemodinámica cerebral ante diferentes estímulos. En el ámbito médico, el potencial de LSI es vasto. Puede ser una herramienta crucial para la detección temprana de enfermedades vasculares o para monitorizar la efectividad de tratamientos en tiempo real. En cirugía, puede ayudar a los médicos a evaluar la perfusión tisular y garantizar que el tejido reciba un suministro adecuado de sangre después de procedimientos quirúrgicos. Además, en áreas como la dermatología, podría usarse para evaluar la severidad y profundidad de las quemaduras, permitiendo tratamientos más precisos y una mejor recuperación del paciente. LSI es una técnica prometedora que continúa ganando terreno en la comunidad médica debido a su capacidad para proporcionar información valiosa sobre la

Estudios de fluorescencia en el exoesqueleto de alacranes mediante análisis de color RGB

Los alacranes tienen una amplia gama de distribución geográfica, desde desiertos hasta selvas tropicales. Cuando un alacrán se expone a la radiación UV (320-400 nm), su exoesqueleto emite una fluorescencia de color azul-verdoso (420-650 nm). Se tiene conocimiento de tres fluoróforos causantes de la fluorescencia en los alacranes, que son la β-carbolina, la 4-metil-7-hidroxicumarina y el ester diftalato macrocíclico, sin embargo, en la actualidad, la funcionalidad biológica de esta fluorescencia es desconocida y representa un desafío para los ecofisiólogos. Se han planteado diferentes teorías sobre este fenómeno, por ejemplo, la posibilidad de que la visión de los alacranes sea dicromática ¿pero que implica que sea dicromática con la fluorescencia? Por otro lado, se ha sugerido que los elementos fotosensibles en la cutícula de los alacranes pueden funcionar como colectores de fotones, los cuales podrían ayudar a los alacranes a encontrar refugio al dejar de percibir la fluorescencia emitida por su exoesqueleto. En este trabajo se presentan los resultados que hemos obtenido sobre la caracterización óptica del exoesqueleto de 24 especies de alacranes vivos, con técnicas de procesamiento de imágenes bajo iluminación blanca y UV. Los parámetros de intensidad de fluorescencia por unidad de área, los espectros de fluorescencia y de reflectancia se midieron para cada especie. En una segunda parte del trabajo, hacemos un procesamiento y análisis de color RGB de las imágenes de alacranes en un substrato de su habitad, con la finalidad de discriminar la correlación del color de su exoesqueleto en términos de su ecofisiología, a la vez que se determina la emisión de fluorescencia bajo condiciones típicas de iluminación diurna (luz directa del sol) y nocturna (luz reflejada por la luna). A partir de los resultados damos algunas conjeturas generales a manera de hipótesis sobre la correlación de la ecología funcional de estas especies con las características ópticas mencionadas

Propiedades ópticas no lineales y fotofísica en puntos de carbono dopados con iones metálicos

Los puntos de carbono son nanomateriales con dimensión del orden de 2 a 8 nm y generalmente se ordenan en clústeres de átomos de carbono con trazas de nitrógeno y fracciones considerables de oxígeno e hidrógeno que fueron identificados por primera vez en 2004 a partir de la síntesis de nanotubos de carbono. Como consecuencia de su descubrimiento, los puntos de carbono han despertado el interés de grupos de investigación en los tópicos de síntesis y fotoluminiscencia debido a su biocompatibilidad, emisión por fotoluminiscencia sintonizable, foto-estabilidad y versatilidad para ser dispersados en medios acuosos. En estos materiales el origen de la emisión por fluorescencia de los puntos de carbono es un tema que se encuentra actualmente en discusión puesto que se ha abordado desde diferentes enfoques con diversas hipótesis como la recombinación activa de excitones, por defectos superficiales con la capacidad de enlazar con algunos grupos funcionales o partículas metálicas; los diversos efectos derivado del tamaño del punto de carbono y, las trampas formadas por los diferentes tipos de orbitales de hibridación sp2 y sp3. En el presente trabajo se muestra la síntesis de puntos de carbono dopados con iones metálicos mediante una ruta de síntesis de química verde, así como el análisis de sus propiedades foto-físicas mediante técnicas espectroscópicas en el régimen estacionario, así como de absorción transitoria y de no linealidad por emisión de dos fotones, ambas en el régimen ultrarrápido. Los resultados obtenidos muestran un corrimiento a la región del infrarrojo cercano en la emisión, así como una mejora en las propiedades ópticas no lineales de emisión por dos fotones.

Soluciones analíticas de curvas de z-scan para muestras con absorción multifotónica

Las propiedades ópticas de un material pueden cambiar por su interacción con un haz láser de alta intensidad que se transmite a través de una muestra delgada del material bajo estudio, afectando la propia propagación de la luz y dando lugar a la generación de respuestas ópticas no lineales. En particular los cambios de índice de refracción y cambios de absorción dependientes de la intensidad de la luz pueden ser medidos mediante la técnica de barrido en z (z-scan). La técnica de z-scan consiste en propagar un haz Gaussiano a través de un medio delgado desplazándolo cerca de la cintura del haz y permitiendo que el campo a la salida del material se propague libremente, es sensible a cambios de fase a partir de la medición de la potencia óptica transmitida en una pequeña abertura circular en eje colocada a campo lejano (closed aperture), para cada posición dada de la muestra o sensible a cambios de absorción a partir de la medición de la potencia óptica total transmitida en la muestra (open aperture). Las denominadas curvas de z-scan se obtienen al graficar la potencia normalizada transmitida en la abertura como función de la posición de la muestra, para el caso con abertura y la potencia total transmitida en la muestra como función de la posición de la muestra, para el caso sin abertura. En este trabajo, a partir de la solución de las ecuaciones diferenciales para el cambio de fase y la intensidad del campo eléctrico de la luz en el material se encuentra la expresión para el campo a la salida de la muestra no lineal, el cual se propaga bajo la aproximación paraxial a campo lejano, para hallar soluciones analíticas de las curvas de z-scan en muestras que exhiben absorción multifotónica. Los correspondientes coeficientes de absorción para cada caso pueden ser determinados de la reproducción de curvas experimentales con dichas expresiones analíticas.

Obtención de soluciones analíticas de curvas de z-scan con y sin abertura

Cuando se ilumina una muestra delgada de material óptico no lineal con un haz Gaussiano de suficiente intensidad, pueden cambiar las propiedades ópticas del medio, en especial se presentan cambios de índice de refracción y cambios de absorción dependientes de la propia intensidad de la luz. Estos cambios no lineales en las propiedades ópticas del material pueden ser medidos mediante la técnica de z-scan, la cual es sensible a cambios de fase a partir de cambios de intensidad. La técnica de z-scan consiste en propagar un haz Gaussiano a través de un medio delgado, desplazándolo cerca de la cintura del haz y permitiendo que el campo a la salida del material se propague libremente a campo lejano donde se coloca una pequeña abertura circular, de radio 1 mm, centrada en eje. Las llamadas curvas de z-scan se obtienen al graficar la potencia normalizada transmitida en la abertura como función de la posición de la muestra, para el caso con abertura y la potencia total transmitida en la muestra como función de la posición de la muestra, para el caso sin abertura. En este trabajo, a partir de la solución para las ecuaciones diferenciales del campo eléctrico en el material se encuentra la expresión para el campo a la salida de la muestra no lineal y se propaga, bajo la aproximación paraxial, a campo lejano para hallar soluciones analíticas de las curvas de z-scan con y sin abertura. La reproducción de curvas experimentales con dichas expresiones analíticas permite determinar los correspondientes coeficientes de refracción y absorción no lineales de los materiales.

Reflectividad óptica interna como sensor de propiedades efectivas de la sangre

Se presentan dos modelos teóricos combinados, para estudiar la reflectancia coherente de una interfaz plana en contacto con una película delgada de tejido biológico, donde también puede existir contacto óptico de las células con la interfaz. Dichos modelos se basan en la Aproximación de Difracción Anómala, que ofrece una herramienta versátil y simple en el tratamiento analítico de las células como esparcidores, ya que se pueden considerar formas no esféricas de manera sencilla. La comparación teoría-experimento permite inferir propiedades ópticas como el índice de refracción dentro y fuera de las células, su elipticidad y la fracción de volumen que ocupan. Se muestra la utilidad de la medición de reflectividad en configuración interna como sensor para monitorear procesos biológicos importantes en la caracterización de la sangre, como son la hemólisis y la coagulación. La evolución del proceso de hemólisis se analiza clínicamente para determinar la fragilidad de la membrana celular de los eritrocitos (células mayoritarias en la sangre). Nuestro estudio permitió diferenciar entre eritrocitos sanos y de individuos con diferentes tipos de anemia. En el caso de la coagulación mostramos que la medición de reflectividad interna es sensible a cambios ópticos en el tiempo, incluso en una película delgada de sangre completa.

Diseño de polarímetros con menos sensibilidad a errores experimentales

Polarímetros que midan una secuencia de intensidades de diferentes estados de polarización han sido utilizados en muchas aplicaciones. Este tipo de polarímetro puede ser optimizado para tener menos error en la polarización final con ruido en las mediciones. En este trabajo mostraremos que diferentes configuraciones de polarímetro, aunque estén optimizados al ruido, tienen diferentes respuestas frente a errores sistemáticos en el arreglo del instrumento. Proponemos una familia de configuraciones que son menos sensibles a este tipo de errores.

Excitación dinámica de plasmones polaritones de superficie

La plasmónica, un campo de estudio de la nanofotónica, tiene como área de estudio los plasmones polaritones de superficie (PPS). Los PPS son ondas superficiales que se desplazan en la interfaz entre un material conductor y un dieléctrico, debido a sus propiedades y posibles aplicaciones tecnológicas se continúan estudiando y desarrollando diferentes estructuras y configuraciones que permitan excitarlos y controlarlos. La excitación de PPS utilizando un campo óptico se puede lograr mediante un prisma acoplador, esparcimiento por algún defecto en la película metálica o mediante difracción al fabricar estructuras nanométricas en la superficie del metal. En este trabajo se presentará la excitación de SPP utilizando una nanoestructura sencilla en combinación con un campo óptico cuya polarización puede modificarse de manera dinámica. Para esto se emplea una película metálica de oro depositada en un cubre objetos sobre la cual se fabrica una nanorejilla que permita la excitación de PPS al utilizar un campo óptico. El control de polarización del campo óptico se logra utilizando un modulador espacial de luz, el cual permite generar campos ópticos con polarización no homogénea de manera dinámica. En este trabajo se mantiene la amplitud del campo óptico únicamente se modifica su polarización de manera dinámica. La longitud de onda correspondiente al campo óptico es de 780 nm, para el control dinámico del campo se emplea un modulador espacial de luz con pantalla de cristal líquido sobre silicio (Hamamatsu LCOS-SLM X10468 series). La película metálica de oro tiene un espesor de 50 nm sobre la cual se fabrica una rejilla con una altura de 20 nm y un periodo de 764 nm. El estudio y observación de los PPS se realiza mediante microscopia por fuga de radiación, la cual se implementa en un microscopio óptico invertido (Nikon eclipse Ti-U), el cual fue modificado.

Fenómenos ópticos en dispositivos optoelectrónicos orgánicos

En dispositivos optoelectrónicos orgánicos tales como diodos emisores de luz (OLEDs) y celdas solares (OPVs) ocurren diferentes procesos electrónicos como absorción, excitación y recombinación de cargas que dan origen a la generación de luz en OLEDs y corriente eléctrica en celdas solares. Adicionalmente a estos procesos, la luz generada o absorbida, en OLEDs y OPVs respectivamente, sufre fenómenos de reflexión o absorción en las diferentes interfaces que componen al dispositivo. La transmisión, la absorción y la reflexión que ocurre en las capas conforman al dispositivo dependen de parámetros tales como el coeficiente de absorción, el índice de refracción y el espesor de las películas. Tanto los procesos electrónicos como los ópticos determinan en gran medida la eficiencia final de los dispositivos, por lo que es crucial conocer y analizar estos fenómenos con el fin de mejorar la eficiencia de éstos. En esta plática se describirán la fabricación y funcionamiento de OLEDs y OPVs y se analizaran los fenómenos ópticos y electrónicos relacionados con la eficiencia de su funcionamiento.

Study of the Nonlinear Response of $Si_x N_y$ Thin Films

Silicon nitride is an interesting material for establishing an integrated optics platform for quantum information devices, due 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 studied the third-order nonlinear response using the z-scan technique with fs pulses @800nm of $Si_xN_y$ thin films with different stoichiometry: silicon nitride, nitrogen rich and silicon rich. This allowed us to corroborate that stoichiometry is fundamental to obtain a enhanced nonlinear response.

Spectroscopic study for the detection of energy transfer between a nonlinear fluorescent polymer and a photosensitizer

The physical process of energy transfer (ET) from a molecular donor (D) to a molecular acceptor (A) upon optical excitation finds many applications in optoelectronics and biophotonics [1,2]. For instance, at short distance a dipole-dipole interaction leads to Förster Resonant Energy Transfer (FRET) from D to A, while at long distance radiative ET occurs when A absorbs the fluorescence emitted by D [2]. Both, the radiative and non-radiative ET take place when there is a spectral overlap between the emission of D and absorption of A. For the present study, a nonlinear organic polymer (PMC 300), with high quantum yield of fluorescence (95%) and large two-photon absorption cross sections (~103 GM) at the IR wavelengths[3], is used to transfer energy to the photosensitizer Rose Bengal (RB). The latter is a well-known photosensitizer for photodynamic therapy of cancerous tissue. RB offers efficient generation of reactive oxygen species to generate the photodynamic therapy [4], however, it suffers the limitation of being photo-active out of the window of biomedical interest, 700–900 nm. To circumvent this limitation, here we demonstrate that PMC300 can be excited at IR wavelengths through two-photon absorption to in turn produce efficient ET into RB. A detailed spectroscopic analysis of the PMC300-RB radiative and non-radiative interaction is presented in both regimes of excitation upon linear (using a CW laser) and non-linear (using a femtosecond lasers excitation), and for interaction occurring either in solution or in solid phase. The results show that the ET efficiency is as high as 74.06% and 89.83% for linear and non-linear excitation, respectively. Thus, PMC300-RB is an organic molecular system envisioned as a drug able to perform photodynamic therapy at the window of biomedical interest. 1.Macromol. Rapid Commun. 2009, 30, 1203–1231 2.Nat Commun. 2014, 5, 5722 3.Nanoscale, 2012, 4, 7751-7759 4.Prog React Kinet Mech. 2001, 26, 159–177

Láser de fibra óptica dopada con iterbio como fuente de luz térmica de banda angosta en coexistencia con ondas viajeras gigantes

En este trabajo mostramos que un láser de fibra monomodo dopada con iterbio, operando en el régimen de onda continua y con una potencia de salida en el rango de unos vatios hasta decenas de vatios, produce dos grupos de fotones que coexisten de forma simultánea en la cavidad laser. Cada uno de los grupos poseen sus propias estadísticas características. Las estadísticas del primer grupo se describen mediante una distribución degenerada de Bose-Einstein inherente a la luz térmica de banda angosta. El segundo grupo de fotones está descrito por estadísticas de valores extremos con una probabilidad de encontrar eventos extremadamente grandes, mucho mayor de lo que uno podría esperar en la distribución de Bose-Einstein. Este grupo de fotones se clasifica como ondas viajeras gigantes (roque waves en Ingles). En bajas potencia del láser, el primer grupo de fotones predomina fuertemente sobre el segundo. Conforme la potencia del láser se incrementa, la fracción de fotones del segundo grupo crece de forma monótona. Por encima de cierto nivel de umbral, la fracción de este grupo aumenta drásticamente, alcanzando una proporción mayoritaria del número total de fotones láser. El láser bajo de estudio fue implementado en una configuración convencional de onda continua, basada en la cavidad de Fabry-Perot, con dos rejillas de Bragg en fibra óptica como reflectores selectivos y bombeo con base en diodos láser con salida en fibra multimodal, a longitud de onda de 975 nm.

Interferómetro Mach-Zehnder muy compacto basado en un espacio de aire dentro de una fibra óptica para la medición de índice de refracción

Los sensores de fibra óptica son únicos y poseen características que les permiten su uso en entornos peligrosos y corrosivos. Este trabajo propone un sensor de índice de refracción basado en un interferómetro Mach-Zehnder de fibra óptica muy compacto construido a base de un espacio de aire dentro de una fibra óptica. El espacio de aire que compone el interferómetro se fabricó empalmando dos extremos de fibra óptica de alta apertura numérica (UHNA) devastados químicamente. Cada extremo de la fibra cortada se sumerge en ácido fluorhídrico (HF) durante varios minutos, el desbaste del material de vidrio comienza en la cara del núcleo de la fibra y crece para generar un orificio cónico. Posteriormente, ambos extremos se limpian y empalman para formar un hueco bicónico que forma la estructura del interferómetro. El funcionamiento del interferómetro es como sigue: Cuando el modo fundamental del núcleo llega al comienzo del hueco, viaja en el aire y diverge para excitar modos de alto orden en el revestimiento. Luego, los modos interfieren al final del hueco cuando se acoplan al núcleo, formándose un patrón de interferencia. Como los modos de alto orden del revestimiento tienen perfiles de intensidad transversal extendidos al entorno, se mejora el campo evanescente en contorno del interferómetro que es susceptible a cambios de índice de refracción en la periferia del interferómetro. Al sumergir el interferómetro en aceites calibrados de diferentes índices de refracción, el patrón de interferencia sufre un cambio de longitud de onda que nos ayuda a determinar el valor del índice de refracción en el se sumerge el interferómetro. El sensor propuesto detectar el índice de refracción en la zona circundante al interferómetro con sensibilidades de alrededor de 226,8 nm/RIU para el rango de índice de refracción de 1 a 1.5. Además de ser sencillo, simple y compacto que se puede emplear en varios campos, tales como químico, biomédico y biológico.

Combinación de espectroscopia Raman y atrapamiento en pinzas ópticas

La espectroscopía Raman es una técnica excepcional, práctica y no destructiva, ampliamente utilizada en ciencias biológicas por su precisión al proporcionar información química de tejidos y microorganismos. Cuando esta técnica se combina con el atrapamiento en pinzas ópticas es posible realizar el análisis químico de una sola célula. El laboratorio de nanotecnología, fotónica y procesos ultrarrápidos de la Universidad Autónoma Metropolitana cuenta con un sistema de pinzas ópticas que funciona con una longitud de onda de 1064 nm, donde previamente se han realizado estudios mecánicos en glóbulos rojos. En este trabajo se busca establecer los diferentes arreglos, identificar los componentes ópticos más adecuados y determinar las longitudes de onda óptimas para lograr el acoplamiento apropiado entre un espectrómetro tipo Czerny-Turner y el sistema de pinzas ópticas existente. De esta manera, se pretende sentar las bases para la futura realización del análisis del espectro Raman en glóbulos rojos individuales de personas diagnosticadas con diabetes.

Interferómetro por división temporal

Aunado a los interferómetros por división de frente de onda (Young) y división de amplitud (Mach-Zehnder), es posible en vez de efec- tuar una división espacial, dividir temporalmente una onda. Se pre- senta un interferómetro por división temporal (IDT) en la región óptica del espectro, donde un tren de ondas es separado tempo- ralmente en dos partes que se superponen en una etapa posterior. En cualquier momento dado, los fotones no tienen alternativas, so- lo una trayectoria es posible. No existe una bifurcación del camino óptico, es decir, no hay una “Y” donde los fotones puedan tomar de- recha o izquierda. La única opción que tienen los fotones, si acaso, es escoger su ubicación/colapso antes o después del tiempo t1 cuando el medio modulado en el tiempo cambia de estado. En medios con variación temporal, puesto que es posible el intercambio de energía entre el medio y la onda, es posible que se modifique la frecuencia. En este caso, los fotones desviados adquieren doble etiqueta, la di- rección de su vector de onda y su frecuencia. Se utiliza una cámara de jaspeado para resolver tanto las franjas de interferencia como el batido de ondas en un interferograma de espacio versus tiempo. Se mostrarán los resultados experimentales de dos configuraciones de interferómetros por división temporal: Una de ellos con resolución espacio-temporal donde el criterio de ’cuál camino’ ↔ interferencia se observa de manera nítida. En otra, el IDT es completamente tem- poral, es decir, tanto la división de la onda como la interferencia son temporales. Se comentará sobre otras configuraciones posibles.

Detalles en la Prueba de Ronchi

Es conocido que la prueba de Ronchi se usa para seguir el desarrollo de fabricación de una superficie con calidad óptica. Normalmente esta prueba es usada estáticamente y la interpretación del progreso de la superficie la realiza el técnico que hace el pulido. Han existido varios intentos de hacer la prueba de Ronchi por corrimiento de fase, igualmente que la interferometría. En este trabajo se muestran algunos detalles que hay que tomar en cuenta cuando se realiza la prueba de Ronchi con corrimiento de fase, remarcando sus alcances y sus aplicaciones en el desarrollo de fabricación de una superficie óptica.

Diseño de una pantalla nula plana para la caracterización de una superficie cóncava utilizada en un dispositivo de aislamiento sísmico

En este trabajo se propone el diseño de una pantalla nula que se despliega en una pantalla LCD la cual permite caracterizar la calidad de la superficie de un aislador sísmico deslizante. La superficie bajo estudio es una superficie de revolución esférica cóncava fabricada en acero inoxidable, la cual es la componente principal de un sistema de asilamiento sísmico tipo péndulo de fricción. El diseño de la pantalla nula involucra el trazado inverso de rayos, es decir, partiendo de un patrón ideal de puntos en el plano de detección, un haz de rayos se propaga hacia una superficie de referencia, posteriormente el haz se refleja en esta superficie e interseca al plano en el que se diseña la pantalla nula. Si la imagen de la pantalla nula producida por reflexión sobre la superficie de prueba coincide con el patrón de puntos de diseño, se dice que la prueba es nula; en caso contrario, los desplazamientos dan información sobre las deformaciones de la superficie y las desalineaciones en el sistema óptico de prueba. El método de prueba propuesto es un método de deflectometría óptica que proporciona información de la pendiente de la superficie de prueba y mediante integración numérica se recupera un conjunto de puntos que representan la superficie. Asimismo, mediante un método de ajuste basado en mínimos cuadrados se recuperan los parámetros geométricos como el radio de curvatura en el vértice, la constante de conicidad y algunos coeficientes de deformación que son necesarios para la caracterización de las deformaciones asociadas a la superficie de prueba. El tipo de prueba óptica que se propone presenta una aplicación potencial para asegurar el control de calidad en la fabricación de las superficies usadas en aisladores sísmicos deslizantes. Trabajo apoyado por DGAPA-UNAM, PAPIIT No. IT103623.

Diseño e implementación de un microscopio de Pticografía óptica de Fourier

La pticografía de Fourier es una técnica de microscopía optica computacional que nos permite obtener imágenes de alta resolución y conocer la fase óptica de muestras delgadas. Dicha técnica emplea un conjunto de imágenes de baja resolución iluminadas cada una de ellas desde diferente ángulo, estas imágenes son procesadas en un algoritmo iterativo auto convergente, para obtener el espectro de Fourier sintético, del cual se obtiene la amplitud y fase del objeto bajo estudio. En este trabajo se presenta el diseño de un microscopio simple, el cual emplea la técnica de Pticografía de Fourier y aborda los detalles del diseño, desde la simulación de la técnica hasta la estandarización de los parámetros físicos del diseño opto-mecánico del microscopio. El prototipo presentado busca ser un instrumento de bajo costo y fácil construcción para ser empleado en diversas áreas de la ciencia como la medicina, la biología, la química, etc., en la observación de muestras biológicas delgadas.

Desarrollo y caracterización de lentes solidas sintonizables bioinspiradas

Lentes sintonizables están teniendo mayor aceptación en el desarrollo de instrumentos ópticos, debido a su versatilidad, bajo costo, son ligeras y compactas, además de que puede modificar su longitud focal dentro de los rangos requeridos. En esta platica se describe una metodología para diseñar, fabricar y caracterizar lentes solidas sintonizables elaboradas de PDMS. Se presenta el desarrollo de una lente bioinspirada que imita el funcionamiento del cristalino del ojo humano junto con su caracterización.

Biosensor de cristal líquido y DCM para detectar colesterol

Este trabajo versa sobre los cristales líquidos dopados con colorante láser para aplicaciones como biosensores. Se inició con la preparación de una mezcla nemática constituida con dos tipos de cristal líquido: 4–pentil– 4’–cianobifenilo, conocido como 5CB (67 %), y 4–pentiloxi– 4’–cianobifenilo, conocido como 5OCB (27 %). Se agregó clorobenceno (6 %) a dicha mezcla para mejorar su respuesta óptica. Para obtener una mezcla quiral, a partir de la mezcla nemática, se añadió el agente quiral S–1–bromo–2–metilbutano al 30 %; además, se agregó a ésta el colorante láser 4-(Dicianometileno)-2-metil-6-(p-dimetilaminoestiril)-4H-pirano, conocido como DCM, con el propósito de que la mezcla resulte con una estructura polar. A la mezcla así obtenida se le llamó muestra base. La muestra base se usó para preparar otras muestras con diferentes concentraciones de colesterol. Para cada una de ellas se midió la transmitancia óptica como una función de la longitud de onda, considerando dos arreglos ópticos: a) en polarizadores paralelos y b) en polarizadores cruzados. En el caso de polarizadores paralelos, las muestras preparadas con concentraciones de colesterol de 100 mg/dl, 150 mg/dl y 250 mg/dl exhibieron una inversión de la banda de transmisión con respecto a la muestra base. También se observó, en la muestra preparada con 150 mg/dl de colesterol, un corrimiento de la banda de transmisión hacia longitudes de onda más cortas con respecto a la banda de transmisión de la muestra preparada con 100 mg/dl. Por otra parte, se observó que la banda de transmisión de la muestra con 250 mg/dl de colesterol se recorrió hacia longitudes de onda más largas con respecto a la banda de transmisión de la muestra de 100 mg/dl. La caracterización óptica realizada para las distintas muestras preparadas con cristal líquido mostró que estas poseen propiedades que permiten su empleo como biosensores de colesterol total. Todo el trabajo experimental se llevó a cabo en la Universidad de Sonora.

Detección de Compuestos Orgánicos Incoloros Puros y Mezclas Binarias: Análisis con Sistema Espectroscópico de Lente Térmica

La reducción de dióxido de carbono a través de reacciones electro catalíticas con el uso de luz solar y agua para la generación de combustibles químicos es un proceso bioinspirado que ha recibido una atención en los últimos años. Cualquier investigación tecnológica óptica para el estudio de dicho proceso significa una estrategia potencial para reducir la dependencia de los combustibles fósiles [1]. Al observar el patrón de difracción óptico de estas reacciones, se podría detectar la presencia de ciertos compuestos orgánicos dentro de un nanofluido [2,3]. El análisis óptico de nanofluidos con nanomateriales fotocatalíticos en solución acuosa, para la generación en tiempo real de combustibles, p.e. la generación de metanol en una mezcla de agua con CO2, es un campo de investigación de nuestro grupo en CFATA-UNAM. Para este objetivo se utiliza el análisis de líquidos con enlaces de hidrógeno con un sistema espectroscópico de lente térmica de doble haz (Visible-IR) en combinación con un interferómetro de Michelson [4,5]. En este trabajo, estudiamos la interacción de la luz infrarroja de femtosegundos con líquidos con enlaces de hidrógeno secundarios como agua, compuestos orgánicos y mezclas binarias con la ayuda de una luz visible como sonda y un interferómetro Michelson. El haz IR principal induce calor localizado y fuerzas electromagnéticas en los líquidos. Esta técnica nos proporciona una forma de medir ópticamente, sin necesidad de las técnicas químicas habituales como la cromatografía de gases. Actualmente, encontramos que cada alcohol tiene la llamada 'huella digital termo-óptica', que es única y se puede ver a simple vista a través del patrón de difracción del haz IR [5]. 1. Dominguez-Juarez, J.L, et al. Optica, 447-453, 2015. 2. Shrestha, S.; et al. Phy Rev Fluids, 064201, 2017. 3. Valdés, J.; et al. Processes, 9, 2237, 2021. 4. Domínguez-Juárez, J.L.; et al . Laser Phy Let, 20, 036003, (2023). 5. Domínguez-Juárez, J.L.; et al. Comm Phys 6, 154 2023.

