En la primera parte de este trabajo se analizan diferentes técnicas experimentales tales como la Fotoluminiscencia (PL); Absorción Óptica (AO); Fotoexcitación de la Luminiscencia (PLE) Admitancia, que hemos utilizado para llevar a cabo la caracterización de capas epitaxiales de InGaAs crecidas sobre InP o GaAs, y de pozos cuánticos de InA1As/InGaAs/InA1As. Algunas de estas técnicas han sido desarrolladas específicamente para realizar este trabajo, tal es el caso de la PLE y la admitancia, y otras como la PL han sido perfeccionadas por lo que se hace una explicación muy detallada de los diferentes elementos del sistema experimental, así como de los problemas que surgen al poner a punto un montaje de este tipo. Uno de estos problemas surge al utilizar el detector de Ge, puesto que es muy sensible a radiaciones cósmicas parásitas que producen ruido en la señal medida. Para evitar este ruido hemos diseñado y construido un filtro discriminador de dicha radiación. En el caso de la absorción óptica se ha utilizado un espectro comercial que trabaja mediante transformadas de Fourier por lo que en este apartado nos dedicamos a analizar los aspectos básicos que podemos observar en estos espectros, así como las precauciones que se han de tomar a la hora de realizar las medidas.En la segunda parte del trabajo hemos llevado a cabo la caracterización de las capas epitaxiales de InGaAs crecidas sobre InP o GaAs. Para ello hemos desarrollado una técnica de análisis basada en el estudio de las transiciones ópticas banda-banda.En primer lugar se hace una introducción sobre la problemática del crecimiento de capas epitaxiales deformadas basadas en aleaciones de semiconductores III-V.A continuación establecemos las líneas básicas del método de análisis que hemos desarrollado para extraer informaci6n de las medidas de AO y PL. Primero hacemos un estudio de la influencia de la deformaci6n y de la composición de la capa en la estructura de bandas del semiconductor. Después mostramos la forma en que realizamos el ajuste de los espectros experimentales a una expresión analítica del coeficiente de absorci6n 6ptica. En dicho ajuste se tiene en cuenta tanto el desdoblamiento de la banda de valencia en una subbanda debida a los huecos pesados y otra debida a los huecos ligeros, como las dispersiones energéticas de estas subbandas. De los ajustes obtenemos los parámetros siguientes: la energía del gap (E(G)); el desdoblamiento energético de las dos subbandas de valencia (Delta-E); la relación de intensidades de los dos frentes de absorción (A(HH)/ A(LH)); la energía de ligadura del excitón y la dispersión energética de las dos subbandas (Sigma-HH y Sigma-LH). Y a partir de éstos podemos deducir otros parámetros que nos permitirán realizar una caracterización apropiada de la muestra. Estos son: la deformación media (Epsilon-II); la fracción molar de In (x); la deformación máxima (Epsilon-Máx); la deformación remanente (Ni); el tipo de deformación (compresión o tensión); y las variaciones microscópicas de deformación o de composición, según el caso.Una de las contribuciones más importantes de este trabajo reside precisamente en el análisis de la relación entre las dispersiones energéticas de las dos subbandas. Hemos demostrado que un análisis de este tipo nos permite averiguar si las dispersiones energéticas son debidas a: inhomogeneidades de composición, en el caso de que Sigma-HH y Sigma-LH sea menor o del orden de 1; o inhomogeneidades de deformación si Sigma-HH y es mayor que Sigma-LH en particular este cociente es del orden de 2.8 para una x de unos 0.5.La técnica de análisis desarrollada ha sido aplicada a un conjunto de muestras, lo que nos ha permitido obtener gran información sobre del estado de estas capas. Por ejemplo, hemos podido analizar la modulación de contraste gruesa observada mediante TEM. También hemos estudiado la calidad cristalina de las capas de InGaAs crecidas sobre GaAs en función de la fracción molar de In, comprobando que las dispersiones energéticas son debidas a inhomogeneidades de composición y que éstas son un efecto de la deformación media y no de las dislocaciones de la capa. En cambio, en otras muestras de InGaAs sobre InP comprobamos que las dispersiones energéticas son debidas a inhomogeneidades de deformación, en estas capas detectamos la presencia de dominios de deformación delimitados por dislocaciones. También hemos realizado un estudio del efecto del tamaño del excitón en los resultados de las medidas, estableciendo un límite de resolución de esta técnica, consecuencia del cual es la imposibilidad de estudiar la modulación de contraste fina observada mediante TEM. Por último hemos realizado un ajuste de la evolución de la energía del gap con la temperatura para el In(0'53)Ga(0'47)As, mediante la ley de Varshni obteniendo unos resultados que mejoran los presentes en la literatura.En el último apartado del trabajo hemos realizado la caracterización de pozos cuánticos. En primer lugar hacemos un estudio teórico sobre el cálculo de niveles energéticos en este tipos de estructuras, en este estudio hemos tenido en cuenta efectos de no parabolicidad de las bandas siguiendo el modelo de Kane. Hemos aplicado el análisis precedente al InGaAs e InAlAs, y a los pozos creados en la heteroestructura InAlAs/InGaAs/InAlAs. Esto nos ha permitido realizar los cálculos necesarios para obtener la energía de las transiciones tanto entre niveles ligados de los pozos creados en la banda de conducción y de valencia, como de las que ocurren