The present thesis studies a variety of cold atomic systems in artificial gauge fields. In the first part we focus on fractional quantum Hall effects, asking whether interesting topological states can be realized with cold atoms. We start by making a close connection to solid-state systems and first consider fermionic atoms with dipolar interactions. Assuming the system to be in the Laughlin state, we evaluate the energy gap in the thermodynamic limit as a measure for the robustness of the state. We show that it can be increased by additionally applying a non-Abelian gauge field squeezing the Landau levels. We then switch to bosonic systems with repulsive contact interactions. Artificial magnetic fields for cold bosons have extensively been discussed before in the context of rotating Bose gases. We follow a different approach where the gauge field is due to an atom-laser coupling. Thus, transitions between different dressed states have to be included. They are shown to break the cylindrical symmetry of the system. Modifying the Laughlin state and the Moore-Read state accordingly, we determine the parameter regimes where they are good representations for the ground state of the system obtained via exact diagonalization. One of the most interesting feature of fractional quantum Hall states is the anyonic behavior of their excitations. We therefore also study quasiholes in the Laughlin state and the modified Laughlin state. They are shown to posses anyonic properties, which become manifest even in small systems. Moreover, the dynamics of a single quasihole causes visible traces in the density of the system which allow to clearly distinguish the Laughlin regime from less correlated phases. In the latter, a sequence of collapses and revivals of the quasihole can be observed, which is absent in the Laughlin regime. Extending our study to bosonic systems with a pesudospin-1/2 degree of freedom, we discuss the formation of strongly correlated spin singlets. Strikingly, at filling v=4/3, the system is described by a state with non-Abelian excitations, which is constructed as the zero-energy ground state of repulsive three-body contact interactions. Systems with internal degrees of freedom also allow for implementing artificial spin-orbit coupling. It is shown to give rise to a variety of incompressible states. In the second part of the thesis, we concentrate on condensed system. Bose-Einstein condensates with spin-orbit coupling are shown to have a degeneracy on the mean-field level, which is lifted by quantum and thermal fluctuations. The system becomes experimentally feasible in three dimensions, where the condensate depletion remains finite, and thus allow for an experimental observation of this order-by-disorder mechanism. Finally, we study the influence of Abelian and non-Abelian gauge fields on the quantum phase transitions of bosons in a square optical lattice. Re-entrant superfluid phases and superfluids at finite momenta are interesting properties featured by such systems.

Capítols 3 a 7 escrits en anglès / Myopia is the main cause of vision loss worlwide, with associated ocular pathology risks related to myopia amount. Therefore, interventions directed towards limiting or preventing the progression of myopia are of high importance to reduce the risk of potential eye disease and blindness. Research in animals has shown that the emmetropization process and ocular growth are image dependent, is a local eye phenomenon and the fovea is not essential. Specifically, the periphery, in isolation, can mediate the normal development of refraction and when an image conflict between the fovea and the periphery occurs, the later dominates eye development. Recent clinical trials conducted with multifocal lenses and orthokeratology have shown that their optical induced changes including the one on peripheral image shell reduce eye growth. In this sense, the main objective was to determine if a contact lens designed to produce myopic peripheral defocus may slow down myopia progression. This thesis describes 6 main studies, and is the result of efforts to design, patent and validate the experimental optical lens, as well as to undertake two longitudinal trials. The first chapter includes a description of the process to design and patent the lens. This unique and innovative design has an optical, single, progressive and continuous zone with an addition of 1.5 D preset at 30° from central axis. Designed using the Atchison eye model, this lens obtained a triple "A" Spanish patent under the number: ES 2406381B1. An initial pilot study of ten subjects was conducted to assess the soft and gas permeable materials (GP) peripheral refractive changes, as well as subjective and objective changes in the optical axis. In view of the results, the addition was increased to 2 D and two studies on 52 and 59 subjects were conducted to measure changes in the peripheral refraction (PR), optical aberrations, contrast sensitivity (CS), visual acuity and accommodative Lag. The GP material resulted in a myopic shift of the peripheral image beyond 10 degrees of eccentricity at nasal and temporal visual field, enough to place the focus in front of the peripheral retina in most of the evaluated myopic patients. With the hydrophilic material, the relative peripheral refraction showed significant changes in the spherical equivalent from 30th to 15th nasal temporal and 30 degrees. There was also a significant increase in higher order aberrations, a loss of contrast sensitivity and a decrease in the accommodative lag. All these aspects had been suggested in the literature as contributing elements to slow down myopia. A longitudinal study to investigate the effects of experimental GP lens material suffered a great loss of follow-up and only one case was finally analyzed. However, due to the trial design of intra-subject crossover study, we could compare the eye wearing the experimental lens in each of the two periods of eight months with its contralateral. Since myopia increased less with experimental GP lens, this suggests a high potential to be evaluated in a longitudinal future study. Moreover, after two years of a longitudinal experimental soft lenses study it was showed a control effect of 43% on refractive outcome and a 27% less in axial length increase compared with a group with monofocal glasses. In addition, the experimental group displayed no differences with an orthokeratology control group. This work represents the first controlled clinical trial that provides information on the progression of myopia 12 months before entering into a myopia control study, compares the efficacy of two different contact lenses treatments and shows a comprehensive view of the potential causes of myopia control by analyzing PR, ocular aberrations and lag of accomodation. In the light of the results, the new experimental lenses showed a promising effect in myopia control, and other potential designs based on the knowledge provided in this thesis may increase their effectiveness. / La miopía es el principal problema de visión en el mundo, con riesgos asociados cuanto mayor es su magnitud. Por ello, resultan de gran importancia las intervenciones que puedan limitar o prevenir la progresión de la miopía, disminuyendo los riesgos de patologías oculares y potencial ceguera. Las investigaciones en primates han mostrado que el proceso de crecimiento ocular es dependiente de la imagen, actúa localmente en el ojo y que la fóvea no es esencial. En concreto, la periferia, de modo aislado, puede mediar el desarrollo normal de la refracción y cuando hay un conflicto entre las señales visuales de la fóvea y la periferia, estas últimas dominan sobre las centrales en el desarrollo ocular. Estudios recientes, con lentes de ortoqueratología y multifocales, han mostrado que su óptica, que incluye el movimiento de adelantamiento de la imagen