Emisión controlada de ráfagas de pulsos en láser de fibra óptica dopada con Iterbio

El estudio de láseres de fibra altamente energéticos, compuestos por secciones amplificadoras dopadas con Iterbio (Yb) y operando mediante el amarre de modos pasivo con la técnica de rotación de polarización (NPR), es de gran interés debido a la versatilidad de regímenes de operación que pueden ser generados. Este tipo de láser es capaz de operar en modo CW, o bien generar pulsos cortos y ultracortos, pudiendo adoptar distintos patrones dinámicos, tales como; pulsos armónicos, solitones de estado límite, pulsos de ruido, así como ráfagas de pulsos. Recientemente, el interés en las ráfagas de pulsos es debido a su capacidad para aplicaciones en supercontinuo (SC), robótica bioinspirada, biofotónica, y la generación de pulsos cuadrados. Este trabajo presenta el análisis de ráfagas de pulsos con componentes Raman, así como la obtención de SC implementando un láser pulsado de fibra operando a 1064 nm. La configuración es una cavidad de anillo que utiliza el amarre de modos basado en NPR, mediante una potencia de bombeo fija de P=1.271 W y con el ajuste de placas retardadoras de onda (λ/4, λ/2) se permite controlar con precisión el número de pulsos en la ráfaga, obteniendo grupos de pulsos de 1 a 7 pulsos con una frecuencia de repetición de 213.6 kHz. Incrementando la potencia de bombeo y modificando el estado de polarización, se observaron operaciones en regímenes que implicaban hasta cinco componentes de longitud de onda, superando así ampliamente el ancho de banda de ganancia de la fibra dopada con Yb. La eficiencia Raman aumentó gradualmente hasta lograr generar un ensanchamiento espectral de más de 200 nm. Finalmente, los resultados permitirán la búsqueda de aplicaciones utilizando las ráfagas de pulsos generadas. * Trabajo apoyado por el CONAHCYT a través de Becas Nacionales de Posgrado (no. 1152664), Investigadoras e Investigadores por México (no. 3155), Ciencia de Frontera 2023 (CF 2023-109G). La Universidad de Guanajuato mediante el proyecto CIIC 003/2023.

Sistema optoelectrónico POF-RGB para la detección de maduración en naranja Valencia

Los sensores de color rojo, verde y azul (RGB) pueden utilizarse para detectar los cambios de color de la fruta durante la recolección y predecir el estado de maduración. Sin embargo, el equipo necesario para observar su evolución del cambio de color tiene un alto costo. En este estudio, presentamos un sistema optoelectrónico de bajo costo para detectar los cambios de color en naranjas y predecir su estado de maduración. El sistema utiliza un LED blanco de 1 W como fuente de luz, una matriz de fotodiodos RGB y dos fibras ópticas plástica (POFs) agrupadas en paralelo para formar el sensor extrínseco. Aquí, se estudia la viabilidad de utilizar la luz blanca de referencia como indicador de madurez no invasivo. Para la adquisición de datos, se utiliza un microcontrolador el cual permite monitorizar y visualizar los colores en modelo RGB. Este método extrae información de la luz reflejada utilizando tres fotodiodos acoplados que la separan en sus componentes RGB. Aunque los cambios de color pueden evaluarse utilizando equipos comerciales, estos instrumentos suelen ser caros y de difícil acceso para los agricultores. El objetivo de este estudio es estimar la calidad de la fruta (cambios de color en naranjas recolectadas). Además, se discuten las capacidades de clasificación y predicción de una red neuronal artificial (RNA) como herramienta de análisis de color RGB. Este dispositivo puede ser una alternativa adecuada a las modernas técnicas de visión de procesamiento de imágenes, análisis espectral o dispositivos de análisis de olor en maduración de frutas. Estos resultados demuestran que la RNA tiene un buen rango de clasificación para determinar el nivel de maduración de una naranja, así como predecir los días para su consumo óptimo. Este trabajo fue apoyado por el CONAHCYT mediante el programa Estancias Posdoctorales por México 2022 con el proyecto No. 2840970.

Sensor de fibra óptica plástica por absorción de onda evanescente para medir porcentaje de azúcar en naranja Valencia

Medir la cantidad de azúcar en las frutas cítricas es esencial para un correcto control de calidad en la comercialización del producto. Además, de evitar una gran cantidad de azúcar para su consumo adecuado en personas con problemas médicos. En este trabajo se muestra el diseño y construcción de un sistema optoelectrónico de bajo costo para la medición del azúcar (sacarosa) en naranja Valencia de formas sencilla y precisa. El sistema optoelectrónico se compone por fibra óptica plástica (POF) en línea junto con un sensor multiespectral para el visible. Esta integración se utiliza para la detección de los cambios de absorción del campo evanescente en la POF al hacer contacto con las muestras de naranja. La respuesta del sensor multiespectral se registra digitalmente en longitudes de onda distribuidas desde 415 a 910 nm. Los datos recolectados por el sistema son tratados y analizados posteriormente con sistema de gestión de la información. La utilización de estos elementos ópticos y electrónicos ayudan a realizar un dispositivo automatizado compacto y de bajo costo que puede sustituir eficazmente a los equipos de laboratorio para detectar la cantidad de azúcar en grados Brix de las frutas. Este trabajo fue apoyado por el CONAHCYT mediante el programa Estancias Posdoctorales por México 2022 con el proyecto No. 2840970.

Uso de inteligencia artificial en láseres pulsados de fibra óptica

Durante años recientes el uso de la inteligencia artificial junto al análisis de datos se aplica en casi todas las áreas de las ciencias; física, biología, medicina e ingeniería. Diversos campos de la óptica comienzan a beneficiarse de este tipo de técnicas; este trabajo muestra la integración de redes neuronales en un láser de fibra en figura ocho (F8L), esto con el objetivo de controlar un sistema de placas retardadoras automatizadas con el que se implementa un control de polarización (PC) dentro del esquema experimental. El autoajuste se basa en el posicionado inteligente de las placas del PC a través del control adaptativo y la predicción del régimen pulsado con redes neuronales. Mediante el uso de MatLab se creó el modelo neuronal, el cuál fue entrenado con datos obtenidos de forma experimental, generando la matriz de confusión y verificando el porcentaje de funcionamiento. Para mejorar la eficiencia del sistema de control y lograr el autoajuste de regímenes complejos, en particular pulsos de ruido (NLP), se realiza el análisis de los resultados obtenidos con la red neuronal para implementar un modelo predictivo corregido que permita ubicar las regiones de operación pulsada de manera más sencilla y precisa. Con los resultados obtenidos fue posible generar el autoencendido en el láser operando a ~1560 nm, así como un régimen pulsado de una forma más controlada, y estable. Logrando de igual forma ajustes de ancho espectral sobre una señal de amplio espectro generada por el láser (50 nm–250 nm). Finalmente, se espera que nuevos regímenes de operación del F8L puedan ser obtenidos mediante el uso de las redes neuronales, abriendo el campo de aplicaciones para las comunicaciones ópticas y la biofotónica. * Trabajo apoyado por el CONAHCYT a través de Becas Nacionales de Posgrado (CVU no. 1251088 y 1251089), Investigadoras e Investigadores por México (no. 3155), y Ciencia de Frontera 2023 (CF 2023-109G). La Universidad de Guanajuato mediante el proyecto CIIC 003/2023.

Optimización de un interferómetro de Michelson de fibra óptica para la medición de curvatura

Se presenta la optimización de un interferómetro de Michelson de fibra óptica (IMFO). Este interferómetro es construido mediante una fibra óptica adelgazada con un diseño bicónico el cual está empalmado con un segmento de fibra monomodal (SFM) de longitud L. Cuando el IMFO es curvado por un movimiento de desplazamiento se genera una redistribución de la luz que se propaga por el núcleo de la fibra en la sección adelgazada lo cual permite un acoplamiento entre el modo del núcleo y el del revestimiento. Ambos modos viajan a través del SFM hasta llegar a la parte final donde se encuentra un corte recto. Este corte refleja, aproximadamente, el 4% de la energía de ambos modos por reflexión de Fresnel y se propagan a través del adelgazamiento donde el modo de revestimiento se vuelve a acoplar al modo de núcleo. Debido a que ambos modos tienen diferente constante de propagación, al viajar a través de la SFM, se crea un patrón de interferencia de Michelson. A medida que la curvatura crece, se puede observar un desplazamiento en la longitud de onda del espectro del IMFO. El arreglo experimental consta de una hoja delgada de metal sobre la cual se coloca el SFM de longitud L. Esta hoja se encuentra sobre una base mecánica que permitirá curvar el SFM por medio de desplazamientos desde 0 a 15 mm. Para obtener el espectro del IMFO, este estará conectado a un Analizador de Espectros Óptico (AEO) a través de un circulador que cuenta con tres puertos. El AEO emitirá luz que entrará por el puerto 1 para pasar por el puerto 2, que es donde el IMFO se encuentra empalmado, para reflejarse y volver al AEO a través del puerto 3 obteniendo el espectro del IMFO. Se realizaron pruebas de curvatura en interferómetros con diferentes longitudes de SFM (2.8 cm a 9 cm). Se encontró que el interferómetro con una SFM más corta tuvo mayor sensibilidad a la curvatura (0.54 nm/mm). Esto significa que modificar la longitud de la SFM permite ajustar la sensibilidad del dispositivo.

Sensor láser de fibra óptica para la medición de curvatura mediante el uso de un interferómetro Mach-Zehnder basado en interferencia supermodal en fibra multinúcleo

Los sensores láser de fibra óptica son ampliamente utilizados debido a sus rasgos benéficos tales como inmunidad a interferencia electromagnética y resistencia a entornos hostiles. En este trabajo, se presenta un sensor láser de curvatura basado en un interferómetro Mach-Zehnder utilizado como filtro dentro de la cavidad láser. El arreglo experimental del láser de fibra óptica es de cavidad tipo anillo con fibra dopada de erbio como medio activo, mientras que el interferómetro se basa en una fibra multinúcleo. La medición de la curvatura se basa en la interferencia de supermodos en una fibra de siete núcleos (SCF), esta interferencia es generada por medio de la estructura de interferómetro Mach-Zehnder, que es construida con 50.8 mm de SCF empalmada entre dos fibras monomodo (SMF). En la fibra SCF, se excitan dos supermodos a través del modo fundamental del SMF. Luego, se genera un patrón de interferencia causado por la diferencia de camino óptico entre ambos supermodos al final de la fibra SCF, que se reacopla a la SMF. El patrón de interferencia modula las pérdidas de la cavidad y estimula la generación de emisión laser en longitudes de onda donde las pérdidas son mínimas y la ganancia láser considerable. El interferómetro pasa de estar recto a ser doblado, esto induce un cambio de longitud de onda del patrón de interferencia por los cambios geométricos y esfuerzos internos sufridos en la estructura del interferómetro, esto provoca que sus pérdidas de filtrado cambien, lo que causa un ajuste en la longitud de onda de la emisión del láser. Correlacionando la posición de la longitud de onda de emisión del láser con la magnitud de doblamiento a la que se somete el interferómetro, se demuestra un sensor de curvatura que puede ser implementado en diversas aplicaciones tales como telecomunicaciones, sensado, aplicaciones mecánicas y civiles. En los resultados experimentales se obtuvo una sensibilidad de 0.24 nm/mm al doblar el interferómetro con desplazamiento.

Phase steps estimation from interferograms with volume enclosed by a surface algorithm and real-time applications

Phase retrieval from a set of interferograms changed in phase steps is an important task useful in many areas of science and engineering. Knowing the phase steps is the angular stone of phase-shifting interferometry, but it implies hard work for calibration, high cost, constant monitoring, and mainstay. These items could be avoided successfully with the use of appropriate algorithms, they are so-called self-calibrating generalized phase-shifting algorithms. In this work, we present an algorithm based on the geometric concept of the volume enclosed by a surface, which is very fast and highly accurate. Its application in real-time phase observation is very efficient. We show the theoretical base and experimental results to prove our algorithm. Then, we show two applications, one of them measures the phase steps induced by the experiment context, and the other one measures the theoretical curve of a parallel plane plate

Dependencia de la emisión pulsada de un láser de fibra óptica en función del tiempo de fotodeposión de nanopartículas de zinc sobre una fibra óptica reducida

En este trabajo se presenta el estudio de la dependencia de la emisión de un láser pulsado de fibra óptica (LPFO) en función del tiempo de fotodeposición (TF) de nanoparticulas de zinc (NpZn) sobre una fibra óptica reducida (FOR) como medio de conmutación. La fabricación de la FOR consiste en sumergir una sección de fibra óptica monomodo con una sección de 1 cm sin revestimiento plástico dentro de una solución de ácido fluorhídrico hasta obtener 8 µm de diámetro en la fibra óptica. Posteriormente, La FOR obtenida es empalmada a la salida de un láser de onda continua con 1550 nm y 50 mW de emisión para realizar la fotodeposición en dónde, la FOR se sumerge dentro de una solución de NpZn de 60 nm de diámetro mientras se transmite el haz del láser a través de la FOR así, por fenómenos de scattering las NpZn se adhieren a la sección reducida de la fibra óptica. La caracterización consistió en fotodepositar NpZn sobre la FOR durante 1 min, posteriormente, la FOR con NpZn fue empalmada dentro de la cavidad de un láser de fibra óptica (LFO) en configuración de anillo para ser usado como medio de conmutación. El proceso fue repetido para 5 y 10 min de TF. Los parámetros de la emisión fueron recopilados mediante un osciloscopio y un analizador de espectros para su análisis. Los resultados experimentales de la emisión del LFO con la FOR con 1 min de TF revelaron la generación de pulsos con una potencia mínima de bombeo de 43 mW y una frecuencia de repetición de 7.67 MHz y un ancho espectral de 2.15 nm, La frecuencia de repetición se mantuvo constante al aumentar la potencia de bombeo lo cual es característico de un láser pulsado de amarre de modos. Sin embargo, la emisión del LFO con la FOR con 5 y 10 min de TF mostró un aumento en la frecuencia de repetición de 0.5 y 0.9 MHz respectivamente y un aumento en el ancho espectral de 0.34 y 0.45 mn respectivamente. Adicionalmente de observa que el ruido en el tren de pulsos disminuye con el aumento del TF.

Cambios de fase introducidos por cambios en los estados de polarización usando una LCD e implementados en un interferómetro tipo Tymann-Grenn

En la actualidad se cuentan con pantallas de cristal líquido (LCD) que han ayudado a generar estados de polarización novedosos [1]. La implementación y uso de estos estados de polarización en interferometría no han sido estudiados de manera exhaustiva. Por otro lado, el desarrollo tecnológico en el área de fabricación óptica, se han introducido superficies cuyos perfiles distan mucho de formas tradicionales (esferas, cónicas y asféricas). Por lo cual se propone un arreglo interferómetrico tipo Tymann-Grenn, en el cual se le introduce una pantalla de cristal líquido en el que se generan estados de polarización con una distribución controlada. Con el objetivo de compensar las variaciones de fase introducidas por el perfil de una superficie arbitraria con las variaciones de fase de la LCD. [1]Zhaohui Li, Delian Liu. “Detecting orbital angular momentum in optical vortex based on pthychographic imaging”, Proceedings Volume 11571, Optics Frontier Online (2020): Optics Imaging and Display; 115710D(2020) https://doi.org/10.1117/12.2579685.

Efecto electro-óptico en estructuras fotónicas quirales con periodo espacial graduado bajo iluminación oblicua

Estudiamos teóricamente los espectros ópticos de una estructura quiral fotónica con periodo espacial variable iluminada oblicuamente.  El material que consideramos tiene una simetría de grupo $\bar{4}2m$ y presenta efecto Pockels, de tal forma que es posible controlar los espectros ópticos por medio de un campo eléctrico de baja frecuencia, en este caso de corriente directa (CD), aplicado a lo largo del eje de inhomogeneidad.  Los espectros presentan una banda ancha de Bragg, en donde las longitudes de onda de los bordes de la banda fotónica se expresan en términos de los parámetros del medio y la magnitud del campo eléctrico externo.  Esto nos permite seleccionar la región del espectro electromagnético de la banda óptica así como su ancho de banda que puede ser tan amplio como elijamos.  Estudiamos tres muestras que, de acuerdo con sus propiedades de reflexión, exhiben color iridiscente, plateado y dorado, respectivamente.  Observamos un mejoramiento así como un ensanchamiento de la banda óptica debido a la aplicación del campo eléctrico.  Encontramos que bajo ciertas condiciones, cuando la banda óptica está prácticamente ausente, se puede crear una banda muy ancha (comparable con todo el espectro visible) cuando  se aplica un campo eléctrico CD.  Esto se debe a las contribuciones electro-ópticas en los elementos del tensor de permitividad, las cuales dan lugar a un gran incremento en el poder rotatorio así como en el dicroísmo del medio. De acuerdo a nuestros resultados, estos medios podrían usarse como filtros de polarización y de frecuencia de banda ancha controlados eléctricamente.  Además, observamos el desplazamiento usual al azul de la banda óptica cuando se incrementa el ángulo de incidencia de la luz y una asimetría en la amplitud de la banda de reflexión, lo cual permite que la muestra tenga diferentes colores de reflexión para diferentes gradientes del período espacial y ángulos de incidencia de la luz incidente.

Conversión de Modos de Orden Superior Inducida por Discontinuidades en Guías de Onda

Mediante el método de diferencias finitas en el dominio del tiempo (FDTD) hemos producido modos de alto orden usando, hasta donde sabemos, el convertidor de modos más simple reportado hasta el momento. Encontramos que la excitación de estos modos, en una guía de ondas plana, dependen en gran medida de la posición de una discontinuidad.

Detección de Optical Rogue Waves

En este trabajo estudiamos algunas dinámicas espacio-temporales producidos mediante el modelo computacional de un láser de fibra óptica de figura-ocho. Mediante un mapeo 3D, identificamos algunas dinámicas disipativas, incluida la aparición de ondas gigantes de luz (optical rogue waves, ORWs), la extinción y el surgimiento de sub-pulsos, sub-pulsos que son expulsados hacia tiempos más largos a partir del paquete principal y sub-paquetes que primero se alejan y luego regresan al grupo principal.

Diseño y recubrimiento de dos prismas altamente eficientes para aplicaciones ópticas de vanguardia

El desarrollo de películas delgadas es una disciplina que combina tradición y vanguardia, dado que se encuentra en constante evolución. En este estudio de investigación y desarrollo tecnológico se presenta diseños de dos filtros altamente eficientes, con una transmitancia del 70% y una reflectancia del 30%, utilizando el software FilmStar. Estos diseños se implementaron en un ángulo de 45 grados, utilizando un sustrato SBSL7 fabricado por Ohara. Posteriormente, se llevaron a cabo 24 pruebas de recubrimientos para ajustar los parámetros en los prismas. Para realizar las mediciones, se unieron las caras de cada prisma utilizando cemento óptico, formando un cubo, y se midieron los resultados utilizando un espectrofotómetro Cary 5000 en incidencia normal. Los resultados se analizaron y se realizaron ajustes de acuerdo con el diseño. Como resultado de este proceso, se logró recubrir exitosamente dos prismas con películas de ultra alta eficiencia. Estos prismas serán parte del prototipo de un telescopio que actualmente se encuentra en desarrollo en Canarias, España.

Pantalla de Shack-Hartmann Nula

En Metrología de precisión de superficies individuales y de sistemas ópticos, debido a sus utilidad y accesibilidad, está el empleo de las pruebas de pantallas como la de Hartmann [1] y la de Ronchi [2]. Un avance importante en el uso de las pruebas de pantalla es el trabajo reciente para producir las pantallas de Shack-Hartmann (PSH), empleando un arreglo de lentes de distancia focal corta, colocada cerca del centro de curvatura de la superficie, en el foco del sistema óptico. En este trabajo se presenta una innovación al eliminar las lentes y emplear una red de micro-orificios impresos usando el método Offset digital en lugar de un método de micro litografía [3]. También se explica el Diseño de la Pantalla Nula de Shack–Hartmann, que se realizó, basada en la teoría de producción de rejillas nulas de Ronchi [1]. Se presentarán resultados experimentales en la prueba de una superficie parabólica de 10 cm de diámetro.

Diseño y construcción de una fuente de armónicos superiores en la UAM-Iztapalapa

El uso de métodos espectroscópicos resueltos en el tiempo permite mejorar nuestra comprensión de los fenómenos físicos o químicos que suceden en la materia en escalas de tiempo de femtosegundos y attosegundos posteriores a la foto excitación de esta. Un ejemplo de ello es la dinámica electrónica en la formación o ruptura de enlaces químicos. Una manera de estudiar dichos fenómenos es a través de la generación de armónicos superiores. Los armónicos de orden superior se pueden definir como: la emisión de trenes de pulsos en escala temporal de attosegundos por parte de un medio no lineal que, al interaccionar con haces de un láser muy intenso, dichos armónicos adquieren frecuencias de múltiplos enteros (impares) de la frecuencia del láser incidente. En este póster se presentan los avances de proyecto de tesis que trata sobre el diseño y construcción de un dispositivo de generación de armónicos superiores sintonizable en el rango del ultravioleta de vacío. El sistema láser que se utilizará para generar los armónicos es el que se encuentra alojado en el Laboratorio de Nanomateriales, Fotónica y Procesos Ultrarrápidos del Departamento de Física de la Universidad Autónoma Metropolitana en su unidad Iztapalapa. Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Iztapalapa Departamento de Física Laboratorio de Nanomateriales, Fotónica y Procesos Ultrarrápidos. Av. San Rafael Atlixco 186, Leyes de Reforma 1ra Secc, Iztapalapa, 09340 Ciudad de México, CDMX.

Comparación de dos métodos para depositar grafeno sobre filtros mmi

El área de las fibras ópticas está en constante evolución, pues son innumerables las aplicaciones que día a día están surgiendo. Caber mencionar, que debido al auge de las fibras y a su gran importancia en diferentes áreas de la ciencia, constantemente se está probando su respuesta en combinación con diferentes materiales, esto para crear diferentes dispositivos que pueden ser usados como sensores, filtros, absorbedores saturables, por mencionar algunos. Un dispositivo de fibra óptica que resulta muy funcional y que está tomando relevancia por su respuesta, y facilidad de diseño y fabricación, es el filtro de interferencia multimodal (MMI). Este tipo de filtros están basados en el fenómeno de autoimagen, mediante el cual es posible reproducir la señal de entrada en algún punto específico a lo largo de la fibra. Uno de los materiales más populares para su uso en combinación con las fibras ópticas es el grafeno. Este material tiene diferentes propiedades ópticas que hace que la respuesta de diferentes dispositivos sea favorable, pero para que se pueda obtener una respuesta favorable, es necesario encontrar métodos de depósito que se adecuen a las necesidades, pues en general lo que se busca es que se pueda hacer un depósito controlado y logrando uniformidad en el recubrimiento. Por este motivo, en este trabajo se presentará la comparación entre dos métodos de depósito del grafeno sobre filtros MMI, drop casting y deposición óptica.

Sensor de temperatura de fibra óptica basado en un filtro de interferencia multimodal

Diseño e implementación de un novedoso sensor de temperatura de fibra óptica basado en un filtro de interferencia multimodal MMI (Multimodal Interference, MMI). El diseño del dispositivo es muy simple, de bajo costo y altamente sensitivo a temperatura ya que solo tenemos que empalmar una fibra multimodo FG125LA con dos fibras monomodo SMF-28+. La sensitividad de nuestro dispositivo puede ser fácilmente ajustada seleccionando la temperatura adecuada y depende en gran medida del diseño del filtro MMI. El rango de sensitividad de temperatura de nuestro dispositivo está entre 0 °C rango de temperatura baja hasta 50 °C.

Near field diffraction for a metallic doublet with different widths

A type of metallic double nanoslit with different widths is proposed to investigate Young’s interference mediated by surface plasmon polaritons (SPPs) for the case of TM-polarized light. Numerical FDTD calculations show that the interference order could be shifted readily by adjusting the size of each slit. Further calculations indicate that the interference order shift related to the additional phase retardation is caused by the surface plasmon mode. Since the surface plasmon mode in a nanoslit is extremely sensitive to the incident wavelength and polarization, it suggests a potential way of ultrahigh resolution spectral analysis via measuring the diffraction pattern.

Generación de supercontinuo ultra-plano en un láser self-Q-switch de fibra Er/Yb

En los últimos años, el desarrollo de fuentes de supercontinuo (SC) a base de fibra óptica ha sido sustancial, permitiendo su uso de manera extendida en aplicaciones tales como la espectroscopía, microscopía y tomografía de coherencia óptica, por mencionar algunas. El esquema tradicional de generación de SC se basa en el uso de una fibra empleada como medio no lineal, la cual es bombeada con un láser de pulsos ultra cortos o bien con radiación de onda continua de alta potencia. Alternativamente, se puede generar SC dentro de una cavidad láser de fibra. En este trabajo se demuestra experimentalmente la generación de SC intracavitario en una cavidad láser de fibra dopada con Erbio/Iterbio que opera en el régimen self-Q-switch. La cavidad, que tiene forma de figura 9, consta de un espejo de fibra completamente reflejante y un espejo amplificador no lineal. El espejo amplificador no lineal consta de un segmento de 3 m de fibra dopada con Er/Yb, 150 m de fibra SM-2000 y un controlador de polarización (PC). El rol de la fibra dopada es el de amplificar la radiación en la cavidad, mientras que el rol de la fibra SM-2000 es el de medio no lineal para el ensanchamiento espectral de la radiación láser que da lugar al espectro SC. Con un ajuste apropiado del PC y a una potencia de bombeo de 1.1 W, se obtiene una emisión láser pulsada con un espectro óptico que va desde 1500 hasta 2300 nm y que presenta una planitud mejor que 5 dB en el rango de 1600-2160 nm. La fuente de supercontinuo construida tiene aplicaciones potenciales en áreas como la espectroscopía o la tomografía de coherencia óptica.

Fringe bifurcation in the diffraction by a double metallic slit

We study the physical mechanism of near-field interference of slit doublet and explore the distinctive phenomena in near-field interference of slit doublet. The average electric field and average energy-flow density are chosen to describe the near-field distribution rules of the electromagnetic field. The numerical calculations for near-field interference of slit doublet under different illumination conditions are performed according to the finite-difference time-domain method, and the distinctive characteristics of the near-field interference of slit doublet are provided. They include the polarization dependence, the distortion of fringes, and the bifurcation of the fringes. These characteristics are completely different from those of the far-field interference. . These results may provide us with new insights into the underlying physics of interaction between complex nanostructures and electromagnetic waves.

Análisis experimental de la variación de fase en un haz introducida por un portaobjetos

Cuando un haz pasa a través de un medio óptico éste experimenta un retraso de fase debido al índice de refracción del medio, el valor de este retraso de fase depende principalmente del valor del índice de refracción y espesor del medio [1]. Experimentalmente este retraso de fase se observa a través de un cambio en intensidad del haz, es decir, si generamos una mancha de luz láser de un cierto diámetro y obstruimos la mitad de este haz con un pedazo de vidrio (portaobjetos) a la salida del vidrio se observa la misma mancha, pero con una raya negra en la misma posición en la que se encuentra el filo del vidrio, esto indica que las zonas brillantes divididas por la raya negra tienes una diferencia de fase entre ellas. Un detalle importante que se observa es que el ancho de esta raya negra puede ir aumentando a medida que el vidrio se inclina, es decir, deja de ser totalmente perpendicular a la dirección de propagación del haz. A partir de esta observación, se tomó la idea de hacer un análisis experimental de esta variación de anchos de la raya negra y la variación de la magnitud de la variación de fase en función de la rotación del vidrio. Una de las propuestas es hacer esta caracterización empleando un interferómetro de Mach-Zehnder y una fuente de luz láser de He-Neon, así como el uso de un portaobjetos quien variará la fase en el haz. [1] Bahaa E. A. Saleh, Malvin Carl Teich. Fundamentals of Photonics. A wiley interscience publication. John Wiley & Sons, INC.

ESTUDIO ANALíTICO DE LA TRANSMISIÓN DE UN HAZ DE LUZ LASÉR A TRAVÉS DE UNA PLACA DE VIDRIO ROTADA

El estudio analítico de la transmisión de una onda óptica a través de un elemento transparente es importante, debido a que el haz a la salida del elemento óptico se ha retrasado en fase con respecto al que traía antes de pasar por el medio [1]. Cuando la onda viaja dentro del medio su constante de propagación es la multiplicación del índice de refracción del medio por la constante de propagación en el vacío. Así, si una onda plana con amplitud compleja se propaga dentro de un medio óptico, la transmitancia de amplitud compleja de una placa transparente será una función compleja con argumento dado por la constante de propagación dentro del medio y el espesor del medio. Esto significa que la placa de vidrio introduce un salto de fase igual al argumento de la transmitancia de la amplitud compleja y este comportamiento es cuando el haz incide perpendicular a la superficie incidente de la placa de vidrio. Cuando el haz incidente hace un ángulo con respecto a la normal de la superficie de la placa, la transmitancia dada por la placa esta en función de este ángulo, el espesor de la plana y la constante de propagación dentro del medio. Así, en este trabajo se muestra la variación de fase que introduce una plana cuando es rotada con respecto al eje vertical y perpendicular a la dirección de propagación de la luz. [1] Optics. Eugene Hecht. Third Edition.