entre un nivel ligado del pozo y la banda de conducción de la barrera.Hemos utilizado estas energías para ajustar las obtenidas mediante la medida de espectros de PLE para obtener el band-offset. Esta técnica nos permite medir el band-offset en pozos no deformados pero presenta problemas cuando hay deformaciones, además de que está sujeta a problemas como son el desconocimiento de la energía de ligadura del excitón o la energía del gap del semiconductor que forma el pozo. Para evitar estos problemas hemos desarrollado una técnica, basada en mediadas de admitancia, que permite trabajar con las transiciones entre un nivel ligado del pozo y la banda de conducción de la barrera. Como consecuencia hemos podido medir el band-offset tanto en muestras no deformadas como en muestras deformadas. / In this work we have optimized some experimental techniques, such as Photoluminiscence (PL); Optical Absorption (OA); Luminiscence Photoexcitation (PLE) and Admittance, in order to characterize InGaAs epitaxial strained layers grown on InP or GaAs, and InAlAs/InGaAs/InAlAs quantum wells.To perform the characterization of the layers we have developed an analysis method based on the study of band to band optical transitions. Matching the spectra measured by OA or PL, we get the parameters that show the layer state: the gap energy; the splitting of the valence band; the medium strain; the molar composition; the maximum strain; the remanent strain; the sign of the strain (compressive or tensile) and the energetic dispersion of the two subbands. One of the most important contributions that we have made is the analysis of those dispersions, which ratio, we have demonstrated, gives us information about the origin of the microscopical inhomogeneities of the layer (composition variations or strain fields). The analysis has been applied at a wide set of samples giving us very interesting results in subjects such as the coarse contrast modulation observed by TEM, the crystal quality of the InGaAs layers grown on GaAs in function of the In molar fraction, and the strain origin in InGaAs layers grown on InP. Also, we have adjusted the gap evolution with temperature of the In(0'53)Ga(0'47)As, that improves the results that we could find in literature.For the quantum well characterization, first we have made a theoretical analysis of the energetic levels in such structures. In this analysis non-parabolicity of the bands has been taken into account according to the Kane model. After that, we have made optical measures of PLE to determine the band-offset. In the same way we have developed an analysis technique based on admittance, in order to avoid the problems inherent to optical transitions, such as the unknowledge of the binding exciton energy and the gap energy.

Actualmente estamos viviendo en la era de la información, la cual se caracteriza por una sobreabundancia de información. El incremento del tráfico de datos en las redes de telecomunicaciones (sobre todo audio y video en Internet) hace que el desarrollo de dispositivos vaya encaminado a conseguir dispositivos con mayor ancho de banda y velocidad, sustituyendo dispositivos electrónicos por ópticos. Los cristales fotónicos son estructuras artificiales con modulación periódica del índice de refracción. Es habitual distinguir entre cristales fotónicos de una, dos o tres dimensiones según el número de dimensiones de la periodicidad en el interior de su estructura. Sus principales propiedades son: 1) La existencia del conocido como "Photonic Band Gap" (PBG), en el cual la radiación electromagnética queda impedida y que permite la existencia de modos localizados introduciendo puntos o líneas de defectos; 2) El modo de propagación de Bloch sin pérdidas debidas al efecto PBG. Estas propiedades son excepcionales y convierten a los cristales fotónicos en principales candidatos para el futuro diseño de circuitos nanofotónicos, los cuales substituirán a los electrónicos.En esta tesis se han estudiado las propiedades ópticas de cristales fotónicos metalo-dieléctricos bidimensionales. También se han propuesto dos aproximaciones numéricas para calcular las dichas propiedades:a) cálculo de las bandas características de dispersión por el método de expansión de ondas planas. Las características de dispersión son las relaciones entre la frecuencia y el vector de onda de los modos propios del cristal fotónico infinito y son muy importantes para estudiar las propiedades ópticas de tales estructuras. Con este método también es posible obtener el campo de distribución de los modos propios;b) simulación de estructuras finitas por el método de las diferencias finitas, por el cual es posible obtener los coeficientes de transmisión y de reflexión. También permite estudiar los factores de calidad de dichas estructuras.Conclusiones generales de la tesisDebido al alto nivel de integración y al bajo coste de fabricación, los cristales fotónicos metalo-dieléctricos tienen propiedades muy interesantes que los hacen susceptibles de ser utilizados como dispositivos ópticos pasivos. Algunas de estas propiedades fueron estudiadas en esta tesis.a) se ha analizado el efecto de la variación de la constante dieléctrica del fondo en la banda fotónica de la estructura para una red bidimensional cuadrada con pilares cilíndricos metálicos y triangulares con pilares rectangulares metálicos. El incremento de la constante dieléctrica del fondo permite la creación de una nueva banda prohibida, el desplazamiento de las bandas hacia bajas frecuencias