periférica, reduce el crecimiento del ojo. En este sentido, el principal objetivo fue determinar si un lente de contacto diseñado para producir desenfoque periférico miope podía ralentizar el avance de la miopía. Esta tesis, que describe 6 estudios principales, es el resultado de los esfuerzos para diseñar, patentar, validar la óptica de la lente experimental y realizar dos ensayos longitudinales. El primer capítulo incluye la descripción del proceso para diseñar y patentar la lente. Esta, de diseño innovador, dispone una zona óptica, única, progresiva y continua, con una adición prefijada en 1,5 D a 30º respecto al eje. Diseñada utilizando el modelo de ojo de Atchison, obtuvo una patente Española de triple "A" con el número: ES 2406381B1. Se condujo un estudio piloto inicial con diez sujetos para constatar su validez óptica y evaluar en materiales hidrofílicos y permeables a los gases (GP) los cambios refractivos periféricos inducidos, al igual que los ópticos. En función de los resultados, se condujeron dos estudios con 52 y 59 sujetos para medir los cambios en refracción periférica, aberraciones ópticas, sensibilidad al contraste (CS), agudeza visual y Lag acomodativo. El material GP resultó en un cambio miópico de la imagen periférica más allá de los 10 grados de excentricidad nasal y temporal del campo visual, suficientes para adelantar la imágen en la mayor parte de los miopes evaluados. Con lente blanda, la refracción relativa periférica mostró cambios significativos desde 30º nasal a 15º temporal y a 30º grados en el equivalente esférico. También hubo un aumento significativo de las aberraciones de alto orden, así como una disminución de la sensibilidad al contraste y del Lag acomodativo. Elementos contribuyentes a frenar la miopía. Los estudios longitudinales investigaron el efecto de control de la lente experimental. El grupo de lente GP sufrió una gran pérdida de seguimiento y sólo un caso fue finalmente analizado. Sin embargo, gracias al diseño del estudio intrasujeto cruzado, se pudo valorar que el ojo que llevaba la lente experimental, en cada uno de los dos periodos de que constaba el estudio, aumentó menos la miopía que en el contralateral. Sugiriendo un potencial a ser evaluado en un estudio longitudinal futuro. Adicionalmente, las lentes experimentales blandas, tras 2 años de estudio longitudinal frenaron un 43% y un 27% el incremento refractivo y axial respectivamente, en comparación con un grupo de gafas monofocales. Además, el grupo experimental no mostró diferencias respecto un grupo control de ortoqueratología. Este es el primer ensayo clínico controlado que proporciona información sobre la progresión de la miopía 12 meses antes de entrar en el estudio, se compara la eficacia de dos tratamientos con diferentes lentes de contacto y presenta una visión completa de las causas potenciales de control de la miopía mediante el análisis de la refracción periférica. Las lentes experimentales evidencian un efecto de control de la miopía prometedor. Otros potenciales diseños basados en el conocimiento proporcionado en este trabajo podrían incrementar su efectividad.

En els últims anys la importància de la polarització en les comunicacions òptiques ha crescut notablement com resultat de tres grans desenvolupaments:1. L'aparició de l'amplificació òptica ha fet que es produeixi un gran increment en les longituds dels enllaços de fibra monomode, així com en el nombre de dispositius òptics que ha de travessar la llum sense regenerar-se. Com a resultat d'això, petits efectes com la diferència de retards entre els modes amb polaritzacions ortogonals, o petites diferències entre les pèrdues d'inserció per a aquests modes, poden acumular-se a causa de la gran distància a recórrer, esdevenint un paràmetre a considerar en el disseny dels sistemes.2. La possibilitat de la detecció coherent en la qual el receptor és sensible al batut de dos feixos de llum i no només a la potència del feix, ha dut també a haver de considerar el tractament de la polarització com un dels punts d'investigació importants.3. L'última raó per la qual la polarització s'ha convertit en un tema fonamental és l'impressionant increment que s'ha donat en les velocitats de transmissió, que de nou duu que petits efectes es tornin importants per l'extremadament petit temps de bit.L'estructura no perfectament cilíndrica de la fibra òptica durà a les diferents components transversals dels camps a veure índexs de refracció lleugerament diferents, amb el que es produirà acoblament d'energia d'un mode a l'ortogonal i diferències de retard entre els modes. Les imperfeccions de la fibra no són predictibles (les seves causes van des de la pròpia fabricació fins als esforços als que es vegi sotmesa després de la seva instal·lació) pel que es fa difícil una caracterització del problema. Es tractarà d'un fenomen estadístic pel que no es pot solucionar de forma determinista. Aquest treball s'emmarca dintre de l'àmbit de la recerca de solucions als efectes provocats per la polarització en els sistemes de comunicacions per fibra òptica. Els objectius marcats inicialment es van circumscriure a la detecció coherent. L'objectiu fonamental era l'estudi de les diverses tècniques per a solucionar els esvaïments per desadaptació de les polaritzacions en aquest tipus de receptors. No obstant això, en el treball que es presenta s'han inclòs també realitzacions encaminades als sistemes MI-DD, cap a les quals s'han bolcat els nostres esforços durant el període de durada del mateix. Encara que es tracta de filosofies totalment distintes, pràcticament totes les realitzacions pensades per als sistemes coherents podran aplicar-se també als sistemes MI-DD pel que no ha de pensar-se en aplicacions excloents.Les parts en que es divideix el treball són: · Estudi analític de la variació de la polarització de la llum en fibres òptiques. Dintre d'aquesta part s'oferixen resultats que es corresponen amb mesures realitzades sobre fibra i simulacions del comportament de la mateixa, i representen la justificació de tot el treball posterior.· Estudi de les diferents solucions al problema de la polarització en els receptors coherents. Es presenten aquí tots els dispositius dissenyats i construïts així com els diferents algorismes proposats per al control de la polarització. S'exposen tanmateix les mesures realitzades per a la caracterització d'aquests dispositius i la seva integració en un receptor coherent real.· Estudi dels efectes de la polarització en els sistemes MI-DD d'última generació i aplicació dels dispositius dissenyats en aquest tipus de sistemes. En aquesta part s'oferixen algunes prediccions sobre els valors que pot prendre la dispersió deguda a la polarització en enllaços reals. Així mateix es proposa un aleatorizador de la polarització amb aplicació en sistemes amb amplificació òptica. / El trabajo desarrollado en esta tesis doctoral se enmarca dentro del ámbito de la búsqueda de soluciones a los efectos provocados por la polarización en los sistemas de comunicaciones por fibra óptica tanto Coherentes como de Modulación de Intensidad y Detección Directa. El objetivo fundamental es el estudio de diversas técnicas para solucionar los problemas que los efectos de la polarización provocan en dichos sistemas como por ejemplo, los desvanecimientos por desadaptación de las polarizaciones en receptores de detección coherente o la dispersión debida a la polarización (PMD) en los sistemas MI-DD de última generación.Las partes en que se divide el trabajo son:- Estudio analítico de la variación de la polarización de la luz en fibras ópticas.Dentro de esta parte se ofrecen resultados que se corresponden con medidas realizadas sobre fibra y simulaciones del comportamiento de la misma y representan la justificación de todo el trabajo posterior.- Estudio de las diferentes soluciones al problema de la polarización en los receptores coherentes. Se presentan aquí todos los dispositivos diseñados y construidos así como los diferentes algoritmos propuestos para el control de la polarización. Se exponen asimismo las medidas realizadas para la caracterización de los mismos y su integración en un receptor coherente real.- Estudio de los efectos de la polarización en los sistemas MI-DD de última generación y aplicación de los dispositivos diseñados a su solución. En esta parte se ofrecen algunas predicciones sobre los valores que puede tomar la dispersión debida a la polarización en enlaces reales. Asimismo se propone un aleatorizador de la polarización con aplicación en sistemas con amplificación óptica. / Polarization related topics have gained momentum during last years in the optical communications field, due to the advent of three main developments:1. Optical amplification has allowed a great increase in the singlemode fiber lengths, as well as in the number of optical devices that the light must cross without being regenerated. As a result, small effects like the difference of propagation delays between the orthogonal modes, or the small differences between the insertion losses for those modes, can be accumulated due to the great distance, becoming a parameter to consider in the systems design.2. The optical coherent detection, where the receiver is sensitive to the beat of two light beams and not only to the optical power level, has also lead to take into account the light polarization as an increasingly important topic of research, as a mismatch in beams polarizations implies no signal found after the coherent detection.3. Last reason for the high importance of polarization stems from the impressive increase in bit rates that optical communications have experienced. This implies that small effects which could be neglected at lower bit rates appear now as important due to the extremely low bit periods.Therefore, it is clear that in the present and future systems the problems related to the polarization are one of the stumbling blocks to save. The origin of the polarization effects in fibers resides in their non-ideal performance. The not perfectly cylindrical structure of the optical fiber will lead the orthogonal components of the fields to see slightly different refractive indices, and so coupling of energy between modes, as well as different delays will take place. The imperfections of the fiber are not predictable (their causes go from the own manufacture to the stress applied after its installation) reason why a characterization of the problem becomes difficult. It is a statistical phenomenon, so it is not possible to be solved in a deterministic form.This work focuses on the search of solutions to the effects brought about the polarization in optical fiber communications systems. The objectives were initially confined to coherent detection systems. The main target was the study of the diverse techniques to solve the fadings by polarizations mismatch in this type of receivers. Nevertheless, solutions focusing on IM-DD systems have also been included in this work. Even considering that the approaches are very different, the different solutions thought for coherent systems can find their place in IM-DD systems.This work is divided in three parts:· Analytical study of the variation of the light polarization in optical fibers. Within this part results are offered that correspond to measures and simulations realised on fibers characterizing their behaviour. These results give reason for the remaining work.· Study of the different solutions about the polarization problem in coherent receivers. All the devices designed and constructed, as well as the different algorithms proposed for the control of the polarization are presented in this part. The measures realised for their characterization and their integration in an actual coherent receiver are also shown.· Study of the polarization effects in advanced MI-DD systems, and application of the devices designed to overcome polarization related problems. In this part some predictions are offered on the values that can take the dispersion due to the polarization in real links. Also a polarization scrambler to be used in systems with optical amplification has been designed, constructed and tested.

El objetivo de esta tesis es el estudio de la dinámica de los láseres de semiconductor (LS) con realimentación óptica, tanto desde el punto de vista experimental como numérico. La reflexión de la luz emitida por el láser, debida a la presencia de un espejo externo, es capaz de inducir una dinámica caótica en su intensidad de salida. Concretamente, cuando el láser es bombeado cerca de su corriente umbral, puede entrar en el régimen de fluctuaciones de baja frecuencia (LFF), caracterizado por repentinas caídas de su intensidad a tiempos irregulares. El comportamiento pulsado, y caótico, en este régimen es de especial interés desde el punto de vista de la dinámica de sistemas no-lineales, pero también por sus aplicaciones en comunicaciones ópticas.Si queremos resumir los resultados de esta tesis ordenados cronológicamente,debemos empezar hablando de ruido. El efecto de el ruido en un sistema no-lineal puede ser de gran ayuda en la obtención de una respuesta más regular, efectos como la resonancia coherente o la resonancia estocástica han dado buena prueba de ello. Con el objetivo de observar ambos fenómenos en el comportamiento pulsado de un láser en régimen de LFF, se realizan simulaciones numéricas a partir del modelo de Lang-Kobayashi (LK), que describe la evolución del campo eléctrico y los portadores en un LS. Los resultados obtenidos demuestran que añadiendo cierta cantidad de ruido externo a través de la corriente de bombeo, los pulsos observados en la intensidad de salida se vuelven más regulares, que es la característica típica de la resonancia de coherencia (RC). Si la corriente de bombeo está modulada con una señal periódica de cierta frecuencia, se puede observar cómo el ruido externo ayuda al sistema a seguir dicha frecuencia, lo que se refleja en la intensidad de salida con unas caídas no sólo más regulares, sino también a la frecuencia de forzamiento. Este fenómeno, observado en diversos sistemas no-lineales, se conoce como resonancia estocástica (SR). Los estudios realizados permiten observar que no sólo la amplitud del ruido es importante, sino también su tiempo de correlación, debiéndose ajustar ambos parámetros para poder observar dichas resonancias. En relación con el efecto del ruido en estos sistemas, se estudia (experimental y numéricamente) el caso de un láser en LFF cuando es modulado con dos frecuencias, observando resonancia a frecuencias no presentes en el sistema. Estos resultados son la primera evidencia experimental de este fenómeno, bautizado como resonancia fantasma (GR), el cual sólo habia sido predicho teóricamente hasta el momento.Paralelamente, se analizan los efectos del acoplamiento de dos sistemas caóticos, en nuestro caso dos láseres en régimen de LFF. Los resultados demostran que el acoplamiento puede incrementar la respuesta de un sistema no lineal a un señal periódica externa.Se profundiza también en el estudio del comportamiento multimodo de los láseres de semiconductor con realimentación óptica. Se presentan resultados experimentales y numéricos del comportamiento de los modos longitudinales en el régimen de LFF, observándose como, cuando la intensidad total cae, se activan modos laterales que hasta el momento permanecian apagados. Finalmente, y continuando con el estudio de la dinámica multimodo, se analiza la sincronización de dos láseres multimodo mediante una extensión del modelo de LK, observándose sincronización generalizada y anticipada, tanto de la intensidad total, como entre los modos longitudinales de cada láser. Estos resultados sugieren la utilización de este tipo de láseres para la transmisión de mensajes multiplexados.

Considering that the most abundant renewable energy source is the Sun, photovoltaic technology possesses one of the highest potentials to provide environmental benign and sustainable energy worldwide. Currently, most of commercial available modules are fabricated from crystalline silicon because of its high efficiency. To lower fabrication costs and increase the functionality of the solar modules, several thin film technologies are under development. Among them, organic photovoltaics has created large expectations provided it possesses some intrinsic advantages, such as light weight, flexibility or semi-transparency. However, the low charge mobility in the majority of the organic semiconductor materials prevents the use of active layers thicker than a few hundred nanometers. This leads to a limited light harvesting capacity and, consequently, a limited conversion efficiency. Different optical approaches have been considered to enhance the absorption of organic solar cells and increase their efficiency. In this thesis, we propose a novel configuration based on the use of fiber arrays to effectively trap light and efficiently couple it into the active layer to enhance absorption. The thesis work is presented in five chapters. After an introductory chapter, in chapter 2 light absorption of an organic solar cell deposited on the backside of a fiber array is studied theoretically. A strong enhancement in light harvesting is predicted using such configuration. For small diameter fibers the enhancements originated from light coupling to some low quality whispering gallery modes, while for large diameter fibers light seemed to be effectively trapped inside the fiber structure. In chapter 3 and 4, we consider the dip-coating procedure, a fabrication technique that can be applied to deposit from a precursor solution, layers on a substrate irrespective of its shape. Its viability is demonstrated by applying it to different device architectures. The deposition on such non-flat substrates of the rest of the layers forming an organic solar cell is also examined. For instance, several relevant changes that had to be introduced to the ITO sputtering to obtain transparent electrodes with an optimal quality, both, optically and electrically, are discussed. Once the layer deposition is optimized to fulfill the electrical and optical requirements of organic solar cells, in chapter 5, we experimentally demonstrate that an enhanced light absorption can be achieved from such organic solar cells when deposited on fiber arrays. Optical fibers of 80 µm in diameter were used to fabricate the arrays to be used as the cell substrate. Such substrates were coated with an organic solar cell of evaporated small molecules. The implemented fiber array configuration is seen to be an effective light trapping method. Indeed, the photogenerated current from such devices is shown to increase by a 26%, which is a considerable percentage when compared to the majority of the optical approaches that were considered in the past to enhance absorption in organic cells. / Si considerem que la font d'energia renovable més a abundant és el Sol, la tecnologia fotovoltaica posseeix un dels potencials més alts per poder produir l'energia mundial de forma sostenible i benigne amb el medi ambient. Actualment la majoria dels mòduls comercials estan fabricats de silici cristal.lí ja que aquest material té una gran eficiència. Per tal de rebaixar els costos de producció i incrementar la funcionalitat d'aquest panells solars, diverses tecnologies de capa prima s'estan desenvolupant. Entre elles, la tecnologia fotovoltaica amb materials orgànics ha creat grans expectatives gràcies a les seves propietats intrínseques, com per exemple la seva lleugeresa, flexibilitat o bé semi transparència. Per altra banda, la baixa mobilitat de les càrregues en la majoria dels semiconductors orgànics impedeix l'ús de capes actives no molt més gruixudes que uns pocs nanòmetres. Això provoca que tinguin una capacitat de col.lecció lumínica limitada i com a conseqüència, la eficiència de conversió energètica també ho és. S'han considerat diferents estratègies òptiques per tal de millorar l'absorció en les cel.les solars orgàniques i incrementar la seva eficiència. En aquesta tesi proposem una configuració innovadora basada en l'ús d'una matriu de fibres, les quals atrapen i acoblen la llum en la capa activa per millorar l'absorció d'aquesta. La present tesi consta de cinc capítols. Després d'un capítol introductori, en el capítol 2 s'estudia teòricament l'absorció de llum d'una cel·la solar orgànica dipositada en la part posterior de la matriu de fibres. Per diàmetres de fibra petits, les millores són degudes a l'acoblament d'uns modes recirculants de llum de baixa qualitat. Mentre que per diàmetres grans, la llum sembla estar atrapada de forma efectiva dins de l'estructura formada per les fibres. En els capítols 3 i 4 hem considerat el recobriment per immersió, aquesta tècnica de fabricació pot ser aplicada per dipositar capes des d'una solució precursora a un substrat, independentment de la seva forma. La validesa de la tècnica es demostra quan s'aplica a diferents arquitectures de cel·la. El dipòsit en aquestes estructures no planes de la resta de les capes que formen la cel·la solar orgànica també s'ha investigat. Per exemple, es discuteixen varis canvis rellevants, els quals s'han tingut que introduir per la polvorització catòdica del ITO, per tal d'obtenir elèctrodes transparents amb unes qualitats òptiques i elèctriques òptimes.

Durante las últimas décadas, la energía solar fotovoltaica se ha convertido en una tecnología de creciente importancia para satisfacer las necesidades energéticas actuales sin sacrificar las futuras generaciones. Las células solares tradicionales basadas en silicio llevan asociados altos costes, tanto en materia prima como en su fabricación. Sin embargo, las tecnologías alternativas como las células solares orgánicas ofrecen prometedoras ventajas de bajo coste y fabricación, a expensas de inestabilidad química. Los nanocristales inorgánicos coloidales han atraído una creciente atención, debido a su combinación única de estabilidad química, aprovechamiento pancromático de la energía solar y procesado en disolución. No obstante, los semiconductores nanocristalinos más habituales generan dudas en cuanto a su aplicabilidad, debido a la presencia de metales pesados tóxicos (como el plomo y el cadmio). Además, muchos de estos materiales son tipo p y se usan junto con semiconductores de tipo n de "bandgap" ancho, que no contribuyen a la generación de fotocorriente. El campo de semiconductores nanocristalinos no tóxicos con niveles energéticos apropiados, alta absorción óptica y "bandgap" adecuado para el aprovechamiento de la energía solar aún está por explorar. El objetivo de esta tesis es investigar el potencial de los nanocristales de sulfuro de bismuto para ser empleados como nanomateriales no tóxicos tipo n para un aprovechamiento eficiente de la energía solar. En el Capítulo 2 se presenta un estudio detallado de las propiedades físico-químicas y electro-ópticas de los nanocristales de sulfuro de bismuto. Éstos son semiconductores tipo n y tienen unos niveles energéticos y "bandgap" apropiados para un aprovechamiento eficiente de la energía solar. Por tanto, los nanocristales de sulfuro de bismuto presentan el potencial para ser empleados como aceptores de electrones en células solares basadas en heterouniones con los mejores materiales investigados en la tercera generación fotovoltaica. Los nanocristales de sulfuro de bismuto se emplean en el Capítulo 3 como aceptores de electrones en células solares híbridas. Los materiales usados típicamente como aceptores de electrones así como los polímeros semiconductores no aprovechan la radiación infrarroja. Los nanocristales de sulfuro de bismuto pueden ser usados como materiales aceptores en células solares híbridas y así extender el rango de sensibilidad de las células solares basadas en P3HT a longitudes de onda en el rango del infrarrojo cercano. En el Capítulo 4 se investiga la nanomorfología y el rendimiento fotovoltaico de las células solares híbridas basadas en nanocristales de sulfuro de bismuto y polímeros semiconductores funcionalizados con tioles. Esta nueva clase de polímeros funcionalizados se enlaza a la superficie de los nanocristales de sulfuro de bismuto previniendo su aglomeración, así como presentan niveles de potencial de ionización más profundos y contribuyen a una mejor interacción electrónica entre el nanocompuesto orgánico-inorgánico. En el Capítulo 5, los nanocristales de sulfuro de bismuto se emplean conjuntamente con puntos cuánticos de sulfuro de plomo en dispositivos fotovoltaicos procesados en disolución basados en unión p-n totalmente inorgánicos. Este sistema abre la posibilidad de fabricar heterouniones tipo "bulk", una arquitectura menos limitada por el tiempo de vida de los portadores. De este modo, se puede explorar un rango más amplio de materiales inorgánicos nanocristalinos para dispositvos fotovoltaicos de tercera generación. / Photovoltaics has become a technology of increasing importance during the last decades as a platform to satisfy the energy needs of today without compromising future generations. Traditional silicon-based solar cells suffer from high material and fabrication costs. Alternative technologies such as organic photovoltaics offer promising low-cost material and processing advantages, however at the cost of chemical instability. Inorganic colloidal nanocrystals have attracted significant attention, due to the unique combination of chemical robustness, panchromatic solar harnessing and low-cost solution processability. However, the state-of-the-art nanocrystalline semiconductors raise some concerns regarding their suitability for industrial applications due to the presence of highly toxic heavy metals (such as lead or cadmium). Moreover, most of these materials are p-type, and are usually employed together with large bandgap n-type semiconductors that do not contribute to photocurrent generation. The field on non-toxic, electron-acceptor nanocrystalline semiconductors with appropriate energy levels, high optical absorption and bandgap suited to optimal solar harnessing still remains unexplored. The aim of this thesis is to investigate the potential of bismuth sulfide nanocrystals to be employed as environmental-friendly n-type nanomaterials for efficient solar harnessing. Chapter 2 presents an in-depth physicochemical and optoelectronic characterization of bismuth sulfide colloidal nanocrystals. Bismuth sulfide nanocrystals are n-type semiconductors and have the appropriate bandgap and energy levels for efficient solar harnessing. Therefore, bismuth sulfide nanocrystals have the potential to be employed as the electron accepting material in heterojunction-based solar cells with most high-performing materials investigated for third-generation photovoltaics. Bismuth sulfide nanocrystals are employed in Chapter 3 as electron accepting materials in hybrid organic-inorganic solar cells. Typical electron accepting materials and semiconducting polymers used in organic photovoltaics do not harness infrared radiation, thus limiting their solar harnessing potential. Bismuth sulfide nanocrystals can be used as electron accepting materials in hybrid organic-inorganic solar cells and extend the sensitivity range of P3HT-based solar cells into near-infrared wavelengths. Chapter 4 investigates the nanomorphology and photovoltaic performance of hybrid solar cells based on bismuth sulfide nanocrystals and thiol-functionalized semiconducting polymers. This novel class of functionalized polymers binds to the surface of bismuth sulfide nanocrystals, thus preventing nanocrystal agglomeration, shows deeper ionization potential levels and exhibits improved electronic interaction within the organic-inorganic nanocomposite. In Chapter 5, bismuth sulfide nanocrystals are employed together with lead sulfide quantum dots in p-n junction-based all-inorganic solution-processed photovoltaic devices. This system opens the possibility of fabricating all-inorganic solution-processed bulk heterojunctions, a device architecture where requirements on carrier lifetime are eased. This way, a broader range of inorganic nanocrystalline materials can be explored in the quest for novel non-toxic third-generation photovoltaics

Non-classical correlations, usually referred as entanglement, are ones of the most studied and discussed features of Quantum Mechanics, since the initial introduction of the concept in the decade of 1930s. Even nowadays, a lot of efforts, both theoretical and experimental, are devoted in this topic, that covers many distinct areas of physics, such as a quantum computing, quantum measurement, quantum communications, solid state physics, chemistry and even biology. The fundamental tasks that one should consider related to the entanglement are: -How to create quantum entangled states. -How to maintain entanglement during propagation against sources of decoherence. -How to effectively detect it. -How to employ the benefits that entanglement offers. This thesis, divided into four chapters, concentrates on the first and last tasks considered above. In Chapter 1, a brief introduction and overview of what it is entanglement is given, starting with the famous paper of Einstein, Podolsky and Rosen, and continuing with John Bell's formulation of the so-called Bell's inequalities. We define here general concepts about entangled quantum states and introduce important entanglement measures, that are later used all over the thesis. In this chapter, sources of entangled particles (namely photons) are also mentioned. The importance is put on sources based on the nonlinear process of spontaneous parametric down-conversion. The last part of this chapter is then dedicated to a list of applications that benefit from the use of engangled states. Chapter 2 is devoted to the systematic study of the generation of entangled and non-entangled photon pairs in semiconductor Bragg reflection waveguides. Firstly, we present a source of photon pairs with a spectrally uncorrelated two-photon amplitude, achieved by a proper tailoring of the geometrical and material dispersions via structural design of waveguides. Secondly, Bragg reflection waveguides are designed in a scuh way, that results in the generation of spectrally broadband paired photons entangled in the polarization degree of freedom. Finally, we present experimental results of entangled photon pairs generation in this type of structures. In Chapter 3, we explore the feasibility of the generation of photon pairs entangled in the spatial degree of freedom, i.e. in the orbital angular momentum (OAM). Firstly, we examine how to create a highly multidimensional Hilbert space using OAM modes obtained in a chipred-poled nonlinear bulk crystals. Here, we show, how an increase of the chirp of the poling can effectively increase the Schmidt number by several orders of magnitude. Secondly, we investigate periodically poled silica glass fibres with a ring-shpaed core, that are capable to support the generation of simple OAM modes. The final Chapter 4 is dedicated to the Anderson localization and quantum random walks. At the beginning of this chapter, we present an experimental proposal for the realization of a discrete quantum random walks using the multi-path Mach-Zehnder interferometer with a spatial light modulator, that allows us to introduce different types of statistical or dynamical disorders. And secondly, we show how the transverse Anderson localization of partially coherent light, with a variable first-order degree of coherence, can be studied making use of entangled photon pairs. / Las correlaciones cuánticas, normalmente conocidas como entanglement, son uno de los temas más estudiados y discutidos de la Mecánica Cuántica, desde la introducción del concepto en la década de 1930. Incluso hoy en día, una gran cantidad de esfuerzos, tanto teóricos como experimentales, se dedican en este tema, que cubre muchas áreas distintas de la física, tales como medición cuántica (quantum metrology), computación cuántica (quantum computing), comunicaciones cuánticas (quantum communications), física de estado sólido, química e incluso biología. Las tareas fundamentales de investigación que uno debe considerar en relación con entrelazamiento son: -Cómo crear estados cuánticos entangled. -Cómo mantener el entanglement durante la propagación, en contra de las fuentes que pueden crear de-coherencia. -Cómo emplear los beneficios que el entanglement ofrece. Esta tesis, dividida en cuatro capítulos, se centra en la primera y últimas tareas consideradas. En el capítulo 1, se da una breve introducción y una visión general de lo que es el entrelazamiento (entanglement), empezando por el famoso artículo de Einstein, Podolosky y Rosen, y continuando con la formulación de John Bell de las llamados desigualdades de Bell. Definimos aquí conceptos generales acerca de los estados cuánticos enrelazados e introducimos algunas medidas de entrelazamiento importantes, que se utilizan posteriormente a lo largo de toda la tesis. En este capítulo, algunas fuentes de partículas entrelazadas (fotones) se mencionan brevemente. La importancia se pone en fuentes basadas en el proceso no lineal de generación paramétrica espontánea (SPDC, Spontaneous Parametric Down Conversion). La última parte de este capítulo está dedicado a mencionar algunas aplicaciones que se benefician de la utilización de estados entrelazados. El capítulo 2 se dedica al estudio sistemático de la generación de pares de fotones entrelazados, o no, en guías semiconductores de tipo Bragg. En primer lugar, se presenta una fuente de pares de fotones espectralmente no correlacionados, lo que se puede conseguir utilizando la geometría adecuada y la adecuada dispersión del material, a través del diseño estructural de las guías de onda. En segundo lugar, las guías de onda de Bragg se diseñan de manera que dan como resultado la generación de pares de fotones entrelazados en el grado de libertad de polarización con un ancho de banda grande. Finalmente, se presentan resultados experimentales de pares de fotones generados en este tipo de estructuras. En el capítulo 3, se explora la viabilidad de la generación de pares de fotones entrelazados en el grado espacial de libertad, es decir, en el momento angular orbital (OAM). En primer lugar, se investiga cómo crear un espacio de Hilbert altamente multidimensional utilizando modos OAM Para ello se ahce uso de materiales no lineales con chirped-qausi-phase-matching. Aquí mostramos cómo un aumento del chirp puede aumentar efectivamente el número de Schmidt en varios órdenes de magnitud. En segundo lugar, se investiga como fibras de vidrio con un núcleo en forma de anillo son capaces de generar y propagar los modos con OAM más simples. El Capítulo 4 se dedica a la localización Anderson y a los llamados paseos aleatorios cuánticos (Quantum random walks). En primer lugar se presenta una propuesta experimetnal para la realización de un paseo aleatorio discreto cuántico utilizando un interferómetro MAch-Zehnder con un modulador espacial de luz, que nos permite introducir diferentes tipos de ruido con diferentes tipos de estadística. En segundo lugar, se muestra cómo la localización transveral Anderson de luz parcialmente coherente se puede estudiar haciendo uso de pares de fotones entrelazado

In this study a new methodology of evaluation and design of light spectral composition for use in museums is presented. The hypothesis under this doctoral thesis is explained in three parts: a) it is factible to obtain a spectral reflectance curve that is representative of an artwork. b) lighting an artwork with a source which spectral emission curve matches the shape of the artwork's representative spectral reflectance curve (R.S.R.C) reduces the object's damage by lighting, that is a factor of absorbed radiation. c) the resulting visual stymulus ofthe interaction between the source's spectral emission curve (S.E.C.) and the artwork's representative spectral reflectance curve (R.S.R.C) allows for an adequate colour vision in the presentation. General objective of this study is to contribute to the fullfillment ofthe museum's mission in terms of its three aspects: presentation, conservation and efficiency. Specifical objective is to develop a methodology for illuminants selection and for spectral design of light sources composed of the following items: I) Methodology for aquisition of artwork's representative spectral reflectance curves (R.S.R.C.) II) Methodology for Illuminants selection and source spectral design for object conservation. lll) Methodology for illuminants selection and source spectral design for object presentation. A sample of artwork has been spectrally characteized, the amount and placement of spectral meassurements being enough to sufficiently describe the different sectors of the coloured surface of an artwork. Throughout a process of averaging and weighing spectral information from the different sectors of the coloured area, a representative spectral reflectance curve (R.S.R.C.) is obtained for each sample object. Using the sample objecrs representative spectral reflectance curves (R.S.R.C.) a methodology has been developed, for the design of source spectral emissions that are named MATCH and numbered after the reflectance curve from which their design derives. MATCH spectral power emissions have been obtained using the curve shape of a given R.S.R.C. that is endowed with a specific emission power. Designed source spectral power emissions and CIE illuminants have then been analyzed bycomparisson to sample objects'R.S.R.C.s which are to be lighted with them. With the aid of an ad-hoc method, a deteriorant factor has been assigned to each CIE illuminant and each designed emission (MATCH) for a given sample object. The deteriorating factor is based upon the amount of emission power that represents a specific risk of being absorbed by the object, thus producing radiation damage. Throughout this process a classification of designed emiss'ions and CIE illuminant emerges according to a the museum conservation criteria. CIE illuminants and MATCH designed emissions have also gone under an evaluation acording to the presentation aspectofthe museum mission. This results in a new classification of emissions thattakes into accountthe quality of potential colour vision, in terms of the CIE L*a*b* colour differences calculated for the colours present in an artwork sample under the lighting of a CIE illuminant or else a MATCH designed emission, compared to the same colours under the lighting ofthe CIE D65 illuminant,that is taken as reference. Results for all designed spectral emissions (MATCH 1-4) fafl within strict tolerance for CIE acceptability standards of colour differences. For both, conservation and presentation classifications, results have been experimentally validated.

L'objectiu central d'aquesta tesi és analitzar i entendre els camins a través dels quals pot emergir complexitat en el comportament dels sistemes dinàmics no lineals, objectiu que hem desenvolupat, numèricament i experimental, amb una determinada família de sistemes no lineals, però que es poden considerar força generals.Concretament ens hem interessat en dos aspectes complementaris del comportament dels sistemes dinàmics, aspectes que adequadament combinats podrien donar lloc a comportaments considerablement complexos. El primer aspecte es relaciona amb el que nosaltres anomenem comportament d'inestabilitat completa. Hem considerat el problema de generació del màxim nombre de freqüencies d'oscil·lació en un mateix sistema i de com la seva barreja no lineal pot produir evolucions temporals complexes. Des del punt de vista matemàtic aquests sistemes estan definits per camps vectorials que tenen la part no lineal unidireccional i això permet simplificar el problema en considerar només una parella sella-node de punts fixos, punts que fan totes les possibles bifurcacions de Hopf que poden fer en N dimensions. Això aporta N-1 freqüències característiques d'oscil·lació, que són convenientment barrejades pels mecanismes no lineals del sistema. El segon aspecte considerat es centra en acoblar diversos sistemes dinàmics que puguin presentar inestabilitat completa. L'acoblament aporta la possible presència de molts més punts fixos i, per tant, una riquesa afegida en l'estructura de l'espai de fases. Des d'un punt de vista matemàtic, l'acoblament implica la presència d'un camp vectorial la part no lineal del qual és multidireccional, fet que és el responsable de l'aparició de l'estructura relativament complexa de punts fixos. En aquest aspecte ens hem centrat en l'estudi d'alguns fenòmens concrets especialment rellevantsExperimentalment, utilitzem un cert tipus de dispositius termoòptics la dimensió dinàmica dels quals és realment fàcil de controlar, de manera que podem disposar a voluntat de sistemes de dimensió 1, 2, 3, etc. Aquests dispositius es basen en cavitats interferomètriques en les quals un dels miralls és parcialment absorbent a la llum incident i l'espaiador és fet de materials termoòptics transparents. / The aim of this thesis is the characterization and understanding of the routes through which complexity can arise in the behaviour of non-linear dynamical systems. We have developed this aim, numerically, as well as experimentally, with a family of dynamical systems that can be considered fairly general.We have studied two complementary aspects of the behaviour of the dynamical systems, which, conveniently combined, could lead to a considerable degree of complexity. The first one is related to the so-called full instability behaviour. We consider the problem of generating the maximum number of oscillation frequences in a system and how its non-linear mixing can lead to highly complex temporal evolutions. From the mathematical point of view, these systems are defined by vector fields whose non-linear part is unidirectional, thus simplifying the problem, as this fact allows to consider only one saddle-node pair of fixed points. These points suffer all the possible Hopf bifurcations in N dimensions. This gives N-1 characteristic oscillation frequencies, that are to be mixed by the non-linear mechanisms of the system. The second aspect considered is based in the coupling of various dynamical systems showing full instability behaviour. The coupling allows the presence of many more fixed points and an added degree of complexity in the phase-space structure. From a mathematical point of view, the coupling implies a vector field whose non-linear part is multidirectional, and this fact is responsible for the relatively complex structure of fixed points. In this second aspect we have studied certain phenomena of relevance.Experimentally we use a kind of thermooptical device whose dynamical dimension is easily controllable, so we can choose the dimension of the system at will. These devices are based on Fabry-Pérot interferometric cavities with a partially absorbing mirror and a multilayer spacer consisting of transparent thermooptical materials.

INTRODUCCIÓ: La correcció de la miopia moderada i alta mitjançant la implantació de lent fàquica tipus ICL ha demostrat la seva seguretat, eficàcia i predictibilidad. La qualitat visual d'aquests pacients als que se'ls ha implantat una lent fàquica no ha estat, però, objecte d'estudis publicats en la literatura científica.OBJECTIUS: Demostrar que la qualitat visual dels pacients als que se'ls implanta una ICL millora, amb milloria de la sensibilitat al contrast, disminució en la puntuació del qüestionari subjectiu de qualitat visual i milloria en les aberracions d'alt ordre. També demostrar que la qualitat visual depèn de la edat dels pacients, diàmetre pupil·lar, miopia prequirúrgica, efectivitat quirúrgica i distància entre la lent i cristal·lí (vault).MATERIAL I MÈTODES: Prèviament a la cirurgia se ha realitzat un anàlisi de las aberracions oculars d'alt ordre mitjançant un aberròmetre ZyWave (Bausch&Lomb), així com una mesura de la sensibilitat al contrast i el qüestionari de qualitat visual Refractive Status and Vision Profile. S'ha emprat la lent ICL model V4 en tots els casos. Postquirúrgicament s'han realitzat controls als 3 i 6 mesos, mesurant l'aberració del front d'ona, la sensibilitat al contrast i el qüestionari subjectiu.RESULTATS: S'han estudiat 78 ulls de 40 pacients, amb una edat mitjana de 35,03±8,21 anys (rang 18-50), con una miopia mitjana de -8,47 ± 1,93 diòptries. S'ha observat un augment significatiu de la sensibilitat al contrast en totes las freqüències excepte 18 cicles/grau. S'ha observat una disminució significativa en la puntuació del qüestionari als 3 mesos excepte en la subescala "glare" que ho és als 6 mesos. Les aberracions totals d'alt ordre disminueixen no significativament. El coma disminueix no significativament, però sí que ho és l'augment del trefoil. L'aberració esfèrica disminueix i el quadrafoil augmenta, ambdós amb significació estadística. De la mateixa manera, el pentafoil augmenta significativament, però les modificacions de coma secundari i trefoil secundari no són significatives.DISCUSSIÓ: Hi ha pocs estudis publicats que avaluïn la qualitat òptica de les lents fàquiques. Alhora, els pocs estudis existents presenten grans diferències en els mètodes exploració de les aberracions d'alt ordre (cicloplègia/no-cicloplègia, amb ulleres, lents de contacte...). D'altra banda, cal tenir en compte que no existeix una relació directa entre el valor total de les aberracions oculars (RMS) i la qualitat òptica, per possible compensació de certes aberracions entre elles. La qualitat òptica també es veu modificada per l'aberració cromàtica. La dependència de la qualitat òptica del diàmetre pupil·lar coincideix amb la majoria de publicacions, però no així la no dependència de l'edat . Una possible explicació és l'estret rang d'edat d'aquests pacients. CONCLUSIONS: La qualitat visual dels pacients millora, amb millor sensibilitat al contrast, millor puntuació en el qüestionari i disminució de l'aberració esfèrica (Z400). Hi ha hagut increment del trefoil, quadrafoil i pentafoil, i absència de variació de la resta d'aberracions d'alt ordre. La qualitat visual d'aquests pacients depèn del diàmetre pupil·lar, però no de l'edat, ametropia prequirúrgica, efectivitat de la tècnica ni del vault. La sensibilitat al contrast, el qüestionari RSVP i les aberracions d'alt ordre són un bon indicador de la qualitat visual i la satisfacció totals dels pacients. El RSVP preoperatori és un bon predictor de la qualitat visual després de la cirurgia. / INTRODUCTION: The correction of moderate to high myopia after the implantation of an ICL phakic intraocular lens (IOL) has shown its safety, efficacy and predictability. The quality of vision of these patients has not been extensively studied and published yet. PURPOSE: To prove that visual quality after ICL implantation improves, with better contrast sensitivity, lower score on the subjective questionnaire and improvement of the higher order aberrations. Also to prove that quality of vision depends on the age of patients, pupillary diameter, preoperative myopia, surgical effectivity and on the vault.MATERIAL AND METHODS: Before the surgery all the patients had a measurement of the higher order aberrations, with a ZyWave aberrometer (Bausch&Lomb), as a contrast sensitivity measurement and the Refractive Status and Vision Profile (RSVP) Questionnaire. A model V4 ICL has been used in all the cases. After the surgery, there has been a follow-up on the 3rd and 6th month, measuring the wavefront aberration, contrast sensitivity and RSVP Questionnaire. RESULTS: 78 eyes from 40 patients have been studied. The mean age is 35,03±8,21 years (18-50), with mean preoperative myopia of -8,47 ± 1,93 dioptres. There has been a statistically significant improvement of the contrast sensitivity in all frequencies, except 18 cycles/degree. Also there has been a significant decrease on the score of the RSVP Questionnaire on the 3rd month, except on the subscale "glare" which has decreased with statistical significance on the 6th month. Total higher order aberrations have decreased though without statistical signification. Third order coma has decreased without statistical significance, but the increase of the third order trefoil has been significant. Spherical aberration (Z400) has decreased and quadrafoil has increased, both significantly. Seemingly, pentafoil has increased with statistical significance, but variations on fifth order secondary coma and secondary trefoil have not been significant. DISCUSSION: There are very few studies assessing the optical quality of the phakic IOL. Also, there are huge differences between these few papers on the higher order aberration measurement methods (cycloplegic / non cycloplegic, with spectacles, with contact lenses.). On the other hand, we know that the correlation between the total amount of higher order aberration (RMS) and the optical quality is not totally direct, because there is some kind of compensation between some aberrations. Optical quality is also modified by chromatic aberration. There is a high coincidence with most of the publications about the correlation of the optical quality with the pupillary diameter, though not about the correlation the age. In our study, visual quality does not depend on the patient's age probably because of the narrow range of ages (18-50).CONCLUSIONS: Visual quality of the patients improves, with better contrast sensitivity, better RSVP Questionnaire score and spherical aberration decrease. There has been an increase on the trefoil, quadrafoil and pentafoil, with no variation of the rest of higher order aberrations. The quality of vision of these patients depends on the pupillary diameter, but not on age, preoperative ametropy, technical effectivity nor on the vault. Contrast sensitivity, RSVP Questionnaire and higher order aberrations are good signs of the visual quality and patient satisfaction. Preoperative RSVP Questionnaire is a good predictor of the postoperative visual quality.