Resonancia vertical y horizontal en un arreglo lineal de guías de onda en función de la longitud de onda

El desarrollo de sistemas acoplados ha sido considerado en una gran cantidad de sistemas físicos y biológicos. Existen sistemas de modos acoplados, modulados a través de constantes de propagación y efectos termoeléctricos donde la potencia transferida amplifica las amplitudes de resonancia en el dominio de la frecuencia. En particular, en este trabajo se muestra un sistema de guías de ondas acoplado mediante la modulación de la separación entre ellas en función de la longitud de onda en un arreglo lineal de dos capas. El acoplamiento que se logra en el arreglo de guías de onda puede ser vertical u horizontal entre varios elementos del arreglo. Los parámetros empleados para las guías de onda son materiales semiconductores construidas de Arseniuro de Galio (GaAs) con 3.39 µm de radio y con recubrimiento. Además del incremento del índice de refracción de las guías de onda del sistema en un orden de 10-3 por periodo, donde se obtiene la potencia máxima transferida. Los resultados que se presentan son mediante la construcción del arreglo lineal de dos capas y su simulación numérica por elemento finito de las guías de onda. La simulación resuelve las ecuaciones de campo y presenta gráficas de propagación del campo eléctrico. La modulación de la separación se hace entre 2 y 3 longitudes de onda en la banda C de comunicaciones ópticas. El sistema descrito se puede validar con sistemas análogos de otros dispositivos de elementos acoplados como arreglos de micro anillos resonadores, antenas de ópticas, cavidades opto-mecánicas, por mencionar algunos.

Difracción de luz asistida por redes neuronales artificiales para identificación de mezclas bioquímicas

En los procesos químicos de generación de energías renovables en forma acuosa, los alcoholes desempeñan un papel protagónico. Particularmente los alcoholes pequeños como el metanol, etanol y propanol son miscibles en agua en cualquier proporción de mezcla. Algunos métodos que existen para conocer cuantitativamente dichas proporciones son invasivos con la muestra e imposibilitan su posterior recuperación y uso. Otros métodos, que implican la interacción de la luz con la muestra a analizar, pueden tener limitaciones debido a la estructura molecular similar de los alcoholes con el agua y a su baja absorción de luz. Así mismo, estas técnicas a menudo requieren instalaciones y equipos especializados de alto costo, lo que puede limitar su disponibilidad y aplicabilidad. Por estos motivos se busca desarrollar un método que permita identificar mezclas bioquímicas binarias de agua-alcohol a partir de los patrones de difracción generados en el campo lejano. Debido a la gran utilidad para el reconocimiento y clasificación de patrones que presentan las redes neuronales, el método de identificación consistirá en una red neuronal de una sola capa oculta de neuronas sigmoide y neuronas softmax en la capa de salida, que implemente el método del descenso del gradiente para minimizar la entropía cruzada.

Espectroscopía en muestras biológicas

Cuando se habla de espectroscopia se menciona a longitudes de onda que comprenden al infrarrojo o ultravioleta, y a las longitudes de onda que corresponden a las aplicaciones con laser. Si se toma en consideración la definición de espectroscopia, que la presenta como una disciplina científica, que se ocupa de estudiar cómo interactúan las radiaciones electromagnéticas con la materia, es posible incluir en estas aplicaciones a longitudes de onda diferentes a las convencionales, como lo pueden ser las que se encuentran en los: 2.42 cm y los: 3.65 cm. Con esa consideración como principio, se propusieron aplicaciones de energía electromagnética en 3.1 cm y una potencia ajustable, entre los 10 mW y los: 50 mW, logrando obtener respuestas favorables cuando se le aplico a muestras de proteína. Se le sujeto a un protocolo de pruebas en las que se obtuvo un índice de reflexión que cubrió de: 0.755725 hasta: 0.869935. Lo que permitió concluir que existe una respuesta de las muestras de material biológico a la energía aplicada en esta longitud de onda. Lo fundamental es conocer cómo interactúa la energía electromagnética sobre el medio que se aplica, sobre la muestra de material que interesa, si se refleja se refracta se dispersa, o simplemente se absorbe la energía.

La interferometría en la evaluación de la superficie de acero con pulido mecánico y electroquímico

Un paso previo para la aplicación de procesos electroquímicos en metales, es la preparación superficial; debido a estos procesos es que se puede obtener resultados precisos, confiables y reproducibles. Existen una variedad de métodos de preparación superficial, pero la finalidad de estos es eliminar sustancias y contaminantes no deseados, que puedan afectar la respuesta eléctrica del material; y la selección de estos radica en la aplicación que se le va a dar a los materiales tratados. En este trabajo se reporta la aplicación de un interferómetro de Michelson con luz monocromática roja, para determinar las irregularidades de la superficie metálica de un acero AISI 304 con pulido mecánico y electroquímico.

Estudio de la dependencia temporal de la respuesta nolineal de arreglos ordenados de nanoprismas metálicos

En este trabajo se presenta un estudio de la respuesta óptica nolineal de tercer orden de materiales nanoestructurados usando pulsos de femtosegundos. Los materiales estudiados son arreglos ordenados de nanoprismas de oro y plata sobre un substrato de sílice. En estas muestras se estudia la dependencia temporal de la respuesta nolineal mediante las técnicas de la compuerta Kerr óptica y la técnica de excitación y prueba. Para el caso de los nanoprismas de plata se utiliza la técnica de barrido en z para resolver las contribuciones de absorción y refracción nolineal empleando también un láser de pulsos de femtosegundos centrados en $\lambda$ = 800 nm, cercana a la resonancia dipolar de la muestra. Se emplea también una modificación del z-scan con un cortador de haz de frecuencia variable, para separar las contribuciones térmica y electrónica a la nolinealidad.

Sensor laser de fibra óptica de identificación de dirección de dobles basado en super-modos de fibra multinúcleo

Los sensores de fibra óptica ofrecen varias ventajas en comparación con los sensores tradicionales. Algunas de estas ventajas son inmunidad a interferencias electromagnéticas, gran capacidad de transmisión a larga distancias, alta eficiencia y estabilidad. En esta investigación se presenta un sensor de identificación de dirección de dobles basado en interferencia de super-modos. El enfoque se basa en un interferómetro tipo Mach-Zehnder que sirve como un filtro dentro de una cavidad láser, donde la cavidad es de tipo anillo con medio activo de fibra dopada con erbio. El interferómetro Mach-Zehnder es construido con 63.5 mm de fibra óptica de siete núcleos (SCF) empalmada entre dos fibras monomodo (SMF). En la fibra SCF se estimulan dos super-modos con el modo fundamental de la fibra SMF, se propagan por la fibra SCF, y al llegar a la SMF se produce un patrón de interferencia debido a la diferencia de camino óptico entre los dos super-modos. Este patrón de interferencia altera las pérdidas en la cavidad laser y promueve emisión láser en longitudes de onda donde las pérdidas son mínimas y se tiene una ganancia significativa. Al hacer pasar el interferómetro de una transición recta a una de dobles se genera una variación en la longitud de onda del patrón de interferencia a causa de modificaciones geométricas y tensiones internas en la estructura del interferómetro. Como resultado, las pérdidas de filtrado en la cavidad laser se ven afectadas, ocasionando un ajuste en la longitud de onda de la emisión láser. Dependiendo de la dirección de dobles en la estructura de la fibra SCF, el ajuste de la emisión laser se genera de manera diferente, lo que permite la identificación de dirección de dobles. Se obtuvieron factores de ajuste de emisión laser sobre distancia de doblamiento de alrededor de -0.17 nm/mm, variando de acuerdo con la dirección de dobles. El sensor láser propuesto es adecuado para aplicaciones en comunicaciones, mecánica, ingeniería civil, monitoreo, et

Caracterización 3-D del enfocamiento de haces Bessel-Gauss

Los haces Bessel-Gauss presentan una variedad de características que difieren de aquellas de los bien conocidos haces Gaussianos. Por ejemplo, una de ellas es la aparente no-difracción al propagarse, contradiciendo el principio de incertidumbre, en contraste con la difracción que le sucede a un haz Gaussiano. Otra, es su propagación finita a diferencia de un haz Gaussiano que, en principio, puede propagarse por grandes distancias con su amplitud disminuyendo como la de una onda esférica. Una más, que es el propósito del presente estudio, es que no se enfocan en eje como lo hace un haz Gaussiano. Entender la física de por qué sucede lo anteriormente descrito es de gran relevancia para extender las aplicaciones de haces Bessel y Bessel-Gauss. En este trabajo se presenta la caracterización 3-D del enfocamiento por una lente delgada de un haz Bessel-Gauss. Se presentará el formalismo que describe su propagación tridimensional mostrando que en el plano focal se pierde el perfil del haz Bessel-Gauss y se observa un patrón de forma anular con perfil de intensidad casi-Gaussiano. Sin embargo, se mostrará que usando el formalismo de interferencia ondas cónicas para haces Bessel es posible explicar la razón de la formación del anillo y la existencia de un pseudo-foco en un plano anterior al plano focal y, dependiendo de la relación entre frecuencia radial y la distancia focal de la lente, puede aparecer en un plano posterior al plano focal otra región de aparente enfocamiento. Estos puntos pseudo-focales se compararán con el desplazamiento focal que sucede con los haces Gaussianos mostrando que su naturaleza es completamente diferente. Finalmente, mostraremos que este formalismo también puede aplicarse con buena aproximación a los haces Laguerre-Gauss elegantes.

Random lasing of zno films decorated with au nanoparticles

In certain types of random lasers, disordered media can be found, which function to amplify incident light as a result of multiple optical scattering. When the scattering medium is ZnO, the implications of structural characteristics on the optical properties of the resulting laser light have been studied. This work is an extension of a study on the response of random lasing as a function of the thickness of ZnO films grown by our team. Zinc oxide films and zinc oxide decorated with gold nanoparticles were fabricated using thermal evaporation with thicknesses ranging 400 nm to 10 μm. Subsequently, their morphology and roughness were characterized using FESEM and AFM, respectively. The response of random lasing was studied for different excitation densities using a photoluminescence experiment with a pulsed Nd:YAG laser with a pulse width of 26 ps at a frequency of 50 Hz as the excitation source. The morphology of the gold nanoparticles and the characteristics of random lasing when subjected to a thermal treatment were also studied. Important technical results are presented, such as the size of the deposited films, the average roughness, and the photoluminescence response. Furthermore, the emission spectra of the laser are presented, and the coherence of the emitted light is studied through interferometry experiments below and above the random lasing threshold. Photonic and electronic concepts, such as Anderson localization and effective medium theories, are proposed to explain the implications of the presence of gold nanoparticles on the random lasing threshold results.

Caracterización y comparación de métodos de deposición de PDMS sobre fibras ópticas con rejillas de periodo largo para la detección de acetona

Este trabajo se enfocó en la detección de acetona utilizando el polímero PDMS depositado en fibras ópticas previamente empalmadas, con la finalidad de encontrar métodos menos invasivos con los cuales se puedan medir los niveles de este compuesto en personas que padecen enfermedades como la diabetes. Para esto, se utilizaron fibras ópticas monomodo sobre las cuales se grabaron interferómetros de Mach-Zehnder, consistentes en dos rejillas de periodo largo (RPL), grabadas de manera consecutiva. Estas fueron grabadas usando el método de arco eléctrico de una empalmadora Fitel S176, con una duración de arco de 250ms y con un periodo de 515µm, teniendo 20 puntos cada rejilla, y siendo la separación entre rejillas de 1.5cm. Se utilizaron 2 técnicas de deposición de PDMS sobre las fibras, esto con la finalidad de comparar la concentración de acetona detectada con cada una. La primera técnica, llamada “no controlada”, consistió en el depósito del PDMS sobre las fibras empleando un horno casero con un foco de 100 watts, manteniéndolas dentro por 30min. La segunda técnica, llamada “controlada”, consistió en la utilización de una cámara de ozono para quitar las impurezas sobre la superficie de las fibras, y en su funcionalización por medio de una pistola de plasma de ozono por 20s, luego se colocaron dentro de un horno de convección natural por 1hr a 85°C con el PDMS. Todas las fibras se dejaron reposar por 3 días antes de ser colocadas en una cámara de medición, donde fueron expuestas a la acetona. Se midieron los cambios espectrales al momento de la introducción de acetona en la cámara, de 0.1µl en 0.1µl cada 10min, hasta llegar a 1µl. Se capturaron los datos minuto a minuto. Los datos fueron analizados por medio del método PCA y con esto se graficó la concentración de acetona en cada fibra. Se obtuvieron las pendientes de las gráficas, las cuales representan la sensibilidad de cada sensor y permite saber qué fibras presentaron una mejor resolución ante la acetona.

Arreglos colineal y ortogonal para la detección de fluorescencia inducida por excitación de dos fotones en muestras sólidas y en disolución

La absorción de dos fotones tiene ventajas importantes sobre la absorción convencional de un fotón, por ejemplo, el volumen reducido de excitación o la selectividad de los estados electrónicos que son excitados. Materiales con elevada sección eficaz de absorción de dos fotones (2PA) pueden ser empleados en microscopía, almacenamiento tridimensional de datos, terapia fotodinámica o en la liberación localizada de bio-especies activas . En el presente trabajo, se detalla el procedimiento desarrollado para cambiar de mediciones hechas en líquidos a otras en sólidos. Se muestran los montajes y calibración de dos experimentos de detección de fluorescencia inducida por dos fotones (TPIF), haciendo uso del láser de femtosegundos. Se presentarán los resultados obtenidos para cada montaje óptico para las rodaminas B y 6G como moléculas prueba y midiendo el colorante IR780 en la configuraciones colineal y  ortogonal con el fin de obtener señales que se asocien a los diferentes estados  electrónicos involucrados en las transiciones 2PA. Se resaltarán algunos detalles de la teoría detrás de 2PA para estos colorantes catiónicos. Agradecemos a LANCAD y LSVP UAM-Iztapalapa por apoyar con horas de cómputo el proyecto 26-2022.

Medición Transversal de Objetos con Holografía Digital

El método holográfico se ha empleado para reconstruir objetos en 3D con fines artísticos, solo recientemente la holografía tiene un carácter cuantitativo de valiosa importancia. Se ha empleado la holografía para reconstruir objetos macroscópicos como microscópicos. Siendo así, la holografía se ha vuelto una de las únicas técnicas con las cuales se indaga el mundo microscópico permitiendo adquirir la información compleja de los parámetros físicos. En este trabajo reportamos el uso de la holografía digital con el fin de medir el tamaño transversal de objetos. Como objeto de prueba empleamos la tarjeta USAF 1951. En este trabajo empleamos un arreglo holográfico digital fuera de eje que resulta fácil de alinear para medir la capacidad de resolución que tiene el método holográfico. Los hologramas se generaron con láser He-Ne de 632 nm, una cámara pixelink de 2M Pixeles. Los hologramas fueron reconstruidos usando Difracción de Fresnel. La contribución de este trabajo es con el fin de aplicarlo a la medición de objetos microscópicos.

Parámetros de Stokes obtenidos en una configuración de un solo disparo

Un polarímetro es un dispositivo para medir el estado de polarización de un haz de luz a partir de mediciones radiométricas, a veces se le conoce como polarímetro de Stokes. Conocer los estados de polarización es crucial en un gran número de aplicaciones ópticas. Los polarímetros determinan el estado de polarización midiendo 4 intensidades que son obtenidas en 4 diferentes proyecciones usando polarizadores y retardadores. Los polarímetros requieren movimientos de rotación sobre los elementos ópticos lo cuales se realizan de forma manual si no se tienen elementos de rotación automatizados. Esto representa un problema si no se cuenta con motores controlados. En este trabajo presentamos una alternativa para medir los estados de polarización adquiriendo al menos 4 mediciones de intensidad en una sola toma conocida esta técnica como de un solo disparo. El arreglo consiste en hacer incidir el haz sobre un apilamiento de 4 rejillas de difracción orientadas en cuatro ángulos: 0, 22.5, 45, 67.5 y 90 grados que producen 8 spots que cruzan finalmente un retardador fijo de Lambda/4 y un polarizador lineal también fijo horizontalmente. La imagen de los spots es capturada por una cámara CCD. La imagen es procesada usando el software ImageJ. Se discuten en el trabajo ventajas y problemas al usar este método para medir los estados de polarización empleando un solo disparo.

Estudio de propiedades elásticas de glóbulos rojos mediante pinzas ópticas con láser infrarrojo

El conocimiento de las propiedades elásticas de las células es de suma importancia ya que se ha reportado que un cambio en éstas puede ser señal de la presencia de alguna patología. En los últimos años se han desarrollado diversas metodologías usadas para conocer las propiedades mecánicas de diversos grupos celulares, dentro de estas técnicas resalta el uso de las pinzas ópticas ya que éstas permiten realizar experimentos de tensión celular en los que se analiza a la célula como un todo y no solo una parte o componente de ésta. Sin embargo, la variabilidad de resultados en la literatura puede deberse a varios factores, como lo son las distintas metodologías de medición, al tipo de célula e incluso a la longitud de onda del láser de atrapamiento. En el presente trabajo se propone una metodología para el estudio de tensión celular de glóbulos rojos mediante un arreglo de pinza óptica de múltiple atrapamiento incorporando un deflector opto acústico y un láser de 1064 nm de longitud de onda (infrarrojo), al usar láser infrarrojo nos permite manipular células sin dañarlas ni comprometer su estructura. La rigidez elástica encontrada para glóbulos rojos sanos fue de 7.3±2.5 pN/µm que se encuentra dentro del rango de lo reportado en la literatura. La variabilidad encontrada en los resultados experimentales y en la revisión bibliográfica puede deberse a diversas circunstancias como el método utilizado para medir la rigidez, la temperatura, el medio en el que se encuentren los glóbulos, el periodo de vida en el que se encuentre el glóbulo, etc.

Encriptación y desencriptación de imágenes en color usando Transformada de Fourier

La seguridad de la información en la era digital es de vital importancia. La encriptación óptica de imágenes surge como una técnica prometedora para proteger la información visual y garantizar la privacidad y seguridad de las comunicaciones. El objetivo de este proyecto es desarrollar una aplicación para encriptar y desencriptar imágenes utilizando técnicas de encriptación óptica, específicamente mediante el uso de la Transformada de Fourier. La encriptación óptica de imágenes se basa en los principios de interferencia y difracción de la luz, y utiliza herramientas matemáticas y algoritmos, como la Transformada de Fourier, para manipular y ocultar la información de las imágenes. Esta técnica encuentra aplicaciones en áreas como comunicaciones, protección de la propiedad intelectual y autenticación de imágenes. En este trabajo se presenta la posibilidad de encriptar y desencriptar imágenes en color utilizando la Transformada de Fourier. El software fue desarrollado en Python, utilizando bibliotecas de procesamiento de imágenes. Se muestran los resultados obtenidos en esta investigación. J. F. Barrera-Ramírez, R. Daniel Torroba, Encriptación óptica de información con recuperación libre de ruido, Rev. Acad. Colomb. Cienc. Ex. Fis. Nat. 39; (2015).

Estudio de primeros principios para calcular las bandas de energía y la conductividad óptica del carburo bidimensional SnC

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 del Carburo Bidimensional SnC. Como primer paso, se encuentra la estructura de mínima energía del Carburo 2D SnC. Posteriormente, se calculan las bandas de energía, las funciones dieléctricas y la conductividad óptica para este material. La estructura de bandas del SnC 2D revela un material semiconductor. Para la conductividad óptica se observa que existen tres picos bien definidos, encontramos que la conductividad máxima se observa a 7.3 eV , ubicado en la región de la luz ultravioleta con un valor de 10.46 x 10^15/s.

Comparación teórica y experimental de patrones de difracción de Fraunhofer para aberturas simétricas

En la difracción de tipo Fraunhofer, el análisis matemático lleva a la descripción del fenómeno en términos de la transformada de Fourier, en este trabajo se plantea la descripción matemática de algunas aberturas simétricas y se muestra que los patrones de difracción de Fraunhofer pueden expresarse en términos de funciones conocidas, además los resultados teóricos se comparan con resultados experimentales no sólo cualitativamente sino, cuantitativamente mediante una prueba de hipótesis estadística.

Desarrollo experimental de un sensor de temperatura utilizando un dispositivo hetero núcleo de fibra óptica

La demanda de sensores de temperatura está aumentando en diferentes campos como son la medicina (diagnóstico y tratamiento), la industria alimentaria, la ingeniería bioquímica, las pruebas nucleares, etc. En comparación con otras técnicas, los sensores de temperatura de fibra óptica tienen las ventajas de una alta sensibilidad, un tamaño compacto, un peso ligero y la capacidad de funcionar en entornos hostiles de interferencia electromagnética. En este trabajo se presenta un desarrollo experimental y la metodología a seguir para la implementación sencilla de un sensor de temperatura utilizando un dispositivo de fibra óptica conocido como hetero núcleo; el cual está constituido de una fibra óptica multimodo (MMF), una sección de fibra óptica coreless (CF) y por último una fibra óptica multimodo (MMF). Se realizó el estudio de la estructura analizando un punto característico de los espectros de transmisión obtenidos al someter a la fibra óptica a diferentes temperaturas, donde observamos una sensibilidad del dispositivo de 16.42 pm/°C. Para aumentar la sensibilidad, recubrimos la sección de CF con un polímero PMDS que tiene un coeficiente termo-óptico negativo, con lo cual obtuvimos una sensibilidad de -156.42 pm/°C, aumentando así casi 10 veces la sensibilidad del dispositivo, con lo cual demostramos que es posible diseñar un sensor de temperatura simple y de bajo costo de construcción con cualidades mejoras.

Modos plasmónicos en guías de ondas fotónicas con fractales de koch

La geometría fractal ha sido ampliamente estudiada debido a su potencial aplicación en diversos métodos de investigación. Mediante el uso de un método integral y la incorporación de inclusiones de fractal de Koch, hemos investigado las propiedades de las estructuras de bandas y la respuesta óptica en guías de ondas de cristal fotónico con fractales de Koch. Dentro del ámbito de interés principal de nuestro trabajo, nos enfocamos en la modelación de guías de ondas de cristal fotónico que involucran metamateriales izquierdos (LHM, por sus siglas en inglés). En particular, observamos la presencia de un modo del plasmón de superficie en las inclusiones que tienen estructuras de fractales de Koch. Este modo plasmónico constituye un fenómeno fascinante que ocurre en la interfaz del LHM con el aire presentando características únicas. Nuestros resultados demuestran la eficacia del método integral numérico utilizado permitiendo estudiar fenómenos ópticos de interés en estas estructuras altamente complejas y prometedoras.

Desarrollo experimental para el depósito de óxido de grafeno en la superficie de un dispositivo hetero núcleo de fibra óptica

El desarrollo de las fibras ópticas constituye uno de los avances más grandes en la historia de las comunicaciones. Las fibras ópticas fueron diseñadas y fabricadas para ser el canal de comunicación más eficiente, ya que la luz permanece confinada dentro del núcleo de la guía para aislarla de efectos externos y así conseguir una transmisión segura de las señales. Por otro lado, desde su aparición, se identificó que las fibras ópticas tienen algunas ventajas para desarrollar sistemas de detección y medición de magnitudes físicas, sustancias químicas o agentes biológicos con cualidades mejoradas. En este trabajo se propone una metodología simple para depositar óxido de grafeno sobre la superficie de un dispositivo de fibra óptica. Dicho dispositivo es mejor conocido en la literatura como hetero núcleo, el cual está compuesto por dos secciones de fibra óptica multimodo (MMF) en los extremos y una sección central de fibra óptica monomodo (SMF). Para abordar este problema se realizaron depósitos de óxido de grafeno a diferentes concentraciones usando APTES. Una vez realizados los depósitos se analizaron los efectos del óxido de grafeno en la respuesta refractométrica de los dispositivos hetero núcleo. Se usaron diferentes métodos de análisis para evaluar los cambios en la respuesta de los dispositivos y los resultados se presentan en este trabajo.

Caracterización del azul de metileno con un espectrofotómetro

En este trabajo se caracterizó ópticamente el azul de metileno usando un espectrofotómetro UV-Vis. El espectrofotómetro es un instrumento utilizado para medir la cantidad de luz absorbida o transmitida por una muestra en el rango del ultravioleta y el visible del espectro electromagnético. La espectrofotometría se basa en la ley de Lambert-Beer, que establece una relación empírica entre la intensidad de la luz incidente en un medio y la intensidad de la luz transmitida después de que se haya producido absorción en dicho medio. Aquí, obtuvimos curvas de absorbancia, transmitancia y reflectancia para distintas concentraciones, se tomó como referencia el azul de metileno comercial (LOMAS) diluido al 1%, y se analizó su comportamiento en un rango de longitudes de onda incidentes entre 200 a 800 nm. Los resultados mostraron que el azul de metileno tiene un excelente rendimiento como atenuador y filtro pasa banda en el rango de 350 a 450 nm.

Diseño óptico de un espectrómetro basado en un sistema reflector fuera de eje

Los sistemas reflectores fuera de eje se han popularizado en los últimos años debido a la gran cantidad de sistemas en los que se pueden utilizar, como lo son objetivos de cámara, telescopios, sistemas de pantallas montadas en la cabeza, sistemas de proyección para nano litografía, sistemas de antenas de telecomunicaciones y también en espectrómetros. Los sistemas reflectores fuera de eje tienen la ventaja de lograr sistemas más ligeros, campos de visón (FOV) amplios, al ser sistemas no obstruidos evitan perdidas de luz, los materiales de recubrimiento para ciertas longitudes de onda suelen ser de menor costo que los materiales de las lentes. Los espectrómetros aparecieron a finales de la década de 1970 y representaron un gran avance en el campo de la teledetección. Desde su nacimiento, se han visto favorecido por su amplia gama de aplicaciones, que incluye reconocimiento militar, estudios de agricultura, monitoreo forestal y exploración de recursos minerales. Con el rápido desarrollo de los vehículos aéreos no tripulados (UAV) y la tecnología de satélites pequeños, la demanda de espectrómetros de menor tamaño, ligeros y con un FOV amplio, se ha vuelto cada vez más intensa. Por lo tanto, un sistema reflector fuera de eje es una buena alternativa para diseñar un espectrómetro. En este trabajo se presenta el diseño óptico de un espectrómetro basado en un sistema reflector fuera de eje con un rango espectral de ~250 nm a 850 nm, una apertura numérica (NA) larga de ~0.2, con una rejilla de difracción convexa. Para la corrección de aberraciones se utilizan superficies de forma libre, que permiten obtener un sistema cerca del límite de difracción (lo que permite lograr una alta resolución). Finalmente, se presentan los resultados y el análisis de desempeño del espectrómetro.

Sensor táctil de fibra óptica multimodo basado en una cavidad polimérica Fabry-Perot

Los sensores táctiles son de interés en áreas de la robótica biónica y el desarrollo de tecnología de accesorios (werable devices). La mayoría de las propuestas están basadas en componentes electrónicos y existen pocas aproximaciones desde el campo de la óptica. Dentro de estas propuestas destacan los sensores basados en fibras ópticas; Algunos de los retos de estos dispositivos son : conseguir dispositivos de bajo costo y sustentables. Es importante señalar que varios sensores táctiles basados en fibras ópticas utilizan tecnología infrarroja y costosos sistemas de demodulación. Por otro lado, la sustentabilidad es un paradigma siempre presente en el campo de los sensores de fibra óptica. Con base en lo anterior, se propuso un dispositivo que utiliza una fuente puntual en el espectro visible, la señal de esta fuente de luz es guiada por una fibra óptica multimodal en un sistema de reflexión el cual propicia la interacción con una delgada película polimérica, generando así una cavidad Fabry-Perot; la respuesta de interferencia del sistema permite el análisis de estímulos puntuales de fuerza y ​​presión. La caracterización de estos estímulos permite presentar este dispositivo como una alternativa viable en el campo de los sensores táctiles.

Fabricación de interferómetro de Sagnac por medio de adelgazamiento fibra óptica

En este trabajo, diseñamos, caracterizamos y demostramos un interferómetro de fibra óptica tipo Sagnac con fibra óptica adelgazada. Como objetivo principal demostramos que el índice de refracción de los líquidos que están en contacto en la región de la fibra óptica adelgazada es la de mayor sensibilidad por el efecto de onda evanescente. Para fabricar el interferómetro unimos dos trozos de fibra óptica sin recubrimiento plástico variando esta distancia entre los 3 y 6 cm, (en base a diversas pruebas se encontró que la distancia optima es de 3.5cm) enseguida utilizamos la técnica de trenzado de las fibra con un número de vueltas óptimo de 6 vueltas, esta sección trenzada se adelgaza y fusiona por medio de una flama, en una maquina estrechadora, la flama utilizada se obtiene de una combinación de gases de oxígeno y butano para lograr la temperatura adecuada en la cual el estrechamiento de la unión de las fibras no se fracture. El interferómetro consta de 4 puertos i, el área adelgazada y trenzada se obtuvo de 20, 15, 10 y hasta 8micras), la longitud del lazo Sagnac, fueron probados con diámetros desde 2cm hasta 20 cm. Se encontró un patrón de franjas de comportamiento que depende de todos los parámetros anteriormente mencionados y de los diámetros de adelgazamiento de la fibra, nuestro interferómetro se puede comportar como sensor de vibración o como sensor de índice de refracción de líquidos. Mostramos el uso del Interferómetro como un sensor de índice de refracción por medio de un láser de anillo de fibra dopada con Erbio. Agradecimientos: Proyecto CONAHCYT A1-S-33363/CB2018, Universidad de Guanajuato a través del Proyecto CIIC 166/2023 y Departamento de Ing. Electrónica División de Ingenierías Campus Irapuato-Salamanca

Medición de curvas de barrido en Z (Z-scan) utilizando láseres pulsados de alta tasa de repetición

La técnica de z-scan con abertura se usa ampliamente para obtener el índice de refracción no lineal y absorción no lineal de diferentes medios. Esta técnica consiste en colocar una lente positiva alineada al haz de luz láser para formar una cintura donde la muestra de estudio se desplaza cerca de esta cintura para inducir los efectos ópticos no lineales, se mide la potencia a campo lejano con un detector y se usa un diafragma para limitar el área de detección sobre eje, graficando la potencia contra el desplazamiento de la muestra se obtiene la curva de z-scan. El índice de refracción no lineal se produce por diferentes mecanismos tales como la polarización electrónica, reorientación molecular, absorción y efectos térmicos. Este último mecanismo aparece si la muestra es iluminada por un tren de pulsos cuyo espaciamiento es más corto que el tiempo característico térmico, lo que sucede al usar un láser con una alta tasa de repetición, por lo que varios de estos mecanismos se presentan, complicando el análisis de la caracterización óptica no lineal del medio. En este trabajo se presentan curvas experimentales de z-scan considerando una muestra delgada de $CS_2$, empleando la técnica de z-scan con abertura e incorporando un detector ultrarrápido con un tiempo de respuesta de 35 ns y un Chopper que controla el tiempo de iluminación de la muestra, utilizando como fuente de luz un láser de Titanio-Zafiro con una frecuencia de repetición de 90 MHz, permitiendo distinguir respuestas ópticas no lineales rápidas (efecto Kerr óptico) de respuestas lentas (efectos acumulativos térmicos). Se ajustan las curvas de z-scan de $CS_2$ con el modelo presentado en [1], el cual consiste en considerar dos no linealidades refractivas y absortivas, no locales. [1] B. A. Martinez Irivas, M. L. Arroyo Carrasco, M. M. Mendez Otero, R. Ramos García, and M. D. Iturbe Castillo, “Z-scan for thin media with more than one nonlocal nonlinear response,” Opt. Exp., 24(12), 13387-13393 (2016).

Simulacion de la onda electromagnetica

Las ecuaciones de Maxwell nos proporcionan comprensión del comportamiento de las ondas electromagnéticas, entre otros fenómenos electromagnéticos complejos. Su aplicación en la tecnología ha permitido diseñar y optimizar dispositivos y sistemas electromagnéticos. La simulación de estas ecuaciones nos brinda un mejor enfoque al analizarlas. El método más común para simular las ecuaciones diferenciales es el de diferencias finitas. Sin embargo, debido a que este método, en este caso tiene problemas de precisión y estabilidad, se optó por utilizar el método FDTD (Finite Differences in Time Domain), propuesto por Kane Yee en 1986. En este cartel mostramos los resultados de simular las ecuaciones de Amper y Faraday en una dimensión espacial y a través del tiempo empleando el mallado de Yee.

Diseño Teórico de un sistema de iluminación solar basado en lentes de Fresnel

El mundo moderno actual se caracteriza por la utilización de diversos dispositivos electrónicos y sistemas de iluminación que demandan un consumo importante de energía eléctrica para que funcionen de manera adecuada. Dicha energía es generada a partir de diferentes fuentes, siendo las más utilizadas el petróleo crudo, el gas natural y el carbón, cuya combustión genera gases de efecto invernadero que provocan el cambio climático. El cambio climático trae como consecuencias fenómenos hidrometeorológicos extremos, pérdidas humanas y económicas, la pobreza y la degradación ambiental. Una forma de combatir ese cambio es el uso de energías alternativas, ya que son limpias y más perdurables. Por tanto, el presente proyecto tiene como objetivo proponer el diseño teórico de un sistema de iluminación basado en un colector óptico construido con lentes de Fresnel, un sistema fotovoltaico y una lámpara tipo LED. Para confirmar su eficiencia, se realizarán simulaciones para obtener el diseño más adecuado, así como mediciones necesarias para determinar la salida de luz que se difunda en el espacio que se desea iluminar. De estos primeros resultados teóricos se pretende generar el antecedente para continuar con el diseño experimental y poder generar un dispositivo que se pueda implementar en hogares de diferentes alcances económicos.

Estudio de las propiedades ópticas de puntos cuánticos de carbono (CQDs) sintetizados a partir de diversos tipos de azúcares

Los puntos cuánticos de carbono que utilizan azúcares como precursores pueden ser sintetizados a partir de técnicas accesibles como la carbonización o tratamiento hidrotermal y presentan biocompatibilidad, baja toxicidad, una alta fluorescencia y un control preciso sobre parámetros de síntesis tal como la composición y estructura de los distintos tipos de azúcares. Esto los convierte en una alternativa versátil sobre CQDs derivados de otros tipos de precursores cuyas aplicaciones y potencial resulta relevante explorar. El presente trabajo se centra en la síntesis y caracterización de las propiedades ópticas de puntos cuánticos de carbono (CQDs) hechos a partir de diversos tipos de azúcares. Se denomina como CQDs a nanoparticulas de carbono típicamente alrededor de los 10nm. Este nanomaterial ha despertado interés debido a sus propiedades ópticas, electrónicas y biológicas, así como su amplia variedad de potenciales aplicaciones en campos que van desde la medicina a la industria.

Construcción e implementación de un filtro óptico rechaza banda utilizando fibra óptica sin núcleo

En el presente trabajo se realizó el estudio y fabricación de un filtro óptico rechaza banda utilizando una sección de fibra óptica sin núcleo entre dos fibras estándar de comunicaciones formando un interferómetro del tipo Mach-Zehnder, el ancho espectral del rechazo de banda es aproximadamente 50 nm. Para la construcción del filtro, la fibra óptica sin núcleo se unió en sus extremos con fibra monomodo SMF28 utilizando una empalmadora de arco eléctrico marca Fujikura modelo ARC Master FSM -100M.Como resultado se muestra que al variar la longitud de la fibra sin núcleo se obtiene un corrimiento en el espectro del pico de atenuación del filtro, lo cual genera una dependencia de sintonización con respecto a la longitud del interferómetro. En la caracterización se utiliza una fuente de amplio espectro (fuente de luz supercontinua) y un analizador de espectros ópticos (OSA) modelo YOKOGAWA AQ6370B obteniéndose picos de atenuación en el rango de 1400 a 1650nm y con profundidad de atenuación máxima de aproximadamente 38dBm. Se muestra que el filtro óptico obtenido se puede utilizar como un sensor de ángulo de deflexión.

Sintonización de emisiones láser a través del uso de interferómetro Mach-Zehnder construido con una fibra multinúcleo

El desarrollo de láseres de fibra óptica y sus aplicaciones en la industria, así como en otros campos, los han posicionado en primera opción, al mostrar diversas ventajas en la fabricación de equipos, maquinarias, tecnología y automatización de procesos. Algunas aplicaciones esenciales son: en metrología de temperatura, vibraciones, deformación en materiales, detección de fugas de gases, manufactura de materiales, análisis de la calidad del agua y en diagnósticos clínicos. La sintonización de emisiones láser es la clave de la particularidad de estas aplicaciones. Este trabajo demuestra la sintonización de un láser de fibra óptica, empleando un interferómetro tipo Mach-Zehnder, construido por el acoplamiento de una fibra multinúcleo entre fibras monomodo, en el que se aplica una tensión por curvatura esperando un cambio en la respuesta espectral por dicha perturbación física, con el objetivo de generar modificaciones ópticas en la cavidad láser para así generar emisiones sintonizables. El arreglo experimental consiste en un láser de fibra óptica dopada con una concentración de iones de Erbio. Se emplea un aislador, un controlador de polarización y otros elementos ópticos, así como una luz de 980 nm proporcionada por un diodo láser de bombeo. Generando un patrón de interferencia en el recorrido de caminos ópticos diferentes, debido a las distintas constantes de propagación, se empleó un Espectro Óptico (OSA) para la caracterización de las lecturas a las respuestas de la tensión por curvatura, lo que modifica la longitud de onda a la que se produce la emisión. En los resultados se obtienen y muestran los espectros en respuesta a la curvatura por el desplazamiento longitudinal de 0 a 21 mm. También se muestra gráficamente el ajuste de la emisión laser contra dicho desplazamiento longitudinal Se concluye que el método desarrollado en este trabajo es muy viable y rentable. Además, este método puede adaptarse a otras configuraciones de láser de fibra óptica para aplicacio

Sistema reflectivo de fibra óptica para detección de daños en viga cantiléver utilizando el algoritmo de k-vecinos cercano

En este trabajo se presenta un sistema de fibra óptica para la detección categórica de niveles de daño en una viga tipo cantiléver, utilizando el algoritmo de k-vecino más cercano (KNN). El sistema se compone de dos etapas principales, adquisición y clasificación de los datos. En la primera etapa se implementó un arreglo de fibra óptica que opera de manera reflectiva, bajo el principio de modulación de intensidad. Al aplicar un estímulo externo a la viga de aluminio, se genera un movimiento vibratorio que es captado mediante una fibra óptica multimodo (FOM) con amplia apertura numérica, que logra colectar la luz que sale de la fibra y se refleja después de interactuar con viga. Con la ayuda de un acoplador multimodo 50-50 de tres puertos, se direcciona la emisión y recepción de las señales que viajan simultáneamente en la fibra. Un extremo se conecta a un láser con emisión centrada a 632 nm. Mientras que en el otro puerto se lleva a cabo el registro e interpretación de los cambios de intensidad de la luz, por medio de un fotodetector y un osciloscopio. Este proceso ocurre de manera no invasiva y sin contacto directo a la viga tipo cantiléver. En la segunda etapa de esta investigación se lleva a cabo la clasificación de los daños de las vigas. En este apartado, se realiza el ajuste y procesamiento de las señales; luego se procede a la extracción de características a cada señal, las cuales pertenecen tanto al dominio del tiempo como de frecuencia. Para este punto, se utiliza el algoritmo supervisado de KNN. En las pruebas realizadas, se obtuvo una exactitud del 96.56% al distinguir entre cuatro clases, que van desde la categoría de "sana" hasta el daño "severo", pasando por los niveles de daño "leve" y "moderado". Los resultados obtenidos demuestran que es posible detectar de manera eficiente los cambios presentes en el sistema viga cantiléver propuesto, utilizando un arreglo óptico reflectivo sencillo y algoritmos de aprendizaje automático.

Sensor de temperatura basado en birrefringencia lineal inducida por torsión con tensión

En este estudio numérico-experimental mostramos un sensor de temperatura con fibra óptica estándar basado en birrefringencia lineal inducida por torsión y tensión. El sensor consiste en 35 m de fibra estándar embobinado en un cilindro de cobre de 1.8792 cm de radio, en el cual se ha inducido una birrefringencia lineal por curvatura de -6.609 rad/m a 1550 nm. La fibra embobinada fue insertada entre dos polarizadores lineales generando un filtro espectral tipo Lyot con un periodo de 46 nm. Al variar la temperatura, tanto el cilindro de cobre como la fibra óptica experimentan cambios térmicos, ocasionando que la birrefringencia lineal inducida por tensión cambie, y por lo tanto el espectro de transmisión del sensor se desplace. Los resultados muestran que el sensor de temperatura tiene una sensibilidad de 5.44 nm/C° en el rango de 1520 nm a 1570 nm. Los resultados experimentales fueron sustentados con simulaciones numéricas basadas en matrices de Jones.

Filtro Lyot variable y sintonizable en fibra óptica estándar

En este estudio numérico-experimental mostramos un filtro espectral tipo Lyot (LF, Lyot Filter) de fibra óptica estándar cuya curva de transmisión puede ser variada y sintonizada de forma sencilla. El LF consiste en 35 m de fibra óptica estándar embobinada en un cilindro de 1.8792 cm de radio, en el cual se ha inducido una birrefringencia lineal por curvatura de -6.5781rad/m a 1550 nm. El periodo fundamental del LF puede ser variado de 38.3 nm a 19.15 nm simplemente cambiando el ángulo de la polarización de entrada. Además, la curva de transmisión puede ser continuamente sintonizada entre -π y π a 1550 nm al variar la retardancia de un retardador de onda variable (VWR, variable wave retarder). Las pendientes de sintonización fueron de 12.19 nm/rad para el periodo de 38.3 nm y de 6.09 nm/rad para el de 19.15 nm, respectivamente. Los resultados experimentales fueron sustentados con simulaciones numéricas basadas en matrices de Jones. El LF propuesto puede tener múltiples aplicaciones como interferometría, espectroscopía, sensores, láseres sintonizables de onda continua y pulsados, entre otros.

Cálculo del patrón de difracción a campo lejano de un haz gaussiano transmitido en una muestra delgada no lineal

Al transmitirse un haz Gaussiano intenso a través de una muestra delgada de material óptico no lineal experimenta un cambio de fase debido al cambio de índice de refracción y de absorción de la muestra. Los efectos producidos por dicho cambio de fase en el patrón de difracción a campo lejano, de este haz paraxial, permitieron entender la formación de anillos producidos por el fenómeno de automodulación espacial de la luz y el desarrollo de la técnica de barrido en Z (Z-scan), para la medición de los efectos ópticos no lineales de cambio de índice de refracción y cambio de absorción. Con el propósito de desarrollar modelos teóricos y numéricos de Z-scan, la propagación del campo eléctrico de la luz desde la salida de la muestra no lineal hasta campo lejano se hizo de diferentes formas; por descomposición Gaussiana, empleando el principio de Huygens-Fresnel, mediante la integral de difracción, por medio de la transformada de Fourier, etc. En este trabajo se muestra que bajo la premisa de que el haz transmitido conserva su carácter paraxial es posible calcular su patrón de difracción a campo lejano por medio de su aproximación geométrica de la matriz ABCD y su relación con la integral de difracción, lo que se conoce como la fórmula de Collins [1]. La fórmula de Collins expresa a la integral de difracción en términos de los elementos de la matriz de rayos, lo que simplifica su cálculo y permite su aplicación en la técnica de Z-scan. [1] S. A. Collins, “Lens-system diffraction integral written in terms of matrix optics”, J. Opt. Soc. Amer. B, vol. 60. pp. 1168-1177, 1970.

Desplazamiento de micropartículas dieléctricas mediante campos evanescentes estructurados

El asimiento óptico de partículas tuvo su origen en los años 70's y fue descubierto por Arthur Ashkin [1]. Con base en éste trabajo, Kawata y Sugiura [2] proponen el uso de la presión de radiación de un campo evanescente para el desplazamiento de micropartículas sobre la superficie de un sustrato. Éste trabajo mostró el movimiento de micropartículas en un campo evanescente generado por un haz láser que incide en un prisma bajo la condición de reflexión total interna, esta técnica permite el desplazamiento de un gran número de partículas en un área extendida. En este trabajo se mostrará el diseño e implementación de trampas ópticas con distribución especial arbitraria mediante la interacción de dos campos evanescente contrapropagantes para el asimiento y manipulación de micropartículas dieléctricas. La distribución de intensidad de los campos evanescentes deseados se generará mediante el uso de un modulador espacial de luz y podrá ser controlada dinámicamente, la distribucion especial del campo evanescente, campos estructurados, formarán las trampas ópticas donde las micropartículas dieléctricas serán confinadas. Referencias [1] Ashkin, A. (1970). Acceleration and Trapping of Particles by Radiation Pressure. Physical Review Letters, 24(4), 156–159. [2]Kawata, S., & Sugiura, T. (1992). Movement of micrometer-sized particles in the evanescent field of a laser beam. Optics Letters, 17(11), 772.

Ondas viajeras de campos ópticos con simetría parabólica rotacional

Se muestra que el patrón estacionario de campos ópticos con simetría parabólica rotacional resulta de la interferencia de campos tipo Hankel de primera y segunda especie, los cuales satisfacen la ecuación no paraxial de Helmholtz. El perfil de intensidad en un plano que contiene el eje de simetría se asemeja a los haces parabólicos invariantes. En 2013, D. Deng et al. muestran experimentalmente los haces no paraxiales en coordenadas rotacionales parabólicas [1]. Por otro lado, la representación de la propagación de campos ópticos en términos de ondas viajeras ha mostrado proveer una representación más completa de los haces estructurados, dando luz a aspectos geométricos y físicos relacionados con el fenómeno de autoreconstrucción [2-6]. Esta es la motivación principal de este trabajo. [1] Deng, Dongmei, et al. “Three-Dimensional Nonparaxial Beams in Parabolic Rotational Coordinates.” Optics Letters, vol. 38, no. 19, Sept. 2013, p. 3934. [2] Anguiano-Morales, Marcelino. “Conical Dynamics of Bessel Beams.” Optical Engineering, vol. 46, no. 7, July 2007, p. 078001. [3] Litvin, Igor A., et al. “A Conical Wave Approach to Calculating Bessel–Gauss Beam Reconstruction after Complex Obstacles.” Optics Communications, vol. 282, no. 6, Mar. 2009, pp. 1078–82. [4] Ugalde-Ontiveros, Jorge Alberto, et al. “Self-Healing of Laguerre-Gauss Beams Described by Superposition of Conical-like Traveling Waves.” Frontiers in Optics 2016, 2016. [5] Mendoza-Hernández, Job, et al. “Structured Light Beams Constituted of Incoming and Outgoing Waves.” Physical Review A, vol. 100, no. 5, Nov. 2019. [6] Rogel-Salazar, J., et al. “Full Characterization of Airy Beams under Physical Principles.” Physical Review A, vol. 89, no. 2, Feb. 2014.

Acoplador de fibra óptica plástica como sensor de porcentaje de soluto

Los sensores de fibra óptica plástica son de interés en diferentes ámbitos de la ciencia y tecnología debido a la rápida respuesta y la sensibilidad que normalmente muestran a diferentes variables ambientales. Además, resultan sencillos de fabricar, ligeros, compactos y se pueden complementar con otras tecnologías. Las fibras ópticas de plástico siguen siendo atractivas para los investigadores y tecnólogos, ya que se siguen desarrollando, mejorando y no necesitan equipo voluminoso y costoso para implementar dispositivos de corto alcance. Los sensores basados en la modulación de la intensidad se basan en pérdidas inducidas de forma intrínseca o extrínseca, por lo que son interesantes para muchas aplicaciones de presupuesto reducido, temperaturas medias a altas y donde se usen fuentes de luz visible. En este trabajo se presenta la fabricación de un sensor barato, en base a un acoplador óptico de fibra plástica PMMA de 1X2 y 50:50 y luz láser en 632 nm. Se usa el método de la modulación de intensidad buscando la detección del cambio en el porcentaje de soluto, cuya grafica nos muestra la respuesta del sensor. La luz se introduce cambiando la polarización buscando cambios en la sensibilidad del sensor. Se calcula la sensibilidad en N/mm

“Estudio de la interacción de una burbuja de cavitación con una superficie texturizada con estructuras periódicas inducidas por láser (LIPSS)”

La erosión por cavitación es un problema importante en sistemas de fluidos como turbinas hidráulicas, hélices de barcos y bombas de agua, donde la energía cinética ejercida por el colapso de las burbujas de vapor causa daños a la superficie, actualmente se ha estudiado la implementación de las técnicas de láser para aumentar la resistencia a la erosión por cavitación al alterar la composición y estructura de la superficie metálica, como una alternativa para neutralizar este fenómeno. Un resultado reciente sugiere que una superficie de latón texturizada con estructuras periódicas inducidas por láser (LIPSS) resiste más que una superficie sin LIPSS, sin embargo se desconocen las causas y si en otros materiales se observará el mismo efecto. Es por esto que la presente investigación tiene como objetivo estudiar la interacción de una burbuja de cavitación en superficies de aluminio texturizada y liso. Se construyó un arreglo experimental para la fabricación de las LIPSS con un láser IR (1064 nm) pulsado de 25 ns con energía de hasta 20 mJ. Adicionalmente se implementaron los sistemas de visualización, tanto de la burbuja de cavitación como de la superficie con LIPSS. Palabras clave: erosión, burbuja de cavitación, corrosión, laser, LIPSS

Sensor de presión en base a un acoplador con lazo cerrado

En la ciencia y tecnología, los sensores de fibra óptica plástica son de gran interés debido a la sensibilidad que normalmente muestran a diferentes variables ambientales. Aun el uso de LEDs, permite una rápida respuesta que permite lecturas de valores en tiempo real. Además, son sencillos de fabricar, ligeros, compactos y se complementan con otras tecnologías como el procesamiento de señales. Las fibras ópticas de plástico son atractivas para la investigación debido a que se siguen desarrollando con diversos materiales y parámetros para adecuarlas a las diferentes necesidades tecnológicas. Lo más interesante es que no necesitan equipo voluminoso y costoso para implementarse como dispositivos de sensado y comunicaciones de corto alcance. Los sensores basados en la modulación de la intensidad se someten a pérdidas inducidas de forma intrínseca o extrínseca, por lo que son atrayentes en muchos sectores de presupuesto reducido, temperaturas medias a altas y donde se utilicen fuentes de luz visible. En este trabajo se presenta la fabricación de un sensor barato, en base a un acoplador óptico de fibra plástica PMMA de 2X2 y 50:50 de, acoplamiento 50:50 y luz láser en 632 nm a 632nm. Se usa el método de la modulación de intensidad buscando la detección del cambio presión del porcentaje de soluto en el lazo, cuya grafica nos muestra la respuesta del sensor. La luz se introduce cambiando la polarización buscando cambios en la sensibilidad del sensor. Se calcula la sensibilidad en N/mm

Propagación de Campos Electromagnéticos en Guías de Onda Plasmónicas con Diferentes Configuraciones

En este trabajo se expondrán los principios fundamentales que rigen la generación de plasmones superficiales así como su aplicación en guías de onda plasmónicas planas. Además se presentarán diversas simulaciones numéricas de este tipo de guías en las configuraciones metal-dieléctrico-metal y dieléctrico-metal-dieléctrico, mediante el uso del software COMSOL Multiphysics. Con las cuales es posible determinar que parámetros son los más óptimos para la propagación de campos electromagnéticos a través de dichas guías.

Alta potencia en un láser de fibra de doble revestimiento dopado con Tm de 2 µm y resonancia de solitón disipativa

Presentamos la generación directa de una resonancia de solitón disipativa (DSR) de alta potencia y gran energía en un láser de fibra de doble revestimiento dopado con tulio en la región de 2 µm. Una cavidad compacta en forma de σ está formada por un espejo de Faraday de fibra y un espejo de lazo de fibra (FLM) de 50/50. El FLM 50/50 no solo se usa como un espejo de salida, sino que también actúa como un espejo de lazo óptico no lineal para iniciar el amarre de modos. El láser de amarre de modos puede entregar pulsos DSR de nanosegundos de alta potencia a longitudes cercanas a 2000 nm. Además, realizamos un estudio de comparación del efecto de razón de acoplamiento en el FLM en el umbral de amarre de modos, la potencia máxima, la energía del pulso y el espectro óptico de los pulsos DSR.

Generación de pares de pulsos oscuros-brillantes en un láser de fibra de amarre de modos con cavidad Fabry-Pérot

En este trabajo hemos observado experimentalmente pares de pulsos oscuros-brillantes en un láser de fibra con cavidad Fabry-Pérot alrededor de la longitud de onda de 1.5 µm. Este régimen se logra a través de la técnica de amarre de modos. A este respecto, a través del ajuste del controlador de polarización y de la potencia de bombeo, se logra fácilmente los pulsos oscuros-brillantes, obteniendo una duración de pulso de 0.564 ns y 1.117 ns del pulso brillante y oscuro, respectivamente. La frecuencia de repetición de la cavidad es de 779 kHz, que corresponde al viaje de un ciclo dentro de la cavidad y con una energía de pulso de 0.937 µJ. Debido a las características presentadas de los pulsos generados, puede llegar a tener aplicaciones en campos como la comunicación óptica, sensor óptico, la industria, y la medicina.

Pulsos brillantes y oscuros rectangulares en un láser de amarre de modos en forma de mancuerna con fibra de doble revestimiento dopada de Er/Yb

En la presente investigación se demuestra experimentalmente la formación de pulsos rectangulares brillantes y oscuros en un láser de fibra de doble revestimiento que opera en un gran régimen de dispersión anómala. La cavidad del láser se basa en el uso de un espejo de bucle amplificador no lineal (NALM) que tiene como funcion principal permitir el amarre de modos pasivo, el láser también se compone de un espejo de bucle óptico no lineal (NOLM) que se utiliza para aumentar los efectos no lineales dentro de la cavidad y por lo tanto, garantizar la generación de pulsos ópticos brillantes y oscuros. La dinámica de formación de los pulsos brillantes y oscuros juntos se atribuye principalmente a la modulación de fase cruzada ya que cada uno de estos se ubican en una longitud de onda distinta. Al ajustar las placas controladoras de polarización podemos pasar de pulsos brillantes a oscuros y viceversa, asi como tambien se obtiene la dinámica brillante oscuro. La frecuencia de repetición de la cavidad es de 320 kHz, para la potencia máxima de bombeo de 8 W, el láser genera pulsos brillantes oscuros donde el pulso brillante tiene una longitud de onda de 1545 nm y el pulso oscuro de 1560 nm con una duración aproximada de 8 µs, una potencia de salida media de 600 mW y una energía de 1,82 μJ por cada pulso

Aplicación de la MTF para la evaluación de la calidad óptica en dispositivos celulares

En este trabajo presentamos una propuesta para utilizar la Función de Transferencia de Modulación (MTF) como una herramienta de análisis para medir la calidad óptica de dispositivos celulares. La MTF es una medida cuantitativa de la capacidad de un sistema óptico para transferir el contraste de una imagen original a la imagen capturada. Nuestro enfoque se basa en la captura de imágenes utilizando diferentes patrones de franjas y el uso de una tarjeta USAF impresa en negativo de alta resolución como referencia. Utilizamos el software libre ImageJ debido a su versatilidad y funcionalidades para el análisis de imágenes. Mediante el análisis de imágenes capturadas con distintos dispositivos celulares, evaluamos su capacidad para transferir el contraste y capturar detalles finos en diferentes frecuencias espaciales. Los resultados experimentales obtenidos nos permiten cuantificar la calidad óptica de cada dispositivo y comparar su desempeño. Se presentan los resultados experimentales obtenidos. W. J. Smith, “Modern Optical Engineering”, Mc Graw-Hill Publishing Co. 4 Ed.(2008).

Optimización de sensores de resonancia de plasmones de superficie por método de Taguchi

La resonancia de plasmones de superficie (SPR) es un fenómeno que ocurre en la interfaz entre un metal y un dieléctrico cuando los electrones en la superficie del metal se excitan generando ondas electromagnéticas, este fenómeno tiene diversas aplicaciones científicas y tecnológicas. En este estudio, se utiliza el método de Taguchi, una técnica estadística para optimizar las condiciones de medición de SPR y el rendimiento de los sensores. El objetivo es encontrar la combinación de factores que minimicen el ancho espectral y la reflectividad mínima de los sensores, mejorando el rendimiento. Se realizan nueve experimentos utilizando la configuración de Kretschmann en los cuales se variaron tres factores: la longitud de onda, el espesor de la capa de cromo (Cr) y el espesor de la capa de oro (Au). Así mismo, se llevan a cabo simulaciones computacionales aplicando las ecuaciones de Fresnel y el método de matriz de transferencia para obtener la reflectividad mínima y ancho espectral. Se encontró que para la longitud de onda de 780 nm, un espesor de la capa de Cr de 3 nm y un espesor de la capa de Au de 50 nm se obtuvo el sensor más eficiente. La gráfica de la respuesta angular obtenida de este experimento muestra un ancho espectral y una reflectividad mínima considerablemente bajos, lo que indica una mejora en el rendimiento de los sensores de SPR. Se presenta una tabla con los resultados de los nueve experimentos. Este estudio proporciona información valiosa para mejorar la eficiencia y precisión de los sensores SPR. La aplicación del método Taguchi en este estudio demuestra su utilidad como herramienta para futuras investigaciones en la optimización de sistemas similares.

Calibración y ensamble de un polarímetro

Stokes demostró a mitad del siglo diecinueve que la polarización puede ser caracterizada con cuatro cantidades llamadas ahora parámetros de Stokes. Relacionada con la polarización de un haz de luz esta la representación espacial con la elipse de polarización. Existen al menos dos técnicas clásicas para medir la polarización que usan un retardador y un polarizador. La primera de ellas es manteniendo fijo el retardador y rotando el polarizador; en la segunda el retardador se rota y se mantiene fijo el polarizador. Estos dos esquemas se detallan en el trabajo. Para nuestro trabajo usaremos la segunda configuración que presenta ventajas respecto de la primera ya que durante las mediciones no se intercambian los elementos asegurándose una intensidad constante durante la realización de las mediciones. En el trabajo se miden los parámetros de Stokes usando la la técnica de coeficientes de Fourier con N mediciones de intensidad. Se detallan los problemas numéricos y experimentales para la construcción de un polarímetro con esta metodología.

Sintonización de emisiones láser a través del uso de interferómetro Mach-Zehnder construido con una fibra multinúcleo

Los láseres de fibra óptica y sus aplicaciones en la industria, así como en otros campos, los han posicionado en las mejores opciones al mostrar diversas ventajas. Algunas aplicaciones esenciales son: en metrología, vibraciones, deformación en materiales, detección de fugas de gases, manufactura de materiales, análisis de la calidad del agua y en diagnósticos clínicos. Donde en la mayoría de los casos la sintonización de emisiones láser es la clave de la particularidad de estas aplicaciones. Este trabajo demuestra la sintonización de un láser de fibra óptica empleando un interferómetro tipo Mach-Zehnder, el cual es construido por el acoplamiento de fibra multinúcleo entre fibras monomodo. Se aplica una desplazamiento lineal para curvar la estructura del interferómetro con la finalidad de causar un cambio en la respuesta espectral que genera alteraciones en la cavidad láser capaces de sintonizar la emisión. El arreglo experimental consiste en un láser de fibra óptica dopado con iones de Erbio. Se emplea un aislador, un controlador de polarización, un WDM, un acoplador, y el interferómetro para formar una cavidad laser en forma de anillo con un diodo laser de bombeo de 980 nm. El interferómetro genera un patrón de interferencia dentro de la cavidad láser por el recorrido de caminos ópticos diferentes de dos super-modos, ajustando así las pérdidas de la cavidad e inducir emisiones. Al curvar el interferómetro, el patrón de interferencia cambia y se modifica la longitud de onda a la que se produce la emisión. El ajuste de la emisión se comporta de manera lineal con un factor de aproximadamente -0.17 nanómetros por milímetro de desplazamiento. Se concluye que el método desarrollado en este trabajo es muy viable y rentable. Además, este método puede adaptarse a otras configuraciones de láser de fibra óptica para aplicaciones más particulares, dirigidas al desarrollo de láseres de fibra óptica con salida variable.

Reconstrucción de objetos a color con Holografía Digital

La holografía digital ofrece ventajas como la grabación facial y la rápida reconstrucción de imágenes. Además, la capacidad de procesamiento de las computadoras y los avances en sensores de imágenes de alta resolución y sensibilidad han mejorado la practicidad de la holografía digital. En este trabajo, presentamos una técnica para capturar hologramas digitales a color, mediante un arreglo interferómetro de tipo Mach-Zender. Se utilizan tres láseres con longitudes de onda diferentes (rojo, verde y azul) y una cámara CCD a color para grabar hologramas. A continuación, las tres imágenes monocromáticas se reconstruyen y combinan en imágenes a color en la computadora. La variación de potencia láser para las diferentes longitudes de onda se puede compensar en el proceso de reconstrucción.

Generacion experimental de una guia de onda optica en aceite de ricino

Cuando un haz de luz laser atraviesa un medio óptico con propiedades no lineales y bajo ciertas condiciones la luz es autoguida a lo largo de la dirección de propagación del haz [1]. El haz autoguiado es un tipo de onda que se genera y se propaga a si misma y mantiene su forma y amplitud a medida que esta se propaga. En la parte experimental se considera un laser de emisión continua a una longitud de onda de 532 nm, el cual atraviesa un sistema óptico. Con un sistema de filtraje y una lente se obtiene un haz colimado con 1 cm de diámetro, pasando éste por un portaobjetos alineando el diámetro del spot con la orilla del portaobjetos y de esta manera se obtiene un salto de fase como condición inicial, esta condición inicial se observa como una línea negra que incide al medio no lineal. El medio no lineal es aceite de ricino con colorante rojo de metilo contenido en una celda de vidrio de 1 cm de espesor. Las propiedades no lineales del aceite producirán a una cierta intensidad una guía de onda que se mantiene a lo largo del medio no lineal, esto indica que hay una compensación entre la difracción y la no linealidad del medio, tal comportamiento es conocido como solitón óptico. En este trabajo se muestra el comportamiento de esta guía al variar la intensidad del laser hasta obtener el valor exacto donde la onda se mantenga igual a lo largo del medio no lineal. El arreglo experimental para la generación de una guía de onda óptica en un medio no lineal nos permite observar el comportamiento de materiales con propiedades no lineales que surgen de su interacción con haces laser a diferentes intensidades. [1] Bahaa E. A. Saleh, Malvin Carl Teich. Fundamentals of Photonics. A wiley interscience publication. John Wiley & Sons, INC.

Cálculo del error de truncamiento durante la integración por el método del trapezoide en las Pruebas Geométricas

La prueba de superficies ópticas por métodos geométricos, como la prueba de Hartmann, Ronchi o de Pantallas Nulas, entre otras, requieren de la integración de una ecuación diferencial del tipo $\nabla f(x,y) = \vec{v}(x,y)$, donde la función escalar $f(x,y)$ es la incógnita a determinar y el vector bidimensional $\vec{v}(x,y)$, se determina a partir de la imagen de un patrón de manchas o franjas luminosas. La solución formal que se obtiene es una integral de línea a lo largo de diferentes trayectorias que recorren todos los puntos de evaluación. El método más simple para obtener la superficie es el método trapezoidal; en diversos textos $[1]$, se indica que, en una dimensión, una cota al error $\varepsilon$ del método está dado por $\varepsilon \leq \frac{h^2}{12}(b-a)M_{max} $, donde $h$ es la separación máxima de los puntos muestreados y $ M _{max}$ es el valor máximo de la segunda derivada del integrando, en el intervalo de integración; $(b-a)$ es la longitud de ese intervalo. Cuando se intenta aplicar esta ecuación para estimar el error de la evaluación, se pueden obtener valores superiores al $100\%$ de los valores medidos. En este trabajo se explica la razón de ello y se propone un método que permite obtener una mejor estimación del error, reduciendo la cota a fracciones razonables del valor medido. Se muestran resultados obtenidos para las pruebas de Shack-Hartmann y de Pantallas Nulas.$\\$ $\text{Agradecimientos:}$ Este trabajo ha sido apoyado financieramente por la DGAPA-UNAM con el proyecto PAPIIT No. IT103823.$\\$ $[1]$ D. D. McCracken and W. S. Dorn, “Numerical Methods and FORTRAN Programming", (Wiley, 1964), pp. 178–183, Chap. 6.

Toxicidad de Alacranes en dependencia de su irradiancia

Estudios previos muestran que los alacranes tienen propiedades fluorescentes. En este contexto, el presente trabajo tiene por objetivo estudiar las propiedades luminiscentes de los alacranes para determinar si estas propiedades son diferenciadas entre alacranes de diferente especie, género, tamaño, etc. Este objetivo ha sido motivado por el interés de desarrollar una técnica óptica y/o instrumento óptico capaz de realizar la clasificación o identificación de un alacrán basada en la fluorescencia.

Optimización de un interferómetro Michelson de fibra óptica por medio del cambio de su geometría para su uso en la medición de temperatura

Los sensores de fibra óptica poseen grandes ventajas sobre sensores convencionales lo cual ofrece su aplicación y mejoramiento de detección en diversas áreas, además de un amplio uso en la detección de diversos parámetros de interés como lo son la temperatura, presión, tensión, entre otros. En este proyecto se investiga la respuesta como sensor de un interferómetro Michelson a base de fibra óptica con adelgazamiento a diferentes temperaturas en un horno. Se realizan diversas pruebas modificando la geometría de la estructura del interferómetro para determinar la configuración con mayor sensibilidad al cambio de temperatura. Lo anterior mediante el análisis de los espectros de las diversas temperaturas para cada geometría obtenidos con un analizador de espectros (OSA) . La configuración del sensor se forma conectando una fuente de luz a un circulador óptico para redirigir la luz al interferómetro y así medir la luz reflejada con el analizador de espectros. Las gráficas obtenidas de los espectros permiten observar el comportamiento que ocurre para cada temperatura en la prueba de la geometría utilizada para el interferómetro, por lo que se realiza un análisis y comparativa de cada prueba para determinar la mejor configuración del arreglo, su sensibilidad y respuesta como sensor de temperatura. Este sensor, al ser de fibra óptica posee un gran potencial para la detección de temperatura ya que tiene grandes ventajas como son el tamaño, flexibilidad, ligero, alta sensibilidad, estructura simple, fabricación sencilla, buena estabilidad, inmunidad a la interferencia electromagnética, resistente a ambientes corrosivos y de altas temperaturas. Por lo tanto, el sensor propuesto contaría con una amplia aplicación en el sector de la industria y otras áreas una vez dada su implementación.

Evaluación cuantitativa del agrietamiento estructural con arreglos de fibra óptica como “testigos” de daño en edificaciones

Objetivo Proponer y validar un método de evaluación cuantitativa del agrietamiento de elementos estructurales críticos de edificaciones, mediante el uso de arreglos de fibras ópticas como sensores “testigos” de la iniciación y ensanchamiento de grietas. Introducción Las fibras ópticas adheridas o embebidas en una estructura pueden ser utilizadas como sensores testigos de daño estructural: la fibra óptica se daña junto con la iniciación y ensanchamiento de una grieta que la atraviese. Para una evaluación cuantitativa del ancho de una grieta estructural y el grado de su peligrosidad, es necesario relacionar la disminución de la transmisión de la fibra óptica dañada, parcial o totalmente, y el ancho de la propia grieta. Desarrollo Se propuso, implementó y evaluó experimentalmente el método de cuantificación de ancho de grieta, usando un conjunto de umbrales para relacionar la magnitud de la señal óptica piloto que transmite cada fibra óptica y la magnitud de la apertura de las grietas. Se utilizó la fibra óptica de sílice con diámetro de 105um de núcleo y 125um de revestimiento y se observó que esta se daña y disminuye su transmisión nominal a casi cero con respecto a la iniciación y ensanchamiento de la grieta en el rango de 1 a 5 mm. Basado en lo anterior, se implementaron cuatro umbrales que corresponden a niveles relativos de 0.9, 0.7, 0.4 y 0.1 de la magnitud de la señal piloto y los grados de daño estructural insignificante, leve, moderado y grave, respectivamente. Los experimentos mostraron la eficacia del presente método y su respectivo sistema óptico electrónico en la evaluación cuantitativa de agrietamiento estructural con arreglos de fibra óptica. Conclusiones El presente método y su respectivo sistema óptico electrónico son una solución eficaz, relativamente sencilla y económica para la evaluación cuantitativa del grado de daño estructural en edificaciones y su uso puede ser masivo con un gran efecto económico y social.

Preparación remota de fotones con patrones de polarización vectorial

Este trabajo consistió en la preparación de un estado de bifoton con enredamiento híbrido en espin y momento angular orbital. Este fue generado por la transferencia de patrones polarización vectorial del haz de bombeo hacia la pareja de fotones, obtenida por el proceso de conversión paramétrica descendente y espontánea (SPDC por sus siglas en inglés). Al pos-seleccionar diferentes estados de polarización en uno de los fotones, podemos controlar de forma no-local, el patrón del estado de polarización vectorial del bifotón. El estado de polarización vectorial del haz de bombeo se obtiene usando placas de onda con ejes de retardancia variables espacialmente (Spatially Varying Axes Retardation Waveplate, SVAP) las cuáles son dispositivos optoelectrónicos que permiten crear diferentes estructuras de polarización en una configuración “single pass”, es decir, el haz de bombeo obtiene la estructura vectorial al atravesar la placa.

Respuesta plasmómica superficial de nanoestructuras de Au como función del espesor de ZnO(Al)

La resonancia óptica es un fenómeno que se produce cuando la frecuencia de la luz incidente coincide con la frecuencia natural de oscilación de los electrones en un material. Esta provoca un aumento en la amplitud de las oscilaciones y una absorción significativa de la luz. La resonancia óptica se utiliza en muchas aplicaciones, como la espectroscopía y la microscopía y en particular para la detección en sensado. Un caso particular de resonancia óptica es la que se debe al acoplamiento de la luz con las oscilaciones colectivas de electrones en la superficie de un metal llamadas plasmones polaritones de superficie (PPS). Los PPS son extremadamente sensibles a los cambios en la región dieléctrica dentro de la profundidad de penetración del campo evanescente. En este trabajo, analizamos numéricamente la sensibilidad de un sensor SPR basado en un arreglo de nanopilares de oro (Au) con un recubrimiento de óxido de zinc dopado con aluminio (AZO). Para las simulaciones se definieron arreglos que consistieron en nanopilares de altura de 170 ± 10 nm, de diámetro de 133 ± 4 nm y una base sólida de 80 ± 2 nm. Para los pilares se consideró un recubrimiento de AZO de diferentes espesores (10 nm, 20 nm, 40 nm, 80 nm y 120 nm) sobre una película delgada de titanio. La respuesta en intensidad de reflexión fue modelada utilizando el método de la matriz de transferencia. La excitación del PPS utilizó la configuración de Kretschmann mediante un prisma acoplador de BK7 sobre el cual se colocaron las muestras y se consideró un láser monocromático como haz incidente. La respuesta en reflexión en intensidad se realizó mediante barrido angular. Los resultados numéricos mostraron diferencias en la respuesta plasmónica según el espesor del recubrimiento de AZO, pero también se identificó un patrón consistente en cada evolución de la muestra analizada.

Ampliación Angular en Visión Periférica de Modelo Esquemático de Ojo Humano

En el presente trabajo se presenta un modelo de ojo esquemático que consta de cuatro superficies refractivas, una de ellas con excentricidad progresiva promediada que funciona como la córnea, y una lente de índice gradiente que funciona como el cristalino. Se estudia su desempeño en función de la visión periférica y cómo esta se ve afectada según el ángulo de incidencia de la luz que interactúa con las estructuras del modelo. Mostramos la dependencia de la ampliación angular en función del ángulo de incidencia de la luz, lo que permite visualizar cómo la visión periférica es afectada en diferentes direcciones. Se estudian específicamente luz incidente a 0°,10°,20°,30°,40°,50° y 60° respecto a la visión central. La respuesta del modelo se estudia mediante los diagramas de manchas, que revelan la distribución de luz focalizada en la retina para diferentes ángulos de incidencia y cómo esto determina la calidad de la visión periférica. Adicionalmente se analizan los coeficientes de Seidel de las aberraciones ópticas presentes en el modelo de ojo. En conjunto, estos análisis proporcionan información detallada sobre el desempeño del modelo de ojo esquemático propuesto, la relación con la visión periférica. la calidad de la imagen y la percepción visual a diferentes ángulos.

Técnica de z-scan aplicada a sustancias coloidales, usando un láser de alta razón de repetición para analizar los efectos térmicos

Se estudian 3 sistemas coloidales que son nanovarillas de oro suspendidas en agua desionizada, que fueron crecidas con el método de semilla de crecimiento y tienen diferente razón de aspecto, se utiliza la técnica de z-scan de abertura finita para medir la refracción óptica no lineal de las 3 muestras, para ello se utiliza un láser $Ti:Al_2O_3$ con una alta razón de repetición $80-95MHz$ y $\lambda\approx 800 nm$, Se coloca un chopper en el arreglo experimental para reducir la tasa de repetición del láser, de los resultados obtenidos se observa una no linealidad electrónica instantánea y no linealidades debido a los efectos térmicos acumulativos, se hace el ajuste de los resultados experimentales usando un modelo numérico no local.

Caracterización óptica no lineal de nanocubos de plata suspendidos en diferentes medios

En este trabajo se estudian las propiedades lineales y no lineales de tres sistemas coloidales conformados por nanocubos de plata de aproximadamente 100 nm de lado dispersos en agua desionizada, etilenglicol y trietilenglicol. Se muestran sus espectros de absorción lineal, microscopias y curvas de barrido en Z para la longitudes de onda de 488 nm, 514 nm y 633 nm.

Sensor de temperatura basado en el filtro lyot utilizando fibra de polarización mantenida

Se presenta un sensor de temperatura basado en un filtro de interferencia de polarización conocido como Lyot, este filtro consiste en un segmento de fibra de polarización mantenida, (PMF, por sus siglas en inglés) entre dos polarizadores de fibra. A la salida de este dispositivo se genera un patrón de interferencia cuyo rango espectral libre (FSR, por sus siglas en inglés) depende de la longitud del segmento de PMF. En este trabajo, se propuso la implementación de uno de estos dispositivos, el cual se fabricó con un segmento de 30 cm de PMF entre dos segmentos de fibra monomodo (SMF, por sus siglas en inglés), obteniendo un FSR de 19.6 nm y un contraste de franja de 38.86 dB Finalmente, este sensor presento una sensibilidad a temperatura de -1.12 nm/°C.

Láser de fibra basado en un interferómetro Michelson/Fabry-Perot

En este trabajo se presenta un láser de fibra dopada con erbio conmutable de múltiples longitudes de onda en configuración lineal, utilizando un interferómetro multimodal tipo Michelson (MI, Michelson Interferometer) y un interferómetro Fabry-Perot (FPI, Fabry-Perot Interferometer) como filtros seleccionadores de longitud de onda (WSFs, Wavelength Selective Filters). El MI fue fabricado mediante la técnica core-offset (desalineación de núcleos) con diferentes longitudes de segmentos de fibra monomodo estándar (SMF). El FPI fue implementado utilizando una oblea de Silicio con un espesor de 525 μm. El láser propuesto emite en una y dos líneas, centradas en las longitudes de onda de 1560.0, 1560.8 nm. Esto se logra aplicando un radio de curvatura de 0-0.622 m-1 sobre el MI. Además, se obtiene una relación señal a ruido (SMSR, Side Mode Supression Ratio) de 45 dB y un ancho de línea de 0.05 nm. Finalmente, este láser es compacto, de bajo costo y tiene alta estabilidad.

Sintonización de la banda de transmisión de un cristal líquido quiral dopado con colorante láser en presencia de campo eléctrico

En este trabajo se obtuvo experimentalmente la transmitancia óptica como una función de la longitud de onda de una mezcla quiral constituida por los cristales líquidos nemáticos 5CB y 5OCB, el agente quiral S–1–bromo–2–metilbutano y el colorante láser 4-(Dicianometileno)-2-metil-6-(p-dimetilaminoestiril)-4H-pirano, mejor conocido como DCM. La mezcla se ha distorsionado por la aplicación de un campo eléctrico externo. Se encontró que la presencia del colorante incrementa la respuesta eléctrica de la muestra. Además, se observó la inversión parcial de la banda de transmisión cuando se aplicaron ciertos valores de voltaje. Este trabajo tiene potenciales aplicaciones en moduladores de voltaje, en rejillas de difracción que modulen la fase y en reflectores inteligentes.

Sensor plasmónico como método para medir concentraciones en una solución binaria

En áreas como la biología y química, las soluciones acuosas binarias son importantes debido a sus diversas aplicaciones, entre las que destaca la industria farmacéutica. Por lo anterior, es útil tener nuevos métodos de sensado que sean flexibles para sus diferentes necesidades. El propósito de este estudio es investigar la viabilidad de emplear fenómeno de resonancia de plasmón de superficie como método para sensar concentraciones en soluciones binarias. Mediante simulaciones numéricas analizamos el cambio de la intensidad como función del ángulo de reflexión (barrido angular) usando el método de la matriz de transferencia. Para la excitación del plasmón de superficie empleamos el arreglo de Kretschmann utilizando un prisma acoplador SF10 con una película de oro de 50 nm. Se encontró que el ángulo de resonancia varía dependiendo de la concentración de la solución binaria (agua + azul de metileno), lo cual es prometedor para la implementación de la técnica en un sensor de líquidos. En este trabajo se encontró la ley de escalamiento que nos permite determinar la proporción en volumen de ${C_{16}}{H_{18}}{N_3}{Cl_1}{S_1}$ que existen en la disolución con solo conocer donde ocurre la resonancia plasmónica.

Sensor óptico refractométrico con transductor externo para detección de presencia de agua

Esta trabajo presenta un estudio de sensores ópticos refractométricos basados en fibra óptica con un transductor semiesférico externo. En primer lugar, se investigó el principio de funcionamiento de este tipo de sensores y sus principales características. En segundo lugar, se realizó un modelado numérico del sensor con el fin de diseñar un prototipo de sensor refractométrico para detección de agua en sistemas de comunicaciones ópticas. Se realizó la implementación física de este prototipo y su caracterización experimental. Los resultados experimentales concuerdan bien con las predicciones teóricas. Los resultados de este trabajo forman una base sólida para el diseño de sensores refractométricos ópticos basados en fibra ópticas para otras aplicaciones específicas.

"Medición precisa de nivel de líquidos criogénicos utilizando fibras ópticas y refractometría"

Se presenta el desarrollo y la evaluación de un medidor refractométrico basado en fibras ópticas para la medición precisa de niveles de líquidos criogénicos. El medidor utiliza un elemento transductor semicilíndrico con sensores refractométricos dispuestos en forma lineal, diseñados para detectar cambios en el índice de refracción externo causados por la presencia de diversos líquidos, incluyendo líquidos criogénicos como el helio y el nitrógeno líquidos. Los cambios en el índice de refracción del líquido y el aire resultan en variaciones en la intensidad de la luz transmitida, que se analizan para determinar el nivel del líquido. El estudio incluye un análisis numérico para evaluar la precisión y sensibilidad del medidor refractométrico. Se realizó una evaluación del sistema utilizando un rango de índice de refracción de 1.0 a 1.5, verificando así su desempeño. Los resultados obtenidos muestran una correlación entre la presencia del líquido y la señal óptica detectada, lo que confirma la respuesta confiable y precisa del medidor. El medidor refractométrico propuesto ofrece ventajas como una respuesta rápida y una configuración compacta. Además, al utilizar fibras ópticas, se logra una mayor inmunidad al ruido electromagnético, bajo riesgo en ambientes potencialmente explosivos y una fácil integración con sistemas de monitoreo remoto. Los resultados numéricos respaldan la viabilidad y el potencial aplicativo del medidor refractométrico en diversas industrias, tales como la química, farmacéutica y criogénica, donde la medición del nivel de líquidos es crucial y presenta un gran reto. Este trabajo destaca el avance significativo que representa el medidor refractométrico basado en fibras ópticas para la medición precisa de niveles de líquidos criogenicos.

Caracterización de metamateriales hiperbólicos mediante la técnica de reflexión total atenuada con láser supercontinuo

Los metamateriales ópticos son materiales nanoestructurados que, al interactuar con la luz, presentan propiedades físicas diferentes a las de los materiales en bulto. Un caso específico son los metamateriales ópticos hiperbólicos, cuyas componentes del vector de onda que son solución a su relación de dispersión se encuentran sobre una superficie hiperbólica, lo que implica que en este tipo de sistemas se puede propagar luz con vectores de onda cuya norma es mayor en comparación a su propagación en el vacío. Una forma de obtener un metamaterial hiperbólico es mediante sistemas periódicos de películas delgadas planas que alternan materiales metálicos y dieléctricos, cuyo espesor es menor en comparación con la longitud de onda que ilumina el sistema. En este trabajo se presenta la caracterización teórica y experimental de metamateriales hiperbólicos unidimensionales compuestos por arreglos periódicos de películas delgadas de oro y dióxido de titanio. Para la caracterización teórica se emplea el método de la matriz de transferencia, mientras que, para la caracterización experimental se emplea la técnica de reflexión totalmente atenuada en configuración de Kretschmann empleando como fuente de iluminación un láser supercontinuo. Se comparan los resultados teóricos y experimentales considerando el periodo, fracción de llenado y número de películas de los metamateriales. Se demuestra simultáneamente la dependencia en longitud de onda cromática y ángulo de incidencia para el acoplamiento de resonancias plasmónicas superficiales.

Una técnica novedosa para la separación de contribuciones electrónicas y térmicas para el estudio de la respuesta óptica no lineal de sistemas nanoestructurados

En esta investigación se estudian las propiedades ópticas no lineales en materiales nanoestructurados, así como las contribuciones electrónicas y térmicas derivadas de estos procesos. Se usará un láser de pulsos ultracortos al cual nos permitirá observar efectos ópticos electrónicos (ultrarrápidos). En nuestro estudio se utilizarán osciladores con alta tasa de repetición con la posibilidad de obtener efectos térmicos, sin embargo, debido a una alta tasa de repetición entre pulsos, se genera la aparición de efectos térmicos acumulados de pulso a pulso, sobre las muestras irradiadas. Debido a esto buscamos separar las contribuciones electrónicas y térmicas, derivadas de los procesos ópticos no lineales. Para esto se hace un análisis de la respuesta térmica del haz laser sobre la muestra, además de implementar una nueva técnica experimental para separar las contribuciones electrónicas y térmicas. El arreglo experimental consistirá en el uso de la técnica de Z-scan modificada utilizando un cortador de haz modulado. La técnica básicamente consiste en modular la frecuencia del cortador de haz, manteniendo constante la potencia del rayo láser, haciendo posible variar la carga térmica sobre la muestra. La técnica usada se ilustra usando nanopartículas metálicas nucleadas mediante implantación de iones, permitiendo el estudio del rendimiento dinámico mediante un control modulado en la repetición del tren de pulsos laser ultracortos sobre las nanopartículas metálicas nucleadas. Finalmente presentara un modelo analítico de la respuesta del comportamiento térmico de las nanopartículas metálicas nucleadas, permitiendo comparar y respaldar los resultados obtenidos de forma experimental y analítica en este trabajo.

Caracterización óptica de oro coloidal

La búsqueda de nuevos materiales ópticos para la construcción de diversos dispositivos técnologicos sigue siendo de mayor auge en el mundo entero. En general, cuando un material es candidato a una aplicación óptica es indispensable realizarle una caracterización, principalmente determinar curvas de reflectancia, transmitancia y absorbancia, ya que estos nos indicarán que longitud de onda de la luz es la adecuada para que el material reaccione favorablemente a lo que se busca [1]. De esta manera, en la búsqueda de materiales ópticos para la generación de guías de onda encontramos nanopartículas de oro, denominada oro coloidal. Así, en este trabajo mostraremos la caracterización óptica del oro coloidal y la generación de guías de onda en este material, en el cual se empleará un haz de laser de emisión continua a una longitud de onda de 534 nm. La condición inicial que se utilizará es un salto de fase producido por un portaobjetos. El oro coloidal será colocado en una celda de vidrio de 1 cm de espesor. Las imágenes serán captadas con una cámara CCD a campo lejano. [1] Bahaa E. A. Saleh, Malvin Carl Teich. Fundamentals of Photonics. A wiley interscience publication. John Wiley & Sons, INC.

Caracterización de membranas sólidas fluorescentes en la región de 570-620 nm, a partir de la incorporación de Bi(NO3)3 en muestras de lofina

La importancia de la creación y caracterización de dispositivos luminiscentes se da para satisfacer la necesidad de contar con fuentes de luz con una alta eficiencia de conversión de energía radiante, específicamente hablando de medios de sintonización espectral en el visible, los materiales que presentan fluorescencia en el espectro visible toman una gran importancia en el desarrollo de dispositivos ópticos. En este proyecto de investigación, se creó una solución de Bi(NO3)3 el cual fue incorporado en muestras de lofina de 120 mg, a partir de la adición de la solución en la muestra de lofina líquidas , se crearon membranas de alta viscosidad debido a la interacción del plastificante con la solución del nitrato, el cual se dejó secar por 48 horas en portaobjetos, al estar en estado sólido se incorporan en un tubo de ensayo, incorporando un solvente en un rango de 0.5 mL a 1.5 mL el cual proporciona características fluorescentes a dichas membranas, dando la posibilidad de generar materiales para aplicaciones optoelectrónicas en la región de 570-620 nm uasndo fuentes de luz UV, variando el espectro de fluorescencia a partir de los cambios en la temperatura en un rango de 0°C a 40°C.

Caracterización de membranas flexibles para la generación de espectros de luz blanca cálida usando nitrato de bismuto $Bi(NO_{3})_{3}$

En la actualidad la creación de membranas flexibles, es de suma relevancia para el desarrollo de la optoelectrónica flexible, actualmente en el instituto tecnológico de Tuxtla Gutiérrez se desarrolla tecnología óptica flexible, particularmente caracterizamos membranas sólidas de nitrato de bismuto con incorporación de lofina, se elaboraron películas flexibles con propiedades fluorescentes a partir de la incorporación de solventes y plastificantes que dan la propiedad de flexibilidad a dichas membras, las cuales presentan propiedades termocromicas fluorescentes en combinación con fuentes de excitación UV, estas membranas son de interés para su posible incorporación en membranas de espectro de luz blanca, para sintonizar espectros de luz cálida en combinación con la fuente de excitación UV.

Elaboración de películas flexibles fluorescentes a partir de un derivado de imidazol, para la sintonización de espectros de luz verde

A partir de la síntesis de materiales orgánicos, específicamente hablando de la lofina, en el instituto tecnológico de Tuxtla Gutiérrez se llevo a cabo la adición de un enlace tipo puente de hidrogeno, a partir de una reacción química en la estructura molecular de la lofina, dándole características fluorescentes que emite en longitudes de onda en el rango de 550 nm a 570 nm, se depositan en portaobjetos soluciones homogéneas en capas de 20 ul, en el rango de 20 ul a 100 ul y se dejan secar durante 48 horas, usando fuentes de luz UV de 385 nm, 395 nm y 405 nm presenta radiación electromagnética en longitudes de ondas menos energéticas que la fuente de bombeo en el rango de 550 nm a 570 nm, teniendo la propiedad flexible para su caracterización como material convertidor de longitud de onda.

Caracterización de un sistema de luz láser de baja potencia para fototerapia

La idea central de este trabajo es la caracterización de un diodo láser de baja potencia para su posible uso en el campo de la física médica, específicamente en fototerapia de baja potencia. En este trabajo se instrumentó un arreglo óptico para obtener un haz perfectamente colimado, se midió la potencia del láser diodo, su divergencia y otras propiedades físicas del haz láser. Asimismo, se diseñó un sistema óptico para realizar pruebas en maniquíes que simulan el tejido humano con el propósito de conocer y comprender los fundamentos biofísicos y efectos biológicos de la terapia con láser. Trabajo apoyado por DGAPA-UNAM, PAPIIT No. IT103623

“Medición de planicidad empleando un Interferómetro Fabry-Perot de fibra óptica”

En la óptica, electrónica y en la industria, donde se requiere que una pieza de vidrio, metal o plástico tenga un buen acabado superficial y una tolerancia muy estrecha, se emplean herramientas o equipos que miden su forma, orientación, localización, variación y perfil. Entre algunos medidores está el rugosímetro (Ra, 100 nm – 500 nm, con sonda de diamante o con láser) y el comparador de cuadrante que se emplea en la medición de la planicidad. En el proceso de pulido de una lente, por ejemplo, se eliminan parte de los defectos superficiales de la lente y la vuelve más brillante y reflejante. Por lo anterior, se necesitan hacer mediciones con resoluciones micrométricas y nanométricas para cuantificar el acabado final de la muestra. En este trabajo, se describirá un método para medir la planicidad empleando un sistema óptico-mecánico que, en diferentes puntos de la muestra, se calcula la distancia entre la punta de la fibra óptica y la muestra de vidrio (empleando el espectro óptico del interferómetro de fibra óptica Fabry-Perot). El sistema consta de un instrumento de sensado óptico, una fibra óptica, una maquina CNC o un sistema de translación lineal motorizado, una base para sujetar la muestra y una aplicación que procesa y exhibe los resultados.

Evaluación de una superficie cóncava de deslizamiento mediante el método de pantallas nulas

El objetivo principal de este trabajo es la caracterización de la réplica de una superficie esférica cóncava lenta de deslizamiento fabricada en acero inoxidable. El método de prueba es mediante deflectometría óptica basada en pantallas nulas planas. Para esto, se diseñará una pantalla nula que se desplegará en una pantalla LCD. La metodología de caracterización parte del diseño de una pantalla nula que se desplegará en una pantalla LCD. La pantalla nula consta de un patrón de puntos que, al ser reflejado en la superficie, nos permite estimar la forma de la superficie de prueba. En el futuro, esta técnica podría emplearse para caracterizar superficies cóncavas que se emplean en dispositivos de aislamiento sísmico deslizantes, los cuales incorporan superficies esféricas cóncavas fabricadas en acero inoxidable. Trabajo apoyado por DGAPA-UNAM, PAPIIT No. IT103623

Caracterización óptica del polímero policloruro de dialildimetilamonio (PDADMAC) para el desarrollo de dispositivos optoelectrónicos

En este trabajo de investigación se presentarán resultados preliminares del polímero policloruro de dialildimetilamonio (PDADMAC) como medio sensitivo en tipo membrana para la detección de temperatura. La caracterización consistió en el depósito de la muestra en un portaobjetos estándar para la medición de absorbancia del polímero, mismo que es analizado de manera líquida y plastificada con dos polímeros: Alcohol polivinílico (PVA) y Policloruro de vinilo (PVC) permitiendo la caracterización óptica en los 2 estados. El arreglo experimental consistió en una fuente de luz de amplio espectro de 200 nm a 2100 nm de halógeno y deuterio, un controlador de temperatura Qpod, una fibra adelgazada y un espectrómetro. Se realizó el cambio de temperatura en un rango de 0°C a 80 °C y viceversa. En las mediciones se observó el pico de absorción del polímero PDADMAC con las diferentes concentraciones de los polímeros PVA y PVC. Los resultados mostraron que el polímero tiene una variación de la absorbancia en función a la temperatura. Por lo cual, es interesante para el desarrollo de dispositivos optoelectrónicos.

Soluciones para fibras ópticas no homogéneas

El diseño de fibras ópticas con índice gradual es un mecanismo muy común para eliminar la dispersión modal de los pulsos. En la literatura existen varios modelos para el análisis de este tipo de problemas, desde el potencial de Debye, hasta diversas técnicas numéricas como el método asintótico WKB, el método de Rayleigh-Ritz, o el de elemento finito, entre otros. En este trabajo se obtienen un conjunto de ecuaciones diferenciales por el método de separación de variables para el caso general donde los índices de refracción son $\rho$ y $z$ dependientes, el conjunto de ecuaciones encontradas se resuelven para la parte radial a través del método de las series de potencias en el parámetro espectral, y para la parte azimutal, la solución no difiere del caso homogéneo.

Obtención numérica de curvas de barrido en z para medios gruesos no lineales y no locales

En este trabajo se presentan expresiones analíticas que permiten obtener curvas de barrido en Z de medios ópticamente gruesos que pueden presentar una no linealidad tanto refractiva como absortiva pequeña (<1 radian) y una respuesta espacialmente local o no local [1]. Para obtener estas expresiones fue necesario primero obtener de manera analítica la expresión de la transmitancia normalizada para un medio ópticamente delgado no local iluminado por un haz Gaussiano para cualquier magnitud de la no linealidad. Se obtiene una expresión para el caso de detección en eje, que corresponde a un barrido en Z con abertura, y otra para cuando se capta toda la intensidad transmitida, barrido en Z sin abertura. Se utiliza una aproximación de las expresiones analíticas para cuando la magnitud del cambio de fase producido por la no linealidad es pequeña, que será el caso cuando se considera el medio grueso, ya que este se modela como varios medios delgados pegados que presentan refracción o absorción no lineal separada. No obstante, es posible modelar un medio grueso que presenta simultáneamente refracción y absorción no lineal al multiplicar ambas expresiones. Se estudia cómo se modifican las curvas de barrido en Z para diferentes valores de la no localidad, así como diferentes magnitudes de la no linealidad y espesores del medio. [1].- R. Torres Romero, M. M. Méndez Otero, M.L. Arroyo Carrasco, B.A. Martínez Irivas and M.D. Iturbe Castillo. Z-scan analytical expressions for weak for weak thick nonlinear media. Journal of Modern Optics, Print online, 2020.

Two color fractional Fourier interferometry

Using the canonic montage of Lohman type I, a study about the phenomenon of interference of fractional Fourier two color is carried out, through a bifurcate optic fiber and two lasers, 532um and 632um of wavelength, the work is presented in a theoric and experimental way where it is a shown as pattern of intensity is a function of order of the Fourier fractional transformation of wavelength of illumination and of the distance of separation between the circular holes that are used as source of interference. Keywords: canonic montage of Lohman, interference of Young and Fourier fractional.

Evaluación de una superficie de forma libre de la cámara Polaroid SX-70 por el Método de Pantallas Nulas

En este trabajo se presentarán los primeros resultados por el Método de Pantallas Nulas para una superficie de forma libre, representado por el siguiente polinomio de sexto orden. $$z(x,y) =\frac{c(x^2 + y^2)}{1+\sqrt{1-c^2(x^2+y^2)}}+a_1(x^2+y^2)^2+a_2(x^2+y^2)^3+a_3x^2+a_4x^3+a_5x^4+a_6xy^2+a_7x^2y^2+a_8y^4 $$ El primer término de la expresión polinomial describe la forma esférica, el segundo y tercer términos describen modificaciones asféricas, pero rotacionalmente simétricas; los términos restantes describen modificaciones no rotacionales simétricas de la superficie$ [1]$. $\\$ Para simplificar el diseño de la pantalla nula, el cálculo del trazo exacto de rayos y para la reconstrucción de la superficie integrando por el método del trapezoide, se hace una aproximación tomando solo el primer término de la Ec. (1) para posteriormente introducir cada uno de los términos de asfericidad. Se utilizó un arreglo experimental fuera de eje, donde los centros de la pantalla, la cámara y la superficie no son colineales $[2]$. $\\$ Se mostrarán la evaluación de la superficie y su comparación con los resultados obtenidos por el Método de Deflectometría, así como con la medición directa por medio de un palpador y con el diseño teórico dado por la Ec .(1). $\\$ $\textbf{Agradecimientos}$ $\\$ Este trabajo ha sido apoyado financieramente por la DGAPA-UNAM con un proyecto PAPIIT No. IT103823 y por el CONAHCYT con dos becas posdoctorales para Dulce María González Utrera y Efrén Santamaría Juárez $\\$ $\textbf{Referencias}$ $\\$ $[1]$ William T. Plummer, “VIEWFINDER FOR A REFLEX CAMERA,” U.S. Patent 3,678,831 (1972) $\\$ $[2] $Dulce Gonzalez Utrera, Daniel Aguirre-Aguirre, Martín I. Rodríguez Rodríguez, and Rufino Diaz Uribe, "Null-screen testing of the complementary freeform surfaces of an adjustable focus lens," Opt. Express 29, 21698-21710 (2021)

Análisis del deterioro del color debido a la incidencia de luz dispersa en algunos objetos de oficina

El deterioro causado por la luz dispersa puede tener un impacto significativo en objetos y ambientes de trabajo. La luz dispersa puede afectar la apariencia visual de los objetos, provocando una pérdida de brillo y cambios en la tonalidad de los colores. Sin embargo, a pesar de ser una solución efectiva para controlar la luz dispersa, algunas situaciones laborales pueden presentar restricciones en cuanto al uso de cortinas u otras medidas similares. El deterioro del color debido a la incidencia de luz dispersa en objetos de oficina es un problema común que puede provocar una pérdida de brillo, cambios en la tonalidad y un deterioro gradual de los colores. Para mitigar este efecto, se recomienda controlar la iluminación mediante cortinas o filtros, utilizar superficies mate en lugar de brillantes, proteger los objetos expuestos a la luz solar directa con filtros UV y realizar un mantenimiento adecuado. En este trabajo se propone realizar una medida objetiva de la dispersión de la luz sobre algunos objetos, dicha actividad se pretende realizar mediante un espectrofotómetro en el visible; se medirá el deterioro causado por la luz dispersa que ofrece una forma precisa y objetiva para evaluar los efectos indeseables en los objetos expuestos. Gracias a su capacidad para medir el espectro de reflectancia y comparar datos con patrones de referencia, el espectrofotómetro permite cuantificar los cambios en el color y proporciona información valiosa para comprender el deterioro y tomar medidas adecuadas para prevenirlo o mitigarlo. Con su precisión y repetibilidad, el espectrofotómetro se convierte en una herramienta esencial en la investigación y el análisis de la influencia de la luz dispersa en los objetos y en la búsqueda de soluciones efectivas para preservar su apariencia visual.

Estimación de la edad del bambú por métodos ópticos

Los bambúes pertenecen a la subfamilia Bambusoideae, una de las 12 subfamilias en que está clasificada Poaceae y donde se encuentran los cereales, la caña de azúcar y todos los demás pastos. Algunas especies de bambú leñosos se utilizan de diversas formas, en particular, el culmo o tallo del bambú es la parte con la mayor cantidad de usos conocidos, y su utilidad se determina por sus propiedades estructurales. En este estudio se analizan los culmos de Bambusa vulgaris, para estimar su edad por medio de reflexión de la luz de su superficie, que dependiendo la edad del culmo muestra un color diferente (en su capa exterior), donde se analizan las curvas espectrales de absorbancia y transmitancia, siendo esta una prueba no invasiva. Realizando los estudios directamente en campo. Además se hacen comparaciones de resultados con pruebas invasivas, por medio de cortes transversales donde se muestran las células internas del culmo, que dependiendo de la acumulación de material lignocelulósico representan una edad determinada.

Dinámica electromagnética no lineal en fibras con núcleos de fases azules

Se estudian los modos normales transversales lineales que se propagan dentro de una guía de onda cilíndrica, cuyo núcleo está compuesto por un cristal líquido en fase azul, siendo este sujeto al revestimiento de la fibra a través de condiciones de frontera de anclaje débil. El eje de la estructura helicoidal 2D de la fase azul se considera paralela al eje de la dicha fibra. Se establecen las ecuaciones acopladas que gobiernan al sistema, haciendo uso de las ecuaciones de Maxwell en presencia de una fase azul. De igual manera, se obtienen las ecuaciones de equilibrio para la textura de fase azul a partir de la minimización tanto de la energía libre de bulto, como la de superficie. Asumiendo un campo electromagnético de baja intensidad, se desacopla la ecuación de textura y se resuelve para obtener configuraciones de fase azul. A través de la parametrización para diferentes anclajes, se calculan las estructuras de banda y campos electromagnéticos asociados a estas texturas. Se encuentra que el número de modos de propagación en el núcleo de fase azul, depende de la fuerza del anclaje.

Propiedades ópticas de matriz polimérica a base de imidazol y ácido benzoico con aplicación en sensores de fibra óptica en configuración intrínseco

En este trabajo se presentan resultados del comportamiento de una matriz polimérica usada en el revestimiento de una fibra óptica para la fabricación de sensores, la matriz está formada por un imidazol (2,4,5-trifenil-1H-imidazol) y un tinte indicador benzoico (ácido dimétilamino-4 Fenilazo-2 benzoico), mejor conocido como rojo de metilo. La caracterización óptica de la matriz polimérica se realizó sobre un portaobjetos estándar y para su aplicación sobre una sección de 1 cm de fibra óptica multimodo adelgazado por ataque químico con ácido fluorhídrico. La película depositada en el portaobjetos permite analizar la absorbancia de la matriz polimérica, obteniendo un comportamiento hipercrómico al cambiar de valores pH 1 a pH 6, por encima de los valores de pH 6 se observa un efecto hipocrómico, en la intensidad de absorbancia. El uso de la matriz polimérica como revestimiento de la fibra óptica adelgazada se realiza mediante la técnica de goteo. Los resultados demuestran cambios en la potencia óptica al cambiar los valores de pH obteniendo una sensibilidad de 0.06 u. a./pH.

Acoplamiento óptico de una monocapa de nanopartículas plasmónicas con puntos cuánticos de silicio fotoluminiscentes

En este trabajo se presenta el análisis del acoplamiento del espectro de fotoluminiscencia de puntos cuánticos de silicio, embebidos en una matriz de nitruro de silicio y soportados en un sustrato de silicio cristalino, debido a la presencia de una monocapa de nanopartículas esféricas depositadas al azar sobre el sustrato. Entre la monocapa y los puntos cuánticos existe una capa de nitruro de silicio, que hace las veces de espaciador entre la monocapa y la región de los puntos cuánticos. De manera concreta, se analiza la distribución de la magnitud del campo eléctrico y la reflectancia de un sistema multicapa (aire, sustrato, monocapa, nitruro de silicio y aire) por el método de matriz de transferencia para medios anisótropos, considerando el modelo dipolar para calcular la respuesta efectiva de la monocapa. El modelo dipolar se basa en representar a las nanopartículas junto a sus imágenes producidas en el sustrato como dipolos eléctricos puntuales, proporcionando una función dieléctrica efectiva anisótropa para la monocapa, que depende de parámetros como el radio de las nanopartículas y la fracción de cubierta. Proyecto apoyado por DGAPA-PAPIIT IN107122.

ESTUDIO ESPECTROSCOPICO EN VIDRIOS DEL SISTEMA CrO3- TeO2-V2O5

Fueron obtenidos 16 vidrios en el sistema CrO2- TeO2-V2O5 variando la composición de TeO2 y V2O5 (10 a 80 % en peso), mientras que el CrO3 varió de 10 % a 20 % en peso. Las mezclas se colocaron en un crisol de alta alúmina marca Coor y la vitrificación fue a una temperatura de 900°C, los vidrios obtenidos son de color negro brillante a simple vista, sin embargo, cabe mencionar que las composiciones ricas en V2O5 dan vidrios parcialmente desvitrificados. Los patrones de difracción de rayos X, muestran fase amorfa y fase cristalina, identificándose nanocristales de Cr2O3 (48.4 nm) y V2O5 (46.7 nm). La formación de Cr2O3 es debida a la reacción química de reducción del CrO3 que ocurre a 250 °C. Los espectros Raman revela los modos vibracionales Te‒O–Te (442-466 cm-1) que conforman los grupos funcionales TeO3 (773-780 cm-1) y TeO3+TeO4 (587-780 cm-1). Además, también hay modos vibracionales de V2O5 en 840-917 cm-1. La espectroscopía de infrarrojo indica la presencia de enlaces vibracionales: ν(Cr-O), δ(VO5), ν(Te-O), ν(V-O-V), ν(V-O) and ν(V=O). Por MEB se detectan vidrios con separación de fase gotícular dispersa, provenientes de inmiscibilidades líquido-líquido y también se observan la formacion de cristales de hexagonales de Cr2O3. La posible aplicación de estos vidrios podría ser en el aréa de sensores térmicos.

Láser de holmio de onda continua a 2 micras, con potencia superior a 10 W

La longitud de onda de 2 micras presenta ventajas significativas en términos de interacción con los tejidos biológicos, así como su alta absorción por algunos plásticos transparentes, utilizados en instrumental médico. En este trabajo se presenta el diseño y la implementación de un prototipo económico y compacto de láser de onda continua basado en fibra óptica de holmio y con emisión a 2 micras. El diseño se compone por un esquema de tres etapas: (1) una etapa de bombeo preliminar, el cual está integrada por dos diodos láser comerciales de alta potencia, (2) una etapa de bombeo, la cual está conformada por un láser de fibra de de iterbio de doble revestimiento, la cual garantiza una muy alta transferencia de energía a partir del bombeo preliminar y, (3) una etapa final de emisión a 2.07 micras, compuesta por un láser de fibra de holmio capaz de alcanzar una potencia superior a los 10 Vatios, de manera estable y con un buen nivel de eficiencia. El proyecto ha contribuido en el fortalecimiento del conocimiento de nuevas fuentes de luz, ubicadas en una región espectral de muy alta absorción de humedad, la cual está muy lejos de las bandas tradicionales de aplicación de los láseres de potencia usados en comunicaciones o en procesos industriales.

Algoritmo de Itoh optimizado con ruido moderado en perfilometría 3D de objetos discontinuos

El proceso de desenvolvimiento de fase en interferometría y metrología óptica, entre otras áreas de ciencia y tecnología es de suma importancia. En muchas ocasiones es deseable realizar este proceso en el tiempo más corto posible, y por esta razón el diseño de algoritmos de integración de fase es una ardua tarea. Como conocido, el algoritmo de desenvolvimiento de fase introducido por K. Itoh, el cual requiere integración numérica de simples instrucciones, consumiendo muy pocos recursos computacionales, es uno de los algoritmos más rápidos reportados en la literatura. Sin embargo, por su naturaleza iterativa tiene baja tolerancia al ruido, resultando ser inestable en situaciones de alto nivel de ruido. En este trabajo se estudia el comportamiento del algoritmo con respecto al punto inicial de desenvolvimiento, con respecto al nivel de ruido presente en la fase envuelta. Se demuestra que, eligiendo adecuadamente este punto inicial, es posible aumentar su tolerancia al ruido. Además, con esta ventaja es posible desenvolver funciones de fase discontinua. En particular de fases envueltas provenientes de objetos aislados en perfilometría de proyección de franjas. Aunque el presente algoritmo es aplicable a niveles de ruido moderado, este conserva intacta la rapidez del algoritmo de Itoh.

Auto-oscilación de burbujas de vapor atrapadas en 3d

En este estudio, se presenta la investigación sobre el atrapamiento y la auto-oscilación de microburbujas de vapor inmersas en metanol utilizando un láser de onda continua de baja potencia. El proceso de creación de microburbujas se logra mediante la absorción de luz, irradiando el metanol con un láser acoplado a una fibra óptica que emite en el rango rojo (λ = 658 nm), en la cual se depositaron nanopartículas de plata en una punta. Para llevar a cabo el atrapamiento de las microburbujas, se utilizó un segundo láser de onda continua (λ = 1550 nm) de baja potencia, acoplado a una fibra óptica monomodo. Una vez que la microburbuja se generaba, se apagaba el láser rojo y se activaba inmediatamente el láser de atrapamiento. La absorción de luz a 1550 nm en el metanol provoca una modulación en la tensión superficial de la pared de la burbuja, que se encuentra más cercana a la fibra, creando un pozo de potencial tridimensional que atrapa la burbuja. Una vez atrapada, la burbuja experimenta incrementos y decrementos en el tamaño de su radio, lo que provoca inestabilidades en la trampa y, por consecuencia, la oscilación de la microburbuja. La burbuja de vapor atrapada tiende a oscilar a lo largo del eje z dentro de la trampa. Estas oscilaciones son el resultado de fuerzas opuestas que compiten entre sí: por un lado, la fuerza de Marangoni, que varía de dirección dependiendo de la posición de la burbuja y, por otro lado, las fuerzas de flotabilidad y arrastre, que actúan en sentido ascendente.

Caracterización del estado de polarización y cambio de fase resultante de una reflexión en un medio material a través de la teoría electromagnética

La reflexión es uno de los principios fundamentales de la óptica. Este fenómeno ha sido estudiado a través de la historia desde distintas perspectivas, entre ellas con el uso de la teoría electromagnética clásica. Las ecuaciones de Fresnel son el resultado del análisis de la reflexión considerando la naturaleza electromagnética de luz, generando asi una descripción matemática sobre la polarización resultante en la reflexión de cualquier material. En este trabajo se estudiará la reflexión externa e interna experimentalmente en materiales a través de un arreglo que permita encontrar la razón entre los coeficientes de reflexión en función del ángulo de incidencia para cada caso. De igual manera se estudiará la diferencia de fase en la onda reflejada debida a la reflexión externa e interna.

Dinámicas en un láser de fibra óptica dopada de Erbio/Iterbio basado en la rotación de la polarización no lineal

Los láseres de fibra óptica han sido de gran interés por varias décadas y continúan siendo un tema de alta prioridad entre los grupos de investigación debido a la amplia gama de aplicaciones en los que se pueden utilizar tanto en el campo de la investigación como en la industria. Los láseres pulsados de fibra óptica como fuentes de luz láser tienen aplicación en las comunicaciones, medicina, espectroscopia, aplicaciones militares, y de investigación científica. Los láseres pulsados de fibra óptica construidos por medio de la técnica de amarre de modos (mode-lock) con absorbedor saturable como lo es la rotación de la polarización no lineal exhiben dinámicas de operación que conducen a la generación de efectos no lineales debido a la propagación de la luz en la fibra. Estas dinámicas incluyen, pulsos rectangulares conocidos como resonancia de solitón disipativo y pulsos de ruido. Se presenta el avance del trabajo de investigación desarrollado por el grupo de fibras ópticas del IICO, en el que se utiliza la rotación de la polarización no lineal como absorbedor saturable en un láser de fibra óptica dopada de erbio-iterbio para producir pulsos láser a una longitud de onda alrededor de 1.55 µm con varias dinámicas dentro de la cavidad láser, las cuales son de gran interés en investigación de ciencia básica. Con la rotación de las placas retardadoras de λ/4 y λ/2 en conjunto con el polarizador-divisor de haz se consigue obtener unas curvas de transmisión para localizar los puntos en los que se generan las dinámicas de pulsos rectangulares DSR, y pulsos de ruido. Además, se muestra cómo estos pulsos generan un espectro muy amplio abarcando un rango de longitudes de onda de alrededor de 250 nm. De esta manera se busca obtener una metodología para ajustar las placas retardadoras de manera controlada y no de forma arbitraria para generar pulsos láser con diferentes formas.

Caracterización de una placa de onda generadora de luz polarizada no convencional mediante los parámetros de Stokes

Una placa de onda generadora de luz polarizada no convencional, es un convertidor de polarización con una superestructura de espacio variante. Este tipo de componentes se utiliza para generar estados de polarización no convencional y son componentes ópticas que sustituyen al uso de LCD de transmisión y reflexión. Estas son útiles para generar estados de polarización radial y azimutal, las cuales tienen aplicación en pinzas ópticas, así como en el micro maquinado láser. En el presente trabajo se presenta el estado del arte de la teoría de los parámetros de Stokes para caracterizar, generar y medir experimentalmente estados de polarización (polarización convencional), así mismo esto nos ayudará a generar los estados de polarización que necesita la placa generadora de luz polarizada no convencional y obtener polarización radial y azimutal. Se muestran resultados experimentales representados en la esfera de Poincaré para la polarización convencional y no convencional

Caracterización de un dispositivo fotónico para medir perdidas de transmisión óptica mediante la aplicación de una presión axial a un arreglo de fibras ópticas en forma de círculos

Las pérdidas por flexión en la fibra óptica dan como resultado pérdidas de propagación adicionales cuando la luz se acopla desde los modos de núcleo a los modos de revestimiento a medida que se dobla la fibra. Este efecto se vuelve significativo una vez que se alcanza un cierto radio crítico de curvatura, y su valor aumenta considerablemente en longitudes de onda más largas a medida que los modos se vuelven menos confinados al núcleo. De esta forma, los sensores de flexión han tenido una amplia gama de aplicaciones, incluyendo monitoreo estructural, detección de movimiento en dispositivos con fines biomédicos y configuraciones robóticas, entre otras. Este artículo estudia la pérdida por curvatura en dos fibras monomodales sumerguidas en dos siliconas diferentes y colocadas en forma circular. El experimento se lleva a cabo en dos partes mediante la inserción vertical de presión con una abrazadera en C en un molde lleno de silicona de fibra óptica doblada mientras se mantiene constante la condición inicial para inducir la pérdida por doblamiento en una fibra de cuatro vueltas. En ambos sensores, la fibra óptica se enrolló un total de 4 veces con un diámetro de 4,8 cm y 5,0 cm. Cada molde tiene características diferentes, por ejemplo, densidad, uno de 1050,92 mg/cm3 y el otro de 878,33 mg/cm3. Se encuentra que ambos sensores son aptos para medir presión, pero la diferencia viene en el rango de medidas, el sensor más denso puede medir 2,12 dB por vuelta, mientras que el sensor menos denso puede medir 0,70 dB por vuelta y cada peso base de 1N medible, siendo en el dinamómetro 1N . Además, se utiliza un programa Arduino conectado a un analizador web para acceder a los datos en una computadora en tiempo real.

Detección de agua absorbida en superficies de vidrio y en una nanopelícula oro por reflectancia de luz difusa

En este trabajo presentamos un prototipo de dispositivo basado en reflectancia de luz difusa para el estudio y detección de intercambio de calor y evaporación de muestras líquidas. Se emplean las predicciones de las ecuaciones de Fresnel en un modelo multicapa, en donde la teoría se ajusta a la dinámica observada en los experimentos al considerar la presencia de una película delgada de agua absorbida por la superficie de un vidrio y una nanopelícula de oro. Este dispositivo está compuesto por un LED blanco, una superficie difusora, una cavidad integradora, un arreglo de fotodiodos en el visible, un circuito amplificador y un soporte de sustratos. Se utilizan dos sustratos de 2.5x2.5 cm: un vidrio limpio de 1 mm de espesor y otro con una nanopelícula de oro de 20 nm de espesor, pegada con 1 nm de titanio. El principio de operación consiste en depositar sobre ambos sustratos una muestra líquida, para capturar los cambios de reflectancia difusa producida en la interfaz sustrato-muestra y muestra-aire. Se analizó el intercambio de calor mediante la exposición de aire caliente directamente hacia el sustrato, así como la evaporación de microgotas de agua, acetona, alcohol etílico y alcohol isopropílico. Con esta herramienta, es posible monitorear la muestra en tiempo real, así como la absorción y desorción de la película delgada de agua presente. Además, se discute la influencia de los sustratos en el dispositivo, destacando mejoras en la sensibilidad y la razón señal-ruido al usar la nanopelícula. Finalmente, esta investigación proporciona información valiosa sobre el uso de la reflectancia de luz difusa para estudiar procesos físicos, lo que puede tener aplicaciones en diversos campos, como la química y la biofísica.

Análisis Geométrico e Interferométrico de la Variación del Radio de Curvatura Producido por Ablación Láser

En este trabajo se muestran los resultados de un estudio geométrico e interferométrico de la variación del radio de curvatura de tres lentes de contacto rígidas de PMMA; al aplicar en dos de ellas una técnica de ablación láser que compensa problemas refractivos de miopía e hipermetropía de -5.00 y +5.00 dioptrías respectivamente, la tercera lente es usada como referencia neutra. Para llevar a cabo el análisis geométrico se usa el método de pantallas nulas mediante el topógrafo corneal TOCO, mientras que para realizar la exploración interferométrica se usa un interferómetro comercial de Fizeau de la marca ZYGO. Los resultados obtenidos muestran un valor del radio de curvatura con diferencias de 32 micras al comparar ambos métodos para el caso de la lente neutra. Para el caso de las lentes de contacto con la técnica de ablación, las variaciones del radio de curvatura por ambos métodos son del orden de 34 micras, lo cual muestra la consistencia en la medición de dicho parámetro, además, demuestra los cambios significativos en la asfericidad de cada superficie. Adicionalmente, con el método geométrico se presentan mapas representativos de la forma de cada superficie, sus diferencias en sagita, su excentricidad y su parámetro cónico.

Análisis y caracterización de una distribución de moteado al efecto de la presión en fibra óptica plástica

En la actualidad no siempre se cuenta con equipo costoso (que puede ser voluminoso) para caracterizar sensores de fibra óptica en tiempo real. El avance tecnológico ha permitido que existan técnicas de procesamiento de imágenes, así como software y hardware, que están más al alcance de un pequeño laboratorio, escuela o medianas empresas. Los sensores de fibra óptica plástica pueden ser menos costosos, sencillos de fabricar, ligeros, compactos y se complementan con las tecnologías del procesamiento de imágenes y señales. Las distribuciones de moteado son patrones de intensidad dinámicos debido a la interferencia mutua entre los frentes de onda de luz coherente, sujetos a diferencias de fase o cambios de intensidad. Dicho patrón de interferencia cambia con la perturbación inducida, en este caso, en una fibra óptica y contienen información valiosa relacionada al parámetro físico ambiental detectado por el sensor. En este trabajo se presenta el desarrollo experimental y el análisis con procesamiento de imágenes de un sensor sencillo, en fibra óptica plástica, a la presión. Se analizan los patrones de moteado usando una cámara y el software Python para extraer la información del cambio en la distribución o tamaño de las motas, con la aplicación gradual de la presión. Con los resultados preliminares se busca no necesitar medir cambios espectrales con equipo costoso y que el cambio del patrón de moteado sea una medida cuantitativa o cualitativa de la sensibilidad del sensor, ya que constituye una valiosa fuente de información sobre la superficie iluminada.

Excitación de plasmones de superficie y métodos de detección SPR. Principio de funcionamiento para un analizador óptico computarizado

La resonancia de plasmones de superficie (SPR) es un fenómeno físico que ocurre al hacer oscilar colectivamente los electrones libres de una película de material conductor mediante la incidencia de un haz de luz. Una de las aplicaciones que se le han dado a este fenómeno es la determinación de propiedades como el índice de refracción de diversas sustancias. Existen varias formas de obtener la curva de resonancia, pero la más común es cambiar el ángulo de incidencia, una técnica muy usada es mediante un arreglo experimental basado en la configuración de Kretschmann, la cual se constituye por un prisma (de material dieléctrico) que contiene depositado en él una película delgada de metal (el más típico para esta aplicación es el Oro), con la incidencia de luz coherente polarizada linealmente y paralela al plano de incidencia (polarización p), como la de un láser polarizado linealmente. Se alcanza la Reflexión Interna Total dentro del prisma y con un movimiento angular (donde $\theta$ > $\theta_{c}$) del haz llegará un ángulo $\theta$ en el que las cargas libres presentes en la interfaz entre el dieléctrico y el metal entran en resonancia, excitando de esta manera el plasmón de superficie, en ese momento hay una Reflexión Total Atenuada (ATR), que se ve traducida en una atenuación abrupta en la intensidad del haz reflejado. Por su sencillez, este método de detección resulta muy útil a la hora de desarrollar un sistema computarizado que desplace la fuente de luz coherente y obtenga los valores de reflectancia para cada posición angular.

Caracterización morfológica tridimensional usando un sistema de procesado híbrido (óptico digital)

La obtención de datos de un objeto tridimensional está restringido a ser realizado con mapeo bidimensional, el cual está limitado en la pérdida de información al ser restaurados cada dato. La caracterización morfológica de esos objetos puede ser obtenida por múltiples técnicas que se han reportado en diferentes trabajos publicados. en esta artículo se presenta un proceso óptico digital, el cual , a través de un sistema de control , se obtiene la información digital, usando simples filtros de mejora. El uso de un sistema híbrido (óptico digital es presentado en este trabajo. El sistema de control está basado en un tarjeta electrónica, la cual controla todo el proceso de obtención de datos analógico-digitales. Una interfaz a través de comunicación FTP es usada para manipular los datos obtenidos. El procesado de información hace uso de técnica de nube de puntos para la reconstrucción 3D Se presentan resultados preeliminares de este trabajo.

Towards a non-invasive technique for monitoring fuel production

Reducing carbon dioxide through plasmonic photocatalysis with the use of solar light and water has proved to be an efficient process for the generation of valuable fuels. Conventionally, the monitoring of alcohol production has relied on chemical methods such as gas chromatography, which can lead to potential losses in the measurement process. In our approach, we analyze the optical diffraction patterns produced by a thermal lens spectroscopic system and track changes in the refractive index of the sample using a Michaelson interferometer. We have developed two Matlab image processing algorithms to retrieve key information from both parts of the setup in real time. Our program optimizes fringe counting for the interferometric system, enabling us to accurately determine the sample’s refractive index. Additionally, the thermal lens system provides information on the presence of binary mixtures within the sample. By coupling both systems, we are able to track fuel production noninvasively in real-time and compare the efficiency of different plasmonic catalysts, such as transition metal nanoparticles and iron-doped perovskites. This technique offers a way to optically measure the ratio of water to alcohol in a sample without the need for conventional chemical methods, providing a more accurate and efficient means of monitoring fuel production.

Parámetros de contaminación del agua: dbo y dqo, caracterizados con técnicas de procesamiento de imagen

De acuerdo a la normativa vigente, dentro de los parámetros de contaminación más importantes se encuentran la Demanda Química de Oxígeno (DQO) y la Demanda Biológica de Oxígeno (DBO). La DQO mide la cantidad del oxígeno necesario para oxidar completamente el carbono orgánico, y la DBO mide la cantidad de oxígeno que requieren los microorganismos mientras descomponen la materia orgánica (medida indirecta de la materia orgánica en un cuerpo de agua): si el valor de la DQO es mucho más alto que el valor de la DBO significa que la muestra contiene grandes cantidades de compuestos orgánicos que no son fácilmente biodegradables. Actualmente, la forma típica de poder obtener la DQO y DBO es mediante pruebas de laboratorio de calidad del agua, en donde es necesario la utilización de reactivos, técnicas específicas y equipos costosos. En este trabajo se propone el uso de técnicas alternativas fáciles de instrumentar y de bajo costo para la caracterización de la DQO y la DBO. La instrumentación básica consiste de un láser He-Ne, una fuente de luz UV LED-UV, un dispersor de luz y una cámara fotográfica de celular iPhone de 12 megapíxeles. Se irradió una celda cúbica de polipropileno de 5 cm de arista que contiene la muestra de agua con contaminante, primero con luz láser y después con luz UV LED, registrando los patrones de la luz transmitida por la muestra. El procesamiento de las imágenes se hizo en MATLAB para calcular la entropía e intensidad de imagen. Se realizó un ajuste por mínimos cuadrados no lineales vía el algoritmo de Levenberg-Marquart, para correlacionar los resultados obtenidos de entropía e intensidad de imagen con los obtenidos de DQO y DBO del agua residual, obteniéndose una función de ajuste que permite aproximar la concentración de DQO y DBO a partir de la entropía e intensidad de imagen.

Técnicas de impacto acústico para caracterización de demandia biológica y bioquímica de oxígeno

De acuerdo a las Estadísticas del Agua en México de 2018, sólo el 49.35% del agua residual producida en México es tratada. Para un adecuado tratamiento de agua, una de las etapas indispensables es la correcta valoración de su calidad. En esta evaluación es importante la caracterización de dos parámetros importantes: la Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO), que es la medida del oxígeno que las bacterias necesitan para lograr degradar la materia orgánica en un cuerpo de agua, y la Demanda Química de Oxígeno (DQO), que determina el oxígeno necesario para poder oxidar químicamente la materia orgánica e inorgánica de un cuerpo de agua. La determinación de estos parámetros requiere usualmente de pruebas químico-biológicas realizadas en un laboratorio de calidad, que implica altos costos e instrumentación especializada. En este trabajo se presenta una opción para poder caracterizar estos parámetros basada en la técnica de impacto acústico, ampliamente usada para la caracterización de diversos materiales incluidos materiales de la construcción y frutos. La muestra de agua residual bajo estudio se coloca en una celda de polipropileno. Mediante un generador de funciones y una bocina, la muestra es sometida a un pulso acústico de 10 KHz y 0.060 s de duración. La respuesta del medio es captada por dos sensores de sonido, cuyas señales fueron procesadas posteriormente para obtener sus espectros de Fourier y determinar las frecuencias dominantes. Se correlacionó la información de las frecuencias dominantes con los datos obtenidos de DQO y DBO del agua residual; esta correlación se realizó mediante un ajuste por mínimos cuadrados no lineales mediante el algoritmo de Levenberg Marquart. Los resultados muestran una función de aproximación de los valores de la DQO y DBO a partir de la frecuencia dominante.

Determinación del índice de firmeza de morteros en proceso de fraguado mediante técnicas de impacto acústico

El mortero es uno de los materiales más usado en la ingeniería debido a su mayor capacidad para soportar esfuerzos a compresión. Sin embargo, este material no está exento de interperismo y agentes que puedan afectar su resistencia, por lo que es necesario la implementación de técnicas que posibiliten la evaluación estructural de este elemento. Actualmente las técnicas convencionales de evaluación estructural son pruebas destructivas en donde el elemento tiene que ser sometido a esfuerzos hasta llevarlo al punto de fatiga o ruptura, quedando inutilizable. En este trabajo se propone el uso de técnicas no destructivas basadas en el impacto acústico, usando un impactador de péndulo y dos sensores de sonido (uno colocado en dirección del impacto y otro colocado perpendicularmente a esta) para registrar las respuestas del material bajo análisis y enviadas a una interfaz electrónica para su procesamiento. Cuatro muestras cúbicas de morteros de 5 cm de arista, de la misma proporción y consistencia, se sometieron a hidratación continua a lo largo de 28 días donde el material adquirió mayor resistencia mecánica; esto se corroboró mediante pruebas destructivas llevadas a cabo por una prensa hidráulica en donde el material se sometió a esfuerzos axiales. Simultáneamente se realizaron pruebas de impacto acústico a las muestras de morteros antes y después de ser sometidos a compresión. Con el software CAPSTONE se obtuvieron los espectros de Fourier y se determinaron las frecuencias dominantes. Se determinó el índice de firmeza (E), a partir de la frecuencia dominante f (Hz), la masa y densidad de la muestra. De manera adicional se determinó la resistencia a compresión con el uso de una prensa hidráulica para realizar una comparación y validación de la confiabilidad de esta técnica. Los resultados muestran una buena afinidad entre las técnicas de impacto acústico respecto a las destructivas obteniendo un error relativo bajo entre las dos metodologías.

La Propagación de Ondas Sonoras y de Luz en una Cavidad Cerrada

La óptica y acústica es de vital importancia para cualquier ser vivo, es por ello que consideramos que es de gran reelevancia investigar lo referente a ondas, y de esta forma poder aportar a la sociedad con el entendimiento de estas, especialmente con ondas de sonido y de luz. Por esta razón nuestro interés en asistir al LXVI Congreso Nacional de Física, participando en dicho escenario de divulgación científica. Nuestro trabajo se enfoca en utilizar el método de diferencias finitas para la ecuación de onda en un caso de cavidad cerrada. El objetivo es obtener una solución numérica que describa la propagación de ondas sonoras y de luz, teniendo en cuenta condiciones de frontera fijas en función del tiempo y la posición de la onda. El enfoque del método de diferencias finitas implica discretizar el dominio espacial y temporal en una malla de puntos. La ecuación se aproxima obtienendo un sistema de ecuaciones algebraicas. Este sistema se resuelve numéricamente para obtener los valores aproximados de la onda en cada punto de la malla a lo largo del tiempo. La solución numérica proporciona una representación detallada y precisa de cómo evoluciona la onda en el tiempo dentro de la cavidad cerrada. Esto permite analizar y comprender el comportamiento de las ondas sonoras y de luz bajo dicho criterio, teniendo en cuenta las condiciones iniciales y de frontera (fijas). Por lo tanto, se analizarán distintas soluciones de la ecuación de onda aplicadas a problemas particulares de física, llevando a cabo para ello simulaciones computacionales utilizando Python y FreeFem++.

Grabado de nanoestructuras biomiméticas por litografía electrónica

La biomímesis en la óptica, se encarga de la investigación de métodos para la fabricación de estructuras con características tales que pueden generar, absorber, dispersar y procesar luz imitando a los organismos naturales. En este trabajo se presenta el proceso de fabricación de una estructura con propiedades de filtraje espectral basado en el fenómeno de iridiscencia; esta estructura exhibe una banda fotónica prohibida biomimetizando los patrones del ala de polilla de la especie Ascalapha Odorata. La banda fotónica prohibida depende en gran medida de los materiales periódicos elegidos, los cuales deben presentar un alto índice de refracción relativo. Tomando en cuenta la gran diferencia que existe entre el valor de índice de refracción del silicio y el aire, se realizaron grabados con litografía electrónica sobre obleas de silicio cuyos diseños están inspirados en las nanoestructuras responsables del color estructural de los especímenes biológicos mencionados. La estructura se diseñó utilizando el software AutoCAD considerando estructuras de una resolución de 230 nm. Los patrones diseñados se grabaron por la técnica de litografía electrónica con una dosis de electrones de 13 pA en un área de 120 × 120 µm. Su caracterización se realizó mediante reflectancia especular, dando un resultado una reflexión en el rango de los 570-400 nm variable en el ángulo.

Análisis de la coherencia espacial y temporal de un LED blanco

La coherencia de la luz es una característica que permite la interferencia de haces. La coherencia temporal está relacionada con la longitud de onda de la fuente y su ancho espectral, es decir, con el color; mientras que la coherencia espacial está relacionada con que los haces estén en fase, esto es, una correspondencia entre valles y crestas en los haces que parten de la misma fuente. El fenómeno de interferencia de la luz se produce cuando se superponen dos o más haces con coherencia espacial. Thomas Young pudo generar interferencia con luz blanca haciendo pasar luz del sol por un orificio circular, generando con esto coherencia espacial, mientras que logró obtener interferencia haciendo pasar esta luz a través de dos ranuras con una separación entre ellas, ambas dimensiones del orden de micrómetros. Lo observado fue un patrón de franjas, la franja central de color blanco y franjas de colores a los lados. Este experimento es lo que ahora se conoce como el Interferómetro de Young. Otro instrumento muy conocido es el interferómetro de Michelson, este se ha utilizado para diferentes análisis, entre ellos, para medir pequeñas diferencias de camino óptico entre los haces. Si se envían dos haces de luz de diferente longitud de onda, sus máximos y mínimos de interferencia se presentarán a diferentes distancias, esta característica permite medir la coherencia temporal de un haz de luz utilizando un interferómetro de Michelson. Se presenta el análisis de la coherencia espacial de un LED blanco mediante el uso de un interferómetro de Young y el análisis de la coherencia temporal mediante un interferómetro de Michelson. Los resultados muestran que es posible tener coherencia espacial con un LED blanco, demostrado al obtener un patrón de interferencia similar al que obtuvo Young, mientras que fue posible determinar la coherencia temporal o longitud de coherencia observando el patrón de interferencia y determinando la distancia a la que es posible observarlo.

Simulación de las autoimágenes generadas por el efecto Talbot

La difracción de la luz es un fenómeno que hace que la luz se desvíe de su trayectoria cuando atraviesa un obstáculo o una abertura generando un patrón que depende de la forma geométrica de éste. A este patrón, si se encuentra a una distancia cercana al objeto se le llama difracción de campo cercano o de Fresnel; mientras que se le llama difracción de campo lejano o de Franhoufer si el patrón se observa a una distancia lejana respecto del objeto. Cuando un haz de luz coherente atraviesa un objeto periódico, como una serie de rendijas verticales, se produce un fenómeno conocido como efecto Talbot, que se debe a la difracción de Fresnel, este efecto produce una autoimagen del objeto localizada a múltiplos de una cierta distancia, conocida como la distancia de Talbot. No sólo ocurre este curioso fenómeno; además, a la mitad de la distancia de Talbot se produce la misma imagen pero con un aparente desplazamiento lateral de medio periodo, de forma que donde el objeto periódico presenta un mínimo, en la imagen se observa un máximo de intensidad y viceversa. Se pueden observar también otras imágenes características a distancias específicas. Este fenómeno es muy interesante y tiene diferentes aplicaciones, es por ello que es importe analizarlo en clases de óptica a nivel licenciatura o maestría, y también sería llamativo y motivante para estudiantes de nivel bachillerato a interesarse en seguir una carrera en el área de óptica; sin embargo, no siempre es posible realizar el experimento, por lo que para mostrar de una forma atractiva y práctica este fenómeno se realizó una simulación computacional del efecto Talbot en donde al variar la distancia de propagación se observan los cambios del patrón de difracción y cómo se van generando las diferentes imágenes características de este fenómeno. Adicionalmente, para fines de comparación, se presentan las imágenes del experimento en el laboratorio.

Sensor de deformación basado en una rejilla de periodo largo simétrica

En este trabajo se presenta el desarrollo experimental de un sensor de fibra óptica basado en una rejilla de periodo largo simétrica (LPFG, Long Period Fiber Grating), desarrollada mediante un sistema láser de CO2 de procesamiento de vidrio (LZM-100 de AFL); Obteniendo de esta manera el espectro de transmisión de la longitud de onda de resonancia establecida y corroborada sobre un medio amplificante de fibra dopada de Iterbio. La rejilla de periodo largo propuesta presenta un triple espectro de transmisión de 7.45, 8.45 y 8.63 dB correspondientes a las longitudes de resonancia de 1065.4091, 1115.7991 y 1183.2876 nm, respectivamente. Finalmente, los espectros de transmisión se caracterizaron bajo el parámetro de deformación, aplicado mediante una tensión física sobre la LPFG, generando de esta manera variaciones de 16.66 μϵ, en un rango de 0-333.33 μϵ, logrando sensibilidades de 6.89, 6.10 y 2.4 pm/ μϵ.

La propagación de ondas sonoras y de luz en una cavidad cerrada

La óptica y acústica es de vital importancia para cualquier ser vivo, es por ello que consideramos que es de gran relevancia investigar lo referente a ondas, y de esta forma poder aportar a la sociedad con el entendimiento de estas, especialmente con ondas de sonido y de luz. Por esta razón nuestro interés en asistir al LXVI Congreso Nacional de Física, participando en dicho escenario de divulgación científica. Nuestro trabajo se enfoca en utilizar el método de diferencias finitas para la ecuación de onda en un caso de cavidad cerrada. El objetivo es obtener una solución numérica que describa la propagación de ondas sonoras y de luz, teniendo en cuenta condiciones de frontera fijas en función del tiempo y la posición de la onda. El enfoque del método de diferencias finitas implica discretizar el dominio espacial y temporal en una malla de puntos. La ecuación se aproxima obteniendo un sistema de ecuaciones algebraicas. Este sistema se resuelve numéricamente para obtener los valores aproximados de la onda en cada punto de la malla a lo largo del tiempo. La solución numérica proporciona una representación detallada y precisa de cómo evoluciona la onda en el tiempo dentro de la cavidad cerrada. Esto permite analizar y comprender el comportamiento de las ondas sonoras y de luz bajo dicho criterio, teniendo en cuenta las condiciones iniciales y de frontera (fijas). Por lo tanto, se analizarán distintas soluciones de la ecuación de onda aplicadas a problemas particulares de física, llevando a cabo para ello simulaciones computacionales utilizando Python y FreeFem++.

Mediciones de curvatura y desplazamiento en un sensor interferometrico en línea Mach-Zehnder basado en una fibra especial

Los interferómetros en línea Mach-Zehnder han ganado popularidad últimamente por encima de los sensores tradicionales debido a su pequeño tamaño, bajo costo, fácil fabricación, resistencia a interferencia electromagnética, durabilidad en contra de ambientes extremos, y su fácil uso. Este trabajo discute el desarrollo, características, y propiedades de un interferómetro Mach-Zehnder (MZI) basado en la curvatura. El MZI consta de un filtro basado en empalmar secciones haciendo uso de un desfase entre los núcleos de una fibra monomodal especial adelgazada (70_SSMF) con un diámetro de revestimiento de 70 μm y una fibra monomodal (SMF28) con un diámetro de revestimiento de 125 μm, teniendo una configuración SMF28-70_SSMF-SMF28-70_SSMF-SMF28. Los empalmes 70_SSMF actúan como los brazos del MZI, mientras que las secciones de los diámetros en desajuste sirven como acopladores de fibra óptica. El MZI fue caracterizado midiendo la respuesta del espectro óptico cuando una fuente de luz de banda ancha, desde 1537.5 a 1600 nm, fue lanzada con una potencia de 1mW para poder transmitir la luz a través del arreglo. El analizador de espectros ópticos (OSA) detecta la transmisión de la luz y analiza sus características ópticas de transmisión, mostrando 5 picos de interferencia modal. Como resultado del arreglo experimental, las sensibilidades de curvatura y desplazamiento son de 0.003 nm/μm y 0.509 nm/μm-1, respectivamente. El sensor propuesto tiene ventajas potenciales para medir índice de refracción, pH, torsión, curvatura, y temperatura.

Estudio de las propiedades no lineales de tercer orden de colorantes orgánicos

En este trabajo se presenta un estudio de las propiedades de tercer orden referentes al índice de absorción no lineal de colorantes orgánicos como azul de metileno, verde malaquita y rojo de metilo disueltos en etanol, aceite de ricino y etilenglicol. El objetivo es mostrar el mejoramiento de las propiedades de los colorantes en función del solvente en el que se encuentren y de la longitud de onda incidente. El método experimental usado para este propósito es la técnica de barrido en Z. Las curvas resultantes fueron reproducidas con un modelo numérico desarrollado en Matlab.

Simulación de meta-átomos anulares de silicio para luz ultravioleta profunda

Los meta-átomos son la estructura más pequeña que conforma una metasuperficie. Cabe destacar que los meta-átomos son elementos menores a la longitud de onda de la luz utilizada. Su tamaño, distribución, geometría y material pueden cambiar las propiedades fundamentales de una onda incidente (polarización, fase, amplitud, etc.). Las metasuperficies pueden ser utilizadas en la formación de nuevos y más compactos dispositivos ópticos, como lo son las metalentes. En este trabajo se hace el estudio y simulación de la transmitancia y fase de meta-átomos de silicio en forma de anillos para luz en el ultravioleta extremo (EUV). Los cuales utilizamos para formar una metalente que puede enfocar luz EUV, con un perfil de fase hiperbólico.

Soluciones numéricas a las ecuaciones de movimiento de una trampa iónica superelíptica

Las partículas con carga eléctrica pueden ser confinadas en una pequeña región del espacio con una configuración de electrodos a los que se les aplica una combinación de voltajes estáticos y dinámicos. La más común de estas posibles configuraciones es la trampa tipo Paul, que consiste de un electrodo en forma de anillo circular y sección transversal hiperbólica, y dos electrodos inferior y superior (tapas), también con geometría azimutal circular y perfil hiperbólico. Este tipo de trampas tienen un diverso campo de aplicaciones, como son el enfriamiento por láser, computación cuántica o espectroscopia de alta resolución. Hasta hoy se han propuesto y construido trampas iónicas con diferentes geometrías como la trampa cilíndrica, esférica o de apertura. En partícular se ha estudiado una generalización a la trampa Paul donde el anillo y las tapas tienen geometría elíptica. En este trabajo se propone una generalización más a esta trampa, donde la geometría de los electrodos es ahora cualquier figura geométrica intermedia entre una elipse y un rectángulo, o superelipse. En el potencial eléctrico generado se incluye un término de cuadratura s y las ecuaciones de movimiento resultan estar acopladas en las tres componentes. Se espera entonces que el movimiento del ion tenga dependencia con este parámetro y presentamos soluciones numéricas a las ecuaciones de movimiento.

Uso de tinta china para modular coeficientes ópticos en maniquíes tejido-equivalentes de parafina en gel

En este trabajo se presentan maniquíes ópticos de parafina en gel que simulan las propiedades ópticas del tejido biológico. El coeficiente de esparcimiento de luz es regulado mediante la adición de nanopartículas de óxido de zinc, mientras que el coeficiente de absorción se ajusta mediante la variación en la concentración de tinta china comercial de color negro. Para su debida caracterización se mide la transmisión de luz pulsada a través de los maniquíes. En los resultados experimentales se observa una variación en el esparcimiento y absorción de luz debido a las diferentes concentraciones de nanopartículas de óxido de zinc y tinta china. En trabajos anteriores, hemos reportado que las nanopartículas de óxido de zinc presentan un esparcimiento de luz comparable al del tejido biológico. En este caso, presentamos la variación en la intensidad de los perfiles de luz transmitida, mostrando una correlación con la concentración de tinta china, lo que demuestra su utilidad como absorbedor de luz. La tinta china tiene la ventaja de mezclarse eficientemente con la matriz de parafina en gel, lo que permite la reproducibilidad en el proceso de incorporación. El control adecuado de ambos coeficientes ópticos, esparcimiento y absorción de luz, permite elaborar sistemas ópticos que representen propiedades ópticas similares a las del tejido biológico real.

Interferómetro de Mach-Zehnder de fibra óptica basado en la técnica core-offset para medir índice de refracción

Un interferómetro de Mach-Zehnder (MZI) es un instrumento que utiliza la interferencia de la luz para detectar cambios en la longitud o el índice de refracción. El dispositivo consta de un divisor de haz que divide un haz de luz en dos caminos diferentes, que luego se recombinan utilizando un segundo divisor de haz. La interferencia de la luz a la salida del MZI es producto de las diferencias de fase relativa entre los dos caminos, que pueden modularse introduciendo un desfase en uno de los caminos. Este trabajo presenta un dispositivo que se basa en un filtro MZI, el cual consta de tres secciones de fibra SMF-28 de 20 mm de largo con los centros de los núcleos de fibra desplazados 30 μm utilizando la técnica core-offset. Cada empalme se realizó manualmente utilizando el software de la empalmadora. La configuración del experimento utiliza una fuente de luz que emite en el rango de 1480-1600 nm con una potencia de 10 dBm para transmitir luz a través del arreglo. Los resultados del filtro mostraron interferencia intermodal de energía entre el núcleo y el revestimiento y seis bandas de rechazo de separación que se utilizaron para la detección. Considerando una caída en el rango 1586-1600 nm como una consecuencia en el cambio de su índice de refracción de muestras de alcoholes se determinó una resolución de 0.004 nm/RIU. Siendo un resultado atractivo para la industria.

Caracterización de un sensor de presión de fibra óptica mediante impresión 3D

La medición precisa y confiable de la presión es esencial en una amplia gama de aplicaciones industriales y científicas. En este contexto, los avances en tecnología han llevado al desarrollo de sensores de presión de fibra óptica, una innovación prometedora en el campo de la instrumentación. Estos sensores aprovechan las propiedades únicas de la fibra óptica para proporcionar mediciones precisas y confiables en entornos difíciles y aplicaciones exigentes. Este ensayo explorará en detalle los fundamentos, el funcionamiento y las ventajas del sensor de presión de fibra óptica, así como sus aplicaciones destacadas. En este trabajo se propone una metodología de diseño y construcción a través de las nuevas tecnologías de la utilización de materiales moldeables mediante la impresión 3D; así como su caracterización en el sensado bajo la aplicación de un esfuerzo. Su capacidad para medir la presión en entornos difíciles y hostiles, junto con su inmunidad a interferencias electromagnéticas, lo convierten en una opción atractiva para numerosas industrias y campos de investigación.

Uso de una pantalla de cristal líquido como modulador espacial de luz para prácticas de difracción

Se propone el uso de una pantalla de cristal líquido (LCD), obtenida de un PhotoFrame (PF), para ser utilizado como un modulador espacial de luz en una práctica de difracción con diferentes aberturas. Se describe la preparación inicial de la LCD para ser utilizada por transmisión en los modos de intensidad y de fase; esto requiere de separar la electrónica, la fuente interna de luz y los filtros polarizadores y difusores del PF. Se proponen diferentes arreglos experimentales para producir difracción de campo lejano o de Fraunhofer. La propuesta incluye el uso de una fuente de luz monocromática, con un apuntador láser y se puede utilizar el haz directo o expandido. Las aberturas difractoras se despliegan sobre la LCD por medio de imágenes grabadas en la memoria interna del PF; estas imágenes se crean por medio de un programa de MatLab, en el que se puede cambiar el nivel de gris de cada pixel. Cuando la pantalla se coloca entre dos polarizadores cruzados, se generan cambios en la transmitancia, mientras que si sólo se usa un polarizador, se cambia la fase de cada pixel, de acuerdo al nivel de gris. Utilizando un microscopio se determinó el tamaño y separación de los pixeles, así como la estructura de los filtros de color RGB. Utilizando la teoría de la difracción de Fraunhofer se predice el perfil de intensidad de patrón de difracción. Se mostrarán resultados experimentales de rejillas bidimensionales con espaciado de múltiplos enteros del tamaño de píxel y su comparación con el perfil de intensidad teórico. Los resultados de la metodología empleada muestran que es viable para ser utilizada en una práctica de laboratorio de óptica que permita a los estudiantes comprender el efecto de difracción con diferentes aberturas.

Proyección de franjas de luz estructurada para perfilometría de superficies ópticamente rugosas

La perfilometría se puede caracterizar por ser una técnica de contacto o sin contacto, con la cual se recupera la topografía de un objeto, sus principales aplicaciones son para recuperar la forma de un objeto y realizar un modelo en 3D del mismo, es por ello su gran importancia e interés en el área de la fabricación aditiva, y el maquinado mecánico. En este trabajo se presenta una técnica de perfilometría óptica sin contacto, en la cual se utiliza la proyección de franjas de luz estructurada, creadas a partir de un algoritmo realizado en MatLAB. Dichas franjas son proyectadas a un objeto, y para obtener la fase óptica del objeto bajo estudio se emplea la técnica de corrimiento de fase (Phase Shifting Interferometry, PSI por sus siglas en ingles), con la cual se inducen 4 corrimientos de fase (0 pi, 1/2pi, pi , 3/4pi ). Cada corrimiento es capturado por una cámara CCD y el conjunto de imágenes son procesadas para obtener la Fase óptica del objeto, y así posteriormente recuperar la forma del objeto. La Fase recuperada nos permite realizar un modelo 3D, el cual nos permite guardar una nube de puntos, la cual puede ser almacenada para posteriormente realizar un modelo virtual que reproduzca el objeto real, y ser utilizado para la fabricación de moldes o piezas mecánicas.

Diseño y fabricacion de un prototipo de perfilometrio óptico para la reconstrucción de superficies

En este trabajo se abordan los detalles y el proceso para la fabricación de un prototipo de perfilómetro óptico, el cual emplea una técnica de medición topográfica sin contacto en 3D para reconstruir la forma del objeto. Mediante la proyección de franjas de luz al objeto bajo estudio, para poder realizar la reconstrucción 3D del objeto es necesario agregar a las franjas proyectadas un corrimiento de fase, por lo que se emplean cuatro corrimientos de fase, para posteriormente encontrar la fase optica envuelta del objeto y finalmente con ayuda de un algoritmo de desenvolvimiento de fase se encuentra el objeto bajo estudio, el cual puede ser utilizado para realizar modelos tridimensionales. El proceso implica el uso de una cámara pixelink para la adquisición de las imágenes, y los algoritmos de procesamientos fueron realizados en MATLAB. Para asegurar una reconstrucción topográfica precisa se emplearon patrones calibrados y se compararon con las reconstrucciones obtenidas. El resultado obtenido son representaciones claras y manipulables de la topografía del objeto, con un mínimo de error.

Análisis de superficies ópticamente rugosas para encontrar fracturas internas en el material, implementando la técnica de interferometría electrónica de speckles

Este estudio presenta los resultados obtenidos del análisis de superficies ópticamente rugosas con el objetivo de detectar fracturas internas en materiales. Para llevar a cabo este análisis, se implementó la técnica de interferometría electrónica de speckles. La interferometría electrónica de speckles es una técnica no destructiva que permite analizar la rugosidad y la presencia de defectos en la superficie de los materiales. En este trabajo, se utilizó un sistema de iluminación láser para generar patrones de speckles en la superficie de interés, y se utilizó un martillo para inducir una fuerza puntual a la superficie para posteriormente capturar las imágenes de los patrones de speckles utilizando una cámara de alta resolución y alta resolución. Se aplicaron algoritmos de procesamiento de imágenes para analizar los patrones de speckles capturados. Estos algoritmos permitieron calcular la transformada de Fourier de diferentes regiones y analizarlos para observar los desplazamientos correspondientes a las imperfecciones y/o fracturas que tiene la muestra. Además, se realizaron análisis de correlación cruzada para detectar fracturas internas en el material. Se llevaron a cabo experimentos utilizando diferentes muestras de materiales con fracturas internas conocidas. Los resultados obtenidos demostraron la eficacia de la técnica de interferometría electrónica de speckles para detectar y caracterizar fracturas internas en materiales. Este estudio contribuye al campo de la caracterización no destructiva de materiales, ofreciendo una técnica prometedora para la detección temprana de fracturas internas. La implementación de la interferometría electrónica de speckles en la inspección de superficies ópticamente rugosas puede tener aplicaciones en diversos campos, como la industria manufacturera, la ingeniería de materiales y la investigación científica.

Interferómetro Mach-Zehnder de fibra óptica para sensado de micro-tensión

Los sensores de fibra óptica de micro-tensión son especialmente útiles en aplicaciones donde se requiere una alta sensibilidad y precisión en la medición de pequeñas deformaciones. Se utilizan en diversas áreas, como la monitorización de estructuras civiles, la caracterización de materiales, la monitorización de la salud estructural de aviones y vehículos espaciales, entre otros. En este trabajo un sensor de micro-tensión interferométrico basado en fibra óptica es diseñado y fabricado. La estructura consta de una fibra capilar empalmada entre dos segmentos de fibra multimodo, el primero con el fin de acoplar un mayor número de modos en el revestimiento y el segundo para reacoplar los modos a la salida, formándose una configuración Mach-Zehnder, la cual se encuentra empalmada entre dos fibras monomodo que actúan como entrada y salida respectivamente. Para caracterizar el sensor se genera una micro-elongación en el dispositivo con la ayuda de dos bases micrométricas, modificando de esta forma el camino óptico que recorre la luz dentro de la fibra. La respuesta del dispositivo sometida a distintas tensiones es caracterizada usando un analizador de espectros ópticos y un diodo superluminiscente centrado en 1550 nm. Los resultados experimentales al usar fibras capilares de distintos diámetros serán presentados, así como un estudio sobre la influencia de variar este parámetro en la respuesta del dispositivo.

Sensor de fibra óptica para medición de curvatura basado en el interferómetro Mach-Zehnder con fibra capilar

Los sensores de curvatura son de gran importancia ya que son ampliamente utilizados en una gran variedad de aplicaciones, tales como monitoreo estructural, robótica, medicina, industria automotriz y aeroespacial. Los sensores de curvatura de fibra óptica ofrecen ventajas como alta sensibilidad, respuesta rápida, resistencia a interferencias electromagnéticas y la capacidad de medir en entornos hostiles. Estos sensores se utilizan en una amplia gama de aplicaciones donde se requiere una medición precisa de la curvatura o flexión, proporcionando información importante para el monitoreo y control de sistemas. En el presente trabajo se propone, diseña y fabrica un sensor de curvatura basado en el fenómeno de interferencia que se genera en una estructura de fibra óptica tipo Mach-Zehnder, la cual tiene como elemento clave una fibra capilar empalmada entre dos segmentos de fibras multimodo. Para su caracterización el sensor se coloca entre dos bases micrométricas, una fija y otra movible, esto para generar una curvatura de manera controlada, la cual modificará el camino óptico recorrido por la luz que viaja tanto en el revestimiento como en el núcleo de aire de la fibra capilar. Los cambios en el espectro debido a la curvatura son monitoreados en un analizador de espectros ópticos. Se expondrán los resultados experimentales obtenidos con diferentes diámetros de la fibra capilar y se mostrará cómo esto afecta a la sensibilidad del dispositivo.

Sensor de humedad basado en una fibra óptica adelgazada y micro deformada

Dentro de las técnicas utilizadas para la fabricación de sensores de fibra óptica, podemos encontrar la que realiza un adelgazamiento en una sección de la fibra para cambiar las condiciones de transmisión. Mientras más delgado sea el estrechamiento más sensible será la fibra óptica a perturbaciones externas, esto debido a la exposición del campo evanescente. Si se desea obtener una mayor sensibilidad será necesario realizar deformaciones en los adelgazamientos de la fibra. Dentro de las deformaciones que se pueden realizar esta la forma “S”, la creación de bobinas y la de forma de “U”. En este trabajo se presenta un sensor de humedad de fibra óptica monomodo estándar de fácil fabricación. El cual consiste en realizar una micro deformación en la cintura de una fibra en forma de lazo, adelgazada hasta las 10 micras. Con este adelgazamiento micro deformado se obtuvo una sensibilidad de 0.01962 nm/%RH, en un rango de medición de 30% al 100% de humedad relativa a una temperatura constante de 32°C. Fabricación del sensor. El adelgazamiento de la fibra óptica fue realizado en la procesadora de vidrio Vytran GPX-3400, con fibra monomodo SMF28 y tiene 5 mm en las transiciones y en la cintura. El diámetro de la cintura del estrechamiento es de 10 micras. Posteriormente se forma un lazo con el adelgazamiento y se pega para que conserve la forma con pegamento UV. En la procesadora de vidrio LZM-100 se realizó una bola esférica con fibra SMF28, con un diámetro de 570 micras. La cual se utiliza como herramienta. Dentro de la misma procesadora LZM-100 se pone el lazo creado con el adelgazamiento, donde se empuja el lente esférico contra el lazo. Aplicando un pulso del láser, el lazo se deforma tomando la forma y diámetro de la bola esférica.

Sensor de temperatura en el rango de 50°C - 650°C basado en interferómetro Mach-Zehnder con fibra óptica de 2-modos

Un sensor de temperatura en el rango de 50 – 650 ° C basado en interferómetro Mach Zehnder con fibra óptica de 2-modos se demuestra con éxito. El ajuste lineal del sensor indica una sensitividad media de 70 pm/°C con un R-square de ~0.985, y el espectro de interferencia exhibe un cambio de longitud de onda consistente sobre El rango de 1350 nm – 1700 nm. El diseño del sensor incorporó una fibra adelgazada (taper) con dimensiones longitudinales de 20mm/20mm/20mm para transición descendente, largo de cintura, y transición de subida, respectivamente, mientras que el diámetro de la cintura se fijó en 30 μm. Alrededor de las dimensiones anteriores, se fabricaron diferentes tapers (usando una procesadora de fibra Vytran GPX3400) explorando múltiples configuraciones geométricas, y se encontró que los interferómetros cuyo período espectral era de alrededor de 20 nm ofrecían las características más favorables a través de las mediciones de temperatura, manteniendo un comportamiento consistente y repetible a altas temperaturas y preservando la respuesta espectral. La fabricación simple, bajo costo y alta repetibilidad y estabilidad de la respuesta óptica hace de dicho sensor un dispositivo relevante para realizar mediciones de alta temperatura en diversas aplicaciones.

Atrapamiento masivo de micropartículas dieléctricas por termoforesis

La limitante de las pinzas ópticas es atrapar y manipular objetos uno a la vez, en la maría de los casos con dimensiones nanométricas. Recientemente se ha demostrado la posibilidad de atrapar y manipular objetos de orden macrométrico usando gradientes de temperatura (trampas termo-ópticas), alcanzando fuerzas de hasta 6 órdenes de magnitud más grandes que las fuerzas involucradas en las pinzas ópticas. Por lo anterior, en este trabajo se presenta el estudio experimental de la manipulación de micropartículas dieléctricas de poliestireno de látex (3 µm) disueltas en agua tridestilada. Para inducir estas trampas termo-ópticas se emplea un láser de onda continua de 455 nm con salida a fibra óptica multimodo, la cual fue previamente fotodepositada con nano partículas metálicas en un extremo. Los resultados muestran que se puede captar aproximadamente 229 partículas en 10 min., alcanzando velocidades de hasta 141 µm/min. Este método puede ser adaptado para la separación de micropartículas plásticas en aguas contaminadas.

Síntesis de ZnO en fibra óptica por erosión iónica RF y caracterización óptica de las propiedades plasmónicas

Este proyecto consiste en el crecimiento de óxidos metálicos en una fibra óptica, esto en base a la técnica de erosión iónica reactiva RF. En este caso, el material en cuestión para formar la película delgada es el óxido de zinc (ZnO). Este compuesto presenta propiedades plasmónicas, mismas que pueden ser moduladas (fine tunning) como función de los parámetros experimentales empleados en el proceso de depósito. Estas muestras se someterán a caracterización experimental de sus propiedades ópticas. La generación y medición de plasmones en el visible e infrarrojo para materiales distintos a metales, es un área de oportunidad que está en crecimiento, pero aún requiere investigación detallada y sistemática a nivel fundamental, dado que estos compuestos, en este caso el ZnO , presentan un gran potencial para sus posibles aplicaciones como sensores ópticos.

Caracterización de AZO en películas delgadas, utilizando síntesis por erosión RF para identificar sus propiedades plasmónicas y sus posibles aplicaciones

Se propone el crecimiento de óxidos en película delgada, por la técnica de erosión iónica reactiva RF. El material que proponemos fabricar en película delgada es el óxido de zinc dopado con aluminio (AZO). Este compuesto presenta propiedades plasmónicas, mismas que pueden ser moduladas (fine tunning) como función de los parámetros experimentales empleados en el proceso de depósito. Este sistema se someterá a caracterización experimental de sus propiedades ópticas principalmente. La generación y medición de plasmones en el visible e infrarrojo para materiales no convencionales (esto es, que no sean metales), es un área de oportunidad que aún requiere investigación detallada y sistemática a nivel fundamental, dado el potencial de estos compuestos para sus posibles aplicaciones como sensores ópticos.

Classical concurrence in birefringent nonlinear two-core fibers

Recently, Eberly \textit{et al}. introduced the polarization coherence theorem (PCT): $P^2+C^2=1$, where the polarization $P$ and concurrence $C$ 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.

Aplicación de la técnica de láser speckle para la evaluación de la viabilidad celular en biopelículas de $Candida \ \ tropicalis$

Determinar la viabilidad celular es de suma importancia en diversas aplicaciones biológicas y médicas, debido a que conocer la capacidad de supervivencia de las células permite investigar y evaluar la eficacia de nuevos tratamientos. En este estudio, se empleó la técnica de láser speckle en combinación con un algoritmo computacional, con el objetivo de medir la viabilidad de biopelículas de $Candida \ \ tropicalis$. La técnica de láser speckle estudia la dinámica del moteado aleatorio que se forma cuando un haz de luz coherente, como el láser, incide sobre una superficie rugosa. Estos patrones de speckle proporcionan información valiosa sobre los cambios dinámicos que ocurren en la superficie bajo estudio. Por consiguiente, con la técnica de laser speckle se analizaron biopelículas de $Candida \ \ tropicalis$ con 48 horas de crecimiento, bajo el efecto de DMSO a diferentes concentraciones. En general, el DMSO deshidrata y provoca muerte celular a medida que se incrementa el porcentaje de la concentración. Después, se utilizaron las mismas biopelículas en el ensayo de viabilidad de MTT, la cual es una prueba colorimétrica ampliamente utilizada en microbiología a pesar de ser costosa y tóxica. Los resultados obtenidos mediante la técnica de láser speckle y la prueba de MTT se obtuvieron a partir del análisis de un total de 108 biopelículas (18 por cada tratamiento), revelando una correlación superior a 0.99 entre ambos métodos. Esto demuestra que la técnica de láser speckle en conjunto con el análisis empleado tiene el potencial de ser una herramienta útil para evaluar la eficacia de diferentes tratamientos, con las ventajas de ser una técnica rápida y no invasiva.

Comportamiento óptico de bebidas carbonatadas mediante la ley de Snell

Los componentes principales de las bebidas carbonatadas no alcohólicas son: agua, azúcar, dióxido de carbono disuelto y aditivos. Siendo los aditivos principales los acidulantes como ácido fosfórico, ácido cítrico, ácido tartárico. Los colorantes más usados son: amarillo 6, rojo 5, rojo allura, tartrazina y como componentes principales de los edulcorantes y conservadores se usan benzoato de sodio o sorbato de potasio. Éstos aditivos ayudan a resaltar las propiedades organolépticas del producto final. Aplicando la Ley de Snell se determinó el índice de refracción de tres tipos de bebidas carbonatadas: “sin nada de azúcar”, con edulcorantes y con azúcar. Las bebidas “sin nada de azúcar” tienen índices de refracción de menor valor, las bebidas con edulcorantes mostraron valores intermedios y las bebidas con azúcar presentaron índices de refracción de mayor valor. Aunque en apariencia el color de los tres tipos de bebidas es muy similar, el contenido de azúcar si influye directamente en su valor del índice de refracción.

Análisis numérico de metamateriales ópticos hiperbólicos unidimensionales

Los metamateriales ópticos hiperbólicos son materiales anisótropos que se caracterizan por tener una relación de dispersión cuyos vectores de onda se encuentran contenidos en una superficie hiperbólica. Esto es debido a que una de las componentes de su tensor eléctrico efectivo (constante dieléctrica efectiva) tiene signo opuesto a las otras dos componentes principales. Este tipo de materiales se pueden generar a partir de sistemas multicapa formados por películas planas que alternan materiales metálicos y dieléctricos. En este trabajo se presenta un estudio de las condiciones físicas que debe cumplir un sistema multicapas para comportarse como un metamaterial hiperbólico. Se hace énfasis en la importancia que tienen las permitividades eléctricas de cada compuesto que forma el sistema, ya que de eso dependerá el rango de iluminación del sistema en el que la relación de dispersión mantiene su forma de superficie hiperbólica. Empleando el método de la matriz T y la técnica de integración finita (software comercial), se analizan numéricamente las curvas de dispersión de estos metamateriales en función de su fracción de llenado, periodo y número de películas.

Simulación de la configuración de metalentes y metaespejos para el diseño de un nanodetector óptico

En los últimos años, la nanofotónica ha emergido como un campo prometedor para la manipulación y control de la luz. En este contexto, las metalentes y los metaespejos han ganado atención considerable debido a su capacidad para enfocar y manipular la luz a nivel nanométrico. En este trabajo, presentamos una simulación detallada de la configuración de un nanodetector óptico basado en metalentes y metaespejos. Utilizando herramientas de simulación basadas en métodos numéricos y teoría electromagnética. Nuestros resultados muestran que la configuración propuesta es capaz de detectar señales ópticas a nivel nanométrico con una alta sensibilidad y una excelente resolución espacial. La combinación de la metalente y el metaespejo permite una focalización eficiente de la luz incidente, mejorando significativamente sus dimensiones espaciales. Además, hemos explorado el potencial de las metalentes en el diseño de futuros dispositivos ópticos. Estas lentes planas, fabricadas con meta-átomos, ofrecen ventajas únicas en términos de tamaño compacto, bajo peso y flexibilidad de diseño. Su capacidad para manipular la propagación de la luz a nivel nanométrico abre nuevas posibilidades en aplicaciones como microscopía de alta resolución, detección molecular y comunicaciones ópticas.

Desalineación de una superficie asférica

La deflectometría se usa para medir la calidad de las superficies ópticas, mediante el uso de un seleccionador de rayos incidentes en la lente bajo prueba. Estos rayos incidentes se eligen en una configuración nula, es decir, en el plano de detección los puntos medidos se distribuirán en una configuración uniforme. Los rayos al pasar a través del sistema, en un plano de detección perpendicular al eje óptico y por medio de un trazo exacto de rayos, se determinan los vectores normales en cada punto de la superficie bajo prueba. A partir de las imperfecciones de la superficie, se analiza si la superficie es la reportada, o se evalúan las discrepancias entre ambas. En este trabajo se presentan las simulaciones y resultados experimentales para una lente asférica, considerando un frente de onda esférico propagándose a lo largo del eje óptico e incide en el seleccionador de rayos que se coloca en una posición arbitraria, y mediante el proceso de refracción llega a un plano de detección colocado a una distancia fija, esperando un arreglo de puntos uniformemente distribuido. Así como las distribuciones de puntos si la lente asférica no se encuentra en su posición de diseño para el seleccionador de rayos.

Evaluación de moldes en aluminio con acabado óptico para fabricar lentes solidas elásticas

Lentes elásticas han sido empleadas en diversos sistemas ópticos como cámaras, microscopios y sistemas de visión, por mencionar algunos. Una técnica para fabricar este tipo de lentes consiste en realizar el diseño óptico de la lente, posteriormente fabricar un molde en aluminio con los parámetros ópticos de la lente, y finalmente inyectar un polímero en este para que al curar se obtenga la lente deseada. Donde las superficies de la lente adquieren la forma de las superficies de los moldes. Por lo que es necesario verificar el acabado de las superficies del molde para que las lentes fabricadas cumplan con los requerimientos de diseño. En este trabajo, se presenta la aplicación de una prueba geométrica para evaluar la forma del molde por medio de una prueba nula. El análisis y resultados obtenidos son presentados.

Análisis de soluciones de azúcar en agua con un refractómetro de fibra óptica

Los refractómetros se aplican ampliamente en la industria para el control de calidad midiendo el índice de refracción (n) de muestras líquidas y semisólidas. Esta propiedad única de los materiales está determinada por la ley de Snell, que relaciona el seno de los ángulos incidente y refractado resultantes de un rayo incidente que pasa de un medio (aire) a otro (muestra) provocando un cambio en su camino óptico debido al fenómeno de la refracción. El índice de refracción puede verificar la pureza y concentración de muestras líquidas, semilíquidas, sólidas e incluso gaseosas, ya que su valor se puede correlacionar con un amplio rango de concentraciones, lo que permite caracterizar diversos tipos de muestras. Por lo tanto, se estudió e implementó un refractómetro basado en la óptica de libre espacio que utiliza cinco piezas de fibras ópticas de plástico en un arreglo de detección lineal paralela a la cara de un molde cúbico de resina epóxica. Se colocaron muestras de agua destilada con diferentes soluciones de azúcar que oscilaban entre 0 y 40 g en un recipiente transparente con paredes paralelas, las cuales se expusieron a un rayo láser de 10 mW. Los ángulos refractados se midieron mediante el procesamiento y análisis en un código de python. Las muestras fueron caracterizadas y los índices de refracción se obtuvieron en el rango de 1.33-1.52 aproximadamente a 19°C.

Cavitación óptica: Una comparación entre el uso de láser pulsado y de onda continua para la generación de jets de líquido

En este trabajo se presenta una comparación entre el uso de un láser pulsado y un láser de onda continua en la generación de burbujas de cavitación para su uso como impulsoras de jets de líquido. En el primer caso, para la generación de cavitación óptica, utilizamos luz proveniente de un láser pulsado (λ=532 nm) acoplada a una fibra óptica 125/105 μm, la cual es sumergida sobre una solución altamente absorbente. En el segundo caso se utiliza un láser de onda continua (λ=450 nm), para el cual la luz es acoplada a una fibra óptica 125/105 μm, previamente para este caso en particular, en la punta de la fibra óptica se inmovilizan partículas metálicas que funcionan como calentadores de una solución no absorbente. Para ambos casos mostramos el nacimiento, crecimiento e implosión de las burbujas de cavitación. Además, realizamos una comparación entre máximos tamaños de burbujas, así como frecuencia de cavitación y velocidad de expulsión de los jets de líquido.

Detección de plomo en aguas residuales a través de la interacción con los puntos cuánticos de carbono usando técnicas ópticas

Los métodos de detección de metales pesados utilizados en México son costosos y poco frecuentes, además de contar con cierto grado de complejidad o dificultad de acceso para la población. En particular, el plomo es uno de los metales pesados más utilizados tanto en la industria, como en la producción de pinturas, baterías, o tuberías. Su presencia en ambientes naturales, principalmente en el agua potable, presenta un enorme riesgo para la salud humana. La ingesta de agua contaminada con plomo puede llegar a afectar el sistema nervioso, además de causar enfermedades cardiovasculares y renales, así mismo, puede presentar afectaciones en el desarrollo cognitivo y físico de infantes que hayan estado expuestos a dicho metal pesado. Se estima que, durante el año 2021, diversas regiones de México presentaron una contaminación con plomo del 27% en aguas potables, las cuales contenían una concentración de plomo que superaba los límites de detección permitidos según la Norma Oficial Mexicana (NOM-117-SSA1-1994). Esta contaminación de aguas mexicanas se debe principalmente a la corrosión de tuberías, y al uso de accesorios de plomo en los sistemas de distribución de agua, además de su uso ya mencionado en la industria. Por lo tanto, en este trabajo se propone un método alternativo para abordar esta problemática, basado en el uso de nanoestructuras de carbono conocidas como puntos cuánticos de carbono. Estas nanoestructuras tienen la capacidad de interactuar con los iones metálicos y modificar su longitud de emisión. En este estudio, presentamos investigaciones preliminares sobre mediciones de transmitancia y absorbancia de los puntos cuánticos en presencia y ausencia de interacción con iones metálicos de plomo en agua potable. Estos cambios incluso son visibles en la longitud de onda del espectro visible, lo cual consideramos que facilitaría la detección de plomo en los afluentes de agua.

Simulación de un interferómetro de Michelson con varias longitudes de ond

El interferómetro de Michelson es uno de los interferómetros de división de amplitud más importantes. Consiste en la división de un haz de luz proveniente de una fuente de luz extendida por medio de un divisor de haz. Cada uno de los haces después del divisor de haz son reflejados por dos espejos separados una distancia fija para posteriormente superponerse y generar un patrón de anillos concéntricos brillantes y oscuros alternados llamados franjas de igual inclinación. Generalmente, la fuente de luz empleada es un láser de luz monocromática por lo que las franjas circulares son de un solo color. En este trabajo se presenta una simulación del interferómetro de Michelson que permite la visualización de las franjas de interferencia obtenidas en este instrumento suponiendo que la luz empleada es policromática. La simulación está escrita en java por lo que su ejecución puede hacerse en cualquier sistema operativo. Además, en la simulación es posible modificar la distancia de separación de los espejos así como la inclinación de uno de los espejos, de tal manera que se pueden generar distintos tipos de franjas. Con esta simulación se pretende proporcionar una forma fácil para observar las franjas de este interferómetro y analizar su comportamiento al modificar la inclinación de los espejos sin recurrir al laboratorio.

Desarrollo de una aplicación para simular los estados de polarización de un haz de luz

La polarización de un haz de luz se puede comprender analizando la forma en que oscila su campo eléctrico y se produce mediante la superposición de dos haces de luz perpendiculares y coherentes con una diferencia de fase entre ellos. La diferencia de fase puede ser producida por dispositivos que se conocen como polarizadores y retardadores o placas de onda. La forma en que oscila la luz puede ser descrita como polarización lineal, circular o elíptica y matemáticamente se pueden describir mediante vectores y matrices de Jones y/o vectores de Stokes y matrices de Müeller, también se pueden interpretar mediante la esfera de Poincaré. En este trabajo se presenta una aplicación desarrollada en Java que replica la fenomenología observada en la polarización de la luz, es decir, se simula un haz de luz viajando a través de polarizadores y retardadores que producen un estado de polarización. La aplicación permite la selección de n polarizadores y n retardadores colocados en el orden y la orientación que el usuario desee y da como resultado su expresión matricial, su representación gráfica y su ubicación en la esfera de Poincaré. Esta aplicación proporciona una herramienta computacional que puede ser utilizada tanto en laboratorios como en entornos académicos, de investigación y/o divulgación.