y el alisamiento de las mismas, lo cual implica una reducción de la velocidad de grupo. Se ha demostrado que, para la red cuadrada, incrementando la constante dieléctrica del fondo (εb) se pueden adaptar las frecuencias de la PBG para alcanzar una banda prohibida relativa del 42,3% para TM1-2 y del 13,8% para TM3-4. Estudiando el campo de distribuciones y cómo éste cambia incrementando la constante de fondo se ha demostrado que la nueva banda prohibida aparece debido a que alguna banda fotónica sufre un mayor desplazamiento a más bajas frecuencias respecto de otras, y esta diferencia in el desplazamiento es explicada por la distinta cantidad de energía electromagnética en el interior la región metálica de distintas bandas. Se ha demostrado que los cristales fotónicos metalo-dieléctricos constituidos por una red triangular de pilares cuadrados embebidos en un material de fondo con constante dieléctrica de fondo distinta se pueden obtener bandas fotónicas prohibidas en polarización TM. Se ha hallado que para tener tal banda fotónica prohibida la constante dieléctrica de fondo debe ser como mínimo 1.6. También se ha demostrado que se pueden modular anchos de banda fotónica prohibida utilizando materiales de fondo con diferentes εb o cambiando la fracción de llenado. De esta forma, bandas prohibidas relativas superiores al 10% pueden conseguirse con fracciones de llenado alejadas de la condición de empaquetado máximo. Estos resultados muestran que pueden conseguirse anchos de bandas prohibidas relativas considerables mediante una selección adecuada del fondo dieléctrico y de la composición metálica del cristal fotónico metalo-dieléctrico.b) Se ha estudiado la influencia de la constante dieléctrica del fondo sobre las frecuencias resonantes y sobre los factores de calidad (Q) para cristales fotónicos metalo-dieléctricos bidimensionales con defectos. También se analizó la dependencia de estas frecuencias resonantes y de los factores (Q) con el radio de dichos defectos. Se observó que, de igual modo que en el caso de las frecuencias límite de la banda fotónica prohibida, las frecuencias resonantes se desplazan hacia valores más bajos con un incremento de la constante dieléctrica de fondo, y que la posición relativa de las mismas dentro de la PBG no es modificada por el cambio de material de relleno. En general, el factor (Q) incrementa su valor al incrementar la constante dieléctrica de fondo. Por consiguiente, se pueden conseguir elevados valores del factor de calidad utilizando materiales de relleno con εb mayores. También se encontró que el factor de calidad puede sintonizarse modificando el radio del defecto (rd), aunque el comportamiento de (Q) con (rd),es diferente para los distintos para los distintos modos considerados. Hemos demostrado que elevados factores (Q) pueden obtenerse utilizando estructuras resonantes basadas en cristales fotónicos metalo-dieléctricos con defectos en una de las posiciones de la red. Esto abre un amplio campo de aplicaciones, puesto que los factores (Q) expuestos en este estudio pueden aumentarse en mayor medida considerando defectos de mayor complejidad.c) Se estudió la influencia de las pérdidas en las frecuencias de resonancia y los factores de calidad de los cristales metalo-dieléctricos bidimensionales de plata. El cristal fotónico con una constante de red de 300 nm está compuesto de nanopilares de plata con un radio de 142 nm. Se emplearon parámetros de ajuste del modelo de Drude para describir adecuadamente la dependencia experimental de la frecuencia con respecto a la constante dieléctrica de la plata para un rango de longitud de onda de 300 nm hasta 900nm. Demostramos que los factores de calidad de los cristales fotónicos metalo-dieléctricos de plata para distintos modos tienen comportamientos diferentes. Los factores de calidad para el modo monopolar son una función monótonamente decreciente de εb. No obstante, los factores de calidad para el modo dipolar alcanzan su máximo con εb = 2, y para el segundo orden monopolar y tetrapolar los factores de calidad máximos se obtuvieron para εb = 3. Un mayor incremento de la constante dieléctrica de fondo se traduce en una reducción de los factores de calidad. También se ha mostrado cómo se ven afectados los factores de calidad por las pérdidas introducidas por metales en frecuencias ópticas. Los resultados obtenidos demuestran que pueden conseguirse factores de calidad mayores seleccionando adecuadamente el material de relleno y los radios de los nanopilares. / We are living in the information age with an over-abundance of information everywhere we turn. The increasing traffic of data in the telecommunication networks (audio video in the Internet) leads to the development of new devices with greater bandwidth and velocity by substituting electronic devices by optical ones. Such devices can be achieved by using the photonic crystal technology that is one of the most important scientific areas with a huge industrial potential. Photonic crystals are artificial structures with periodic modulation of refractive index. It is common to distinguish one-, two- and three-dimensional photonic crystals by the number of dimensions within which the periodicity has been introduced into the structure. The most important properties are: 1) the existence of the photonic band gap (PBG), where the electromagnetic radiation is not allowed and also permits the existence of localized modes by introducing point or linear defects; 2) the Bloch's mode propagation without losses due to the photonic band gap effect. Such exceptional properties of photonic crystals convert them into principal candidates for future design of nanophotonics circuits that will substitute electronic ones. In this thesis we have studied optical properties of two-dimensional metallo-dielectric photonic crystals. We have proposed two numerical approximations for calculating such properties a) calculation of dispersion characteristics gaps by plane-wave expansion method. The dispersion characteristics are relations between frequency and wavevector of the eigenmodes of the infinite photonic crystal and they are very important to study the optical properties of such structures. Also, with this method it is possible to obtain field distribution of eigenmodes.b) simulation of finite structures by finite-difference time domain method. By this method it is possible to obtain transmission and reflection coefficients. Also, this method permits to study the quality factors of such structures.General conclusions of the thesis:Due to the high-level of integration and low cost fabrication metallo-dielectric photonic crystals have very interesting properties for using as passive optical devices. Some of these properties were studied in this thesis.a) We have analyzed the effect of the variation of the background dielectric constant on the photonic band structure for a two-dimensional square lattice of circular metallic rods and triangular lattice wit square rods. Increasing the background dielectric constant leads to the creation of a new gap, to the shift of the bands towards the low frequencies and to the flattening of the bands which means the reduction on the group velocity. We demonstrated that, for square lattice, increasing dielectric constant of background (εb) can be used to tailor the PBG frequencies to achieve a relative band gap as large as 42.3% for TM1-2 and 13.8% for TM3-4. By studying the field distributions and how they change with increasing background we have shown that the new band gap appears because some photonic bands have a larger shift to lower frequencies than others, and this difference in the shift is explained by the different amount of electromagnetic energy within the metal region for the different bands. We have shown that 2D metallo-dielectric photonic crystals consisting of a triangular lattice of square rods embedded into background materials with different dielectric constants can have absolute Photonic Band Gaps in TM polarization. We have found out that in order to have such a PBG the dielectric constant of the background must be at least 1.6. We have also shown that the PBG widths can be tuned by using background materials with different εb or by changing the filling fraction. In this way, relative band gaps larger than 10% can be achieved for filling fractions away from the close packed condition. These results show that large relative band gap widths can be achieved by a careful selection of the background dielectric and of the metal composing the metallo-dielectric photonic crystal. b) We have studied the influence of the background dielectric constant on the resonant frequencies and quality factors (Q) of two-dimensional metallo-dielectric photonic crystals with defect sites. We have also analyzed the dependence of these resonant frequencies and Q factors with the defect radius. We have found that, as it happens with the Photonic Band Gap edge frequencies, the resonant frequencies shift to lower values with increasing background dielectric constant, and that the relative position of the resonant frequencies within the PBG is not affected by the change in the host material. In general, the Q factor increases with increasing background dielectric constant. Thus, high values of quality factor can be obtained using host materials with bigger εb. We have also found that the quality factor can be tuned also by changing the defect radius (rd), although the behaviour of the Q with rd is different for the different modes considered. We have shown that high Q factors can be obtained by using resonant structures based on metallo-dielectric photonic crystals with a defect on one of the lattice positions. This opens a wide field of application, since the Q factors demonstrated in this work can be further enlarged by the consideration of more complex defectsc) We studied the influence of the losses on the resonant frequencies and the quality factors of two-dimensional silver metallo-dielectric photonic crystals. The photonic crystal with lattice constant 300 nm is composed of silver nanorods with radius equal to 142 nm. We used fitted parameters of Drude model to adequately describe the frequency-dependent experimental dielectric constant of silver from 300 nm to 900 nm wavelength range. We have shown that the quality factors of different modes of silver metallo-dielectric photonic crystals behave different. The quality factors of monopole mode are monotonically decreasing function of the εb. However, the quality factors of dipole reach their maximum for εb = 2, and for the 2nd order monopole and quadrupole the maximum quality factors found for εb = 3. Further increasing of dielectric constant of background leads to decreasing in the quality factors. Also, we have shown how the quality factors are affected by losses introduced by metals at optical frequencies. Obtained results show that larger quality factors can be achieved by carefully selecting the host materials and the radiuses of the nanorods.

La motivació d'aquesta tesi és l'aplicació de hidròxids dobles laminars (HDLs) en els camps de la catàlisi heterogènia, composite & síntesi de materials híbrids i per el muntatge de dispositius LED (light-emitting diode). La reacció catalítica estudiada en aquest treball es la eterificació de glicerol a poliglicerols de cadena curta fent servir MgAl i CaAl hidròxids dobles laminars (MgAl-HDLs i CaAl-HDLs, respectivament). Per estudiar l'efecte de la temperatura de calcinació en l'activitat catalítica, una mostra es va calcinar a més altes temperatures. El comportament catalític es va correlacionar amb les propietats àcid-base dels catalitzadors. L'estabilitat dels catalitzadors es va comprovar. Quan els HDLs són deslaminats, les nanolàmines carregades positivament es poden fer servir per la síntesi de composites i de materials híbrids. La deslaminació també facilita l'accès a la regió interlaminar dels HDLs. S'ha estudiat la deslaminació en diversos HDLs, obtinguts per síntesi directa i per reconstrucció de la barreja d'òxids calcinats. La reconstrucció dels CaAl-HDLs calcinats es va aconsegir mitjançant l'ús d'ultrasons i en presència de la sal apropiada, gràcies a la propietat d'efecte memòria dels HDLs. Diversos materials híbrids s'han sintetitzat mitjançant HDLs o argiles (saponites) en la presència de nanopartícules de CdTe. Aquests materials híbrids van ser caracteritzats òpticament. Amb l'objectiu de muntar un dispositiu LED basat en quantum dots (QDs), diveres matrius inorgàniques (HDLs i argiles) es van fer servir com a films per incorporar les nanopartícules de CdTe. Tres paràmetres es van estudiar a l'hora de disenyar aquests dispositius, tals com el número de deposicions alternades dels films de les matrius inorgàniques i les nanopartícules de CdTe, el tipus de metall fet servir en l'evaporació del cátode i l'ús d'annealing just abans de depositar el càtode. / La motivación de esta tesis es la aplicación de hidróxidos dobles laminares (HDLs) en los campos de catálisis heterogénea, composite & síntesis de materiales híbridos y para el montaje de dispositivos LED (light-emitting diode). La reacción catalítica estudiada en este trabajo es la eterificación de glicerol a poligliceroles de cadena corta usando MgAl y CaAl hidróxidos dobles laminares (MgAl-HDLs y CaAl-HDLs, respectivamente). Para estudiar el efecto de la temperatura de calcinación en la actividad catalítica, una muestra se calcinó a más altas temperaturas. El comportamiento catalítico se correlacionó con las propiedades ácido-base de los catalizadores. La estabilidad de los catalizadores se comprovó. Cuando los HDLs son deslaminados, las nanoláminas cargadas positivamente se pueden usar para síntesis de composites y de materiales híbridos. La deslaminación también facilita el acceso a la región interlaminar de los HDLs. Se ha estudiado la deslaminación en diversos CaAl-HDLs, obtenidos por síntesis directa y por reconstrucción de la mezcla de óxidos calcinados. La reconstrucción de los CaAl-HDLs calcinados se consiguió mediante el uso de ultrasonidos en la presencia de la sal apropiada, gracias a la propiedad de efecto memoria en los HDLs. Varios materiales híbridos se han sintetizado usando HDLs o arcillas (saponitas) en la presencia de nanopartículas de CdTe. Estos materiales híbridos fueron caracterizados ópticamente. Con el objetivo de ensamblar un dispositivo LED basado en quantum dots (QD-LEDs), varias matrices inorgánicas (HDLs y arcillas) se usaron como films para incorporar las nanopartículas de CdTe. Tres parámetros se estudiaron a la hora de diseñar estos dispositivos, tales como el número de deposiciones alternadas de los films de las matrices inorgánicas y las nanopartículas de CdTe, el tipo de metal usado en la evaporación del cátodo y el uso de annealing justo antes de depositar el cátodo. / The motivation of this thesis is the application of layered double hydroxides (LDHs) in the fields of heterogeneous catalysis, composite & hybrid materials synthesis and light-emitting diodes assembly. The catalytic reaction studied in this work is the etherification of glycerol towards short-chain polyglycerols using calcined MgAl and CaAl layered double hydroxides (MgAl-LDHs and CaAl-LDHs, respectively). In order to study the effect of the calcination temperature in the catalyst activity, one sample was calcined at different temperatures. The catalytic behaviour was correlated with the acid-base properties of the catalysts. The stability of the catalyst was checked. When LDHs are delaminated, the positively charged nanoplatellets obtained can be used for composite and hybrid materials synthesis. Delamination also facilitates the accessibility of the interlayer region of the LDHs. Delamination was studied on several CaAl -LDHs, obtained from direct synthesis and by reconstruction of the calcined mixed oxides. The reconstruction of calcined CaAl-LDHs was achieved using ultrasounds in the presence of the appropriate salt, because of the memory effect property of LDHs. Some hybrid materials were synthesized using LDHs or clays (saponites) in the presence of CdTe nanoparticles. These hybrid materials were optically characterized. With the aim of building light-emitting diodes based on quantum dots (QD-LEDs), several inorganic matrixes (LDHs and clays) were used as films to embed the CdTe nanoparticles. Three parameters were tested in the design of these devices, such as the number of alternated depositions of the matrix and nanoparticles films, the kind of metal used as cathode and the use of annealing prior to cathode deposition.

Hasta el momento no se conocen con precisión cuáles son los mecanismos que provocan mejoras en la velocidad lectora al llevar las lentes coloreadas, pero se han propuesto tres teorías explicativas: a) La teoría del sesgo atribucional, según la cual los sujetos atribuyen ciertas propiedades beneficiosas a las lentes coloreadas, lo que provoca que los sujetos se esfuercen más y arriesguen más durante la lectura, b) La teoría de los efectos del color sobre el funcionamiento del sistema magnocelular, que propone que la luz roja provoca un deterioro en el funcionamiento del sistema magnocelular y que los filtros azulados evitan dicho deterioro, y c) La teoría de la hipexcitabilidad cortical, que propone que las lentes coloreadas evitan la aparición de patrones de descargas eléctricas anormales en algunos sujetos. En la presente investigación planteamos 14 hipótesis para poner a prueba cada una de las predcciones que realizaban las teorías anteriores.Los resultados obtenidos se ajustaron a las predicciones realizadas por la teoría del sesgo atribucional. / So far we not known precisely what are the mechanisms that cause improvements in the reading speed in carrying coloured lenses, but they have proposed three theories that could explain these mechanims: a) The theory of attributional bias, whereby subjects attach certain beneficial properties the colored lenses, which causes the subjects strive more during the reading b) The theory of the effects of color on the functioning of the magnocellular system, which suggests that the red light causes a deterioration in the functioning of magnocellular system, and blue filters that prevent this deterioration, and c) the cortical hyperexcitability theory, which proposes that the coloured lenses prevent the emergence of patterns of abnormal electrical discharges in some subjects.In this investigation raised 14 hypotheses to test each of the predictions done by the previous theories.

In the last years free-space optical communications systems for wireless links have been proposed, studied, and implemented mainly due to the higher bandwidth that this technology is able to provide. Still, radio frequency (RF) systems have been maintained in practical wireless communications systems due to the improvement of the microwave sources and the development of high speed electronics. Nowadays the circumstances are changing as a consequence of the increasing data-rate needed in terrestrial and outer space communications. The shift from RF systems to optical communication systems in the free space applications provide a wide set of advantageous characteristics that are motivating the use of these optical technologies in detriment of the RF systems. One of the key reasons is the advantage of working with optical wavelengths in compare to the RF spectral band. As well as the already mentioned increase in the available bandwidth due to the fact that higher optical frequencies directly mean wider bandwidths, the use of optical frequencies lead to a better performance in terms of the received power: for equal antenna sizes the received signal goes inversely as the square of the wavelength. Of the most interest, recent coherent optical communication systems address modulation and detection techniques for high spectral efficiency and robustness against transmission impairments. Coherent detection is an advanced detection technique for achieving high spectral efficiency and maximizing power or signal-to-noise (SNR) efficiency, as symbol decisions are made using the in-phase and quadrature signals, allowing information to be encoded in all the available degrees of freedom. In this context, the effects of Earth's atmosphere must be taken into account. Turbulenceinduced wavefront distortions affect the transmitted beam responsible for deterioration of the link bit error rate (BER). The use of adaptive optics to mitigate turbulence-induced phase fluctuations in links employing coherent (synchronous) detection is poised to reduce performance penalties enabling a more capable next generation of free-space optical communications. In this work, we describe the implementation of a free space optical coherent communication system using QPSK modulation and heterodyne downconvertion that uses adaptive optics techniques and digital signal processing to mitigate turbulenceinduced phase fluctuations and channel impairments in coherent receivers. A new method for generating atmospheric turbulence based on binary computer generated holography (BCGH) using binary arrays is presented and its performance is evaluated. The feasibility of FSO coherent systems working with adaptive optics is demonstrated and the system performance in terms of the BER is experimentally evaluated under the influence of atmospheric turbulence. The resulting system performance is compared against the theoretical models. The viability of the approach to improve the system efficiency and sensitivity of coherent receivers is experimentally demonstrated. / En los últimos años las comunicaciones ópticas en el espacio libre han sido propuestas, analizadas e implementadas debido, principalmente, al gran ancho de banda disponible mediante esta tecnología. Aún así, en la práctica, los sistemas de radiofrecuencia (RF) han sido mantenidos en las aplicaciones comerciales debido a la mejora de los dispositivos utilizados y al desarrollo de equipos electrónicos con gran velocidad de procesado. Hoy en día la situación está cambiando como consecuencia de un incremento en la tasa de transmisión requerida en sistemas de comunicaciones terrestres y en el espacio exterior. El cambio de sistemas de RF hacia sistemas ópticos en el espacio libre implica una serie de ventajas clave que motiva la transición hacia estas tecnologías. La primera y gran ventaja de trabajar con frecuencias pertenecientes al espectro óptico es el aumento del ancho de banda disponible, ya que trabajar a alta frecuencia implica directamente un incremento en el ancho de banda. Además, la eficiencia en términos de potencia es incrementada, ya que, para un tamaño de antena fijo, la potencia de señal recivida es proporcional al inverso de la longitud de onda al cuadrado. De especial interés es el desarrollo de sistemas de comunicaciones ópticos que utilicen modulaciones complejas, lo que implica una mayor eficiencia espectral y una mayor robustez contra efectos perniciosos introducidos por el canal. La detección coherente es una avanzada técnica que permite un aumento en la eficiencia espectral y maximiza la eficiencia de la potencia recibida. Esto es debido a que los simbolos son demodulados utilizando las señales en fase y cuadratura, aumentando los grados de libertad del sistema. En este contexto, los efectos de la atmósfera sobre las comunicaciones ópticas coherentes deben ser analizadas en detalle. Las turbulencias atmosféricas distorsionan el frente de onda y son responsables del deterioro de la tasa de error en las comunicaciones ópticas en el espacio libre. El uso de óptica adaptativa para mitigar los efectos de turbulencia atmosphérica abre una ventana a la implementación de la próxima generación de sistemas de comunicaciones, basados en tecnologías coherentes. En este trabajo se describe la implementación de un sistema completo de comunicaciones ópticas coherentes utilizando una modulación coherente (QPSK) y detección heterodina. Un sistema de óptica adaptativa y algoritmos de procesado de señal son implementados con el objetivo de mitigar los diferentes efectos introducidos por el canal. Por otro lado, un nuevo método para generar frentes de onda distorsionados por el canal atmosférico es desarrollado y su eficiencia es analizada. Este método se basa en el uso de holografía binaria generada por computador (BCGH) junto con un dispositivo de modulación óptica binaria de bajo coste (DLP). El funcionamiento del sistema completo es verificado y su eficiencia, en términos de tasa de error, son analizados. La eficiencia obtenida experimentalmente es comparada contra los modelos teóricos propuestos en la literatura. La viabilidad del uso de óptica adaptativa para mitigar efectos en sistemas ópticos coherentes es experimentalmente demostrada.

S'anomenen cristalls bifuncionals aquells que posseeixen simultàniament propietats d'òptica no lineal i propietats làser. Aquest tipus de materials són molt interessants ja que, combinant aquestes dues propietats, poden auto-generar radiació làser en la regió electromagnètica del blau (≈ 450 nm) o del verd (≈ 550 nm). Els materials làser d'estat sòlid que generen radiació làser en el rang electromagnètic visible (≈ 400-800 nm) tenen actualment un paper molt important en el desenvolupament tecnològic de dispositius làser i òptics en general ja que són interessants per un gran nombre d'aplicacions com són: l'emmagatzematge òptic d'informació d'alta densitat (HDVD, per exemple), reprografia, pantalles de color, medicina, biotecnologia, comunicacions submarines, comunicacions atmosfèriques transparents, etc.Aquest tipus de fonts làser compactes emetent en el visible poden ésser desenvolupades utilitzant un cristall bifuncional. Aquests làsers auto-dobladors de freqüència tenen associades menys pèrdues (absorció, reflexió i dispersió) que làsers dobladors de freqüència intracavitat, que significa que el disseny del ressonador és més simple i compacte. Actualment, la recerca en aquest camp està centrada en el desenvolupament de nous materials no-centrosimètrics que presentin propietats d'òptica no-lineal i que puguin allotjar ions làser actius, majoritàriament ions lantànid. Els materials d'òptica no-lineal tenen la capacitat de generar el segon harmònic de la radiació, és a dir, de doblar la seva freqüència. Si un material d'òptica no-lineal conté un ió lantànid que generi radiació làser en la regió infraroja d'aproximadament =1000 nm, podrà auto-doblar-ne la freqüència, és a dir, reduir-ne a la meitat la longitud d'ona, =500 nm, que correspon a la regió electromagnètica del blau o el verd.El fosfat doble de potassi i gadolini de tipus III, KGd(PO3)4 (KGP), que és objecte d'aquesta tesi doctoral, és un cristall d'estructura no-centrosimètrica i per tant amb el requisit estructural necessari per a posseir propietats d'òptica no-lineal. Es va plantejar l'objectiu de sintetitzar i caracteritzar aquest cristall i a més de substituir parcial o totalment l'ió gadolini per un ió lantànid actiu en la zona de 1000 nm, com són l'iterbi i el neodimi, per tal d'aconseguir desenvolupar un nou cristall auto-doblador de freqüència.Així doncs, l'objectiu de la present tesi doctoral va ésser l'estudi del creixement cristal.lí del KGP i del KGP dopat amb iterbi o neodimi i la seva posterior caracterització. Com que el fosfats doble de potassi i lantànid fonen incongruentment, és a dir, que es descomponen abans de fondre, és necessari utilitzar un mètode de creixement cristal.lí a partir de solució a alta temperatura per créixer cristalls. Aquest mètodes permeten créixer a una temperatura per sota la temperatura de fusió del material, i per tant evitar-ne la seva descomposició. El mètode que nosaltres em utilitzat per créixer monocristalls de KGP pur i dopat és l'anomenat top seeded solution growth-slow cooling (TSSG-SC), que permet créixer els cristalls lliures en la solució disminuint lentament la seva temperatura a partir de la temperatura se cristal.lització. Això permet obtenir cristalls volúmics amb formes cristal.logràfiques desenvolupades lliurament i determinades a partir de l'estructura cristal.lina. Després d'optimitzar el procés de creixement, hem aconseguitr sintetitzar cristalls lliures de macrodefectes i d'una mida suficient pel seu estudi i possible posterior aplicació. Posteriorment, els cristalls han estat caracteritzats estructuralment, físicament, òpticament i espectroscòpicament.Finalment, s'han realitzat experiències de laserat amb Yb:KGP, obtenint uns resultats força encoratjadors, ja que s'ha aconseguit generar radiació làser per primer cop en aquest cristall dopat amb iterbi amb un nivell de dopatge força baix.Com a conclusió i després dels resultats de l'estudi, podem dir que els cristalls de Yb:KGP i Nd:KGP poden ésser considerats com a candidats prometedors per a ser aplicats com a cristalls auto-dobladors de freqüència ja que s'ha provat la seva capacitat tant de generar segon harmònic com de generar radiació làser. / Bifunctional crystals are those in which the nonlinear optical process and the laser effect occur simultaneously. This kind of materials is very promising for compact solid-state laser designs operating in the visible because solid-state lasers operate mainly in the infrared. So, the nonlinear and laser properties can combine to generate blue (≈ 450 nm) or green (≈550 nm) laser radiation by self-frequency doubling. Solid-state laser sources operating in the visible spectral region (≈400-800 nm) play an important role in laser technology they are potentially interesting for numerous applications such as high-density optical data storage, reprographics, colour displays, medicine, biotechnology, submarine communications, transparent atmosphere communications, etc.Such compact laser sources can be managed from frequency conversion by nonlinear optical processes such as frequency doubling and sum-frequency mixing by using a bifunctional crystal. Such self-frequency doubling (SFD) lasers involve fewer losses (absorption, reflection and scattering) than the intracavity frequency doubling lasers, which means that resonator designs are simpler and more compact.Currently, efforts are focussed on the development of new noncentrosymmetric crystals with nonlinear optical properties to be used as a host for active laser ions, and mostly lanthanide ions. Nonlinear optical materials are able to double the frequency of the laser emission generated by the active ion hosted in it. Nonlinear crystals with suitable sites for lanthanide ions which emit in the infrared region around 1 m may be able to self-double the frequency, i.e. to reduce the wavelength to the half, =500 nm, which is in the blue or green spectral region.The aim of this doctoral thesis is to synthesize and characterize the type III double phosphate of potassium and gadolinium, KGd(PO3)4 (KGP), either undoped or doped ordoped with ytterbium or neodymium, both of them emitting in the 1 m region.The KGP crystal is noncentrosymmetric, so with the indispensable requirement to have nonlinear optical properties. We propose to use this crystal as a nonlinear host for alternatively ytterbium (Yb3+) or neodymium (Nd3+) to develop a new promising selffrequency doubling laser crystal to generate blue-green laser radiation.As double phosphates of potassium and lanthanide melt incongruently, i.e. they decompose before melting, a high-temperature solution growth method has to be used to growth the crystals. This kind of growth methods allows growing the crystal under its melting point and so avoiding its decomposition. We use the top seeded solution growth-slow cooling (TSSG-SC) to grow the undoped and Yb- or Nd-doped KGP single crystals. This kind of growth method allows to freely growing the crystals in the solution by slowly cooling its temperature from the crystallization temperature. It allows obtaining bulk crystals with freely developed crystallographic forms determined by the crystals structure. By optimizing the growth process, we have successfully grown macrodefect-free crystals large enough for later characterizations and possible final application. The crystals have been structurally, physically, optically and spectroscopically characterized. Finally, laser operation with Yb:KGP has been proved for the first time. Although the low ion doping level in the crystal, the rather high slope efficiency obtained with this first sample is rather promising for the future.In conclusion, single crystals of Yb:KGP and Nd:KGP can be regarded as a promising candidates to be applied as a self-frequency doubling crystals since it has been proved both the second harmonic generation ability and the laser operation.

Ytterbium and erbium doped RbTi1-xMxOPO4 (M = Nb or Ta) crystals.New laser and nonlinear bifunctional materials.L'objectiu d'aquesta tesi va ser millorar la qualitat dels cristalls de RbTi1-xNbxOPO4 dopatsamb Yb3+, obtinguts mitjançant la tècnica Top Seeded Solution Growth-Slow Cooling (TSSG-SC), itambé trobar un altre codopand el qual incrementés la concentració de Yb3+ en els cristalls deRTP, però sense reduir la resposta no lineal dels cristalls de RTP pur. Aquest ió codopandhauria de presentar les mateixes característiques que el Nb5+. Un altre objectiu d'aquesta tesi vaser l'obtenció d'una manera efectiva de fluorescència del Er3+, al voltant de 1.5 &#956;m, la qualdonarà lloc a l'obtenció de radiació làser a aquesta longitud d'ona. Per aconseguir aquest últimobjectiu, es van dopar cristalls de Nb:RTP amb la parella de ions actius Er3+/Yb3+, actuant elYb3+ per sensibilitzar el Er3+.Per aconseguir el primer objectiu proposat, millorar la qualitat i la mida dels cristalls deNb:RTP dopats amb Yb3+, es van optimitzar algunes condicions de creixement, tal com la rampade refredament aplicada durant el procés de creixement, el perfil tèrmic axial de la solució i laqualitat dels gèrmens emprats en les experiències de creixement. Amb aquestes modificacionses van obtenir cristalls de mida i qualitat suficients per tal de preparar mostres, en una de lesquals s'ha obtingut radiació làser al voltant de 1 &#956;m. Amb les mostres obtingudes també s'hapogut determinar la longitud d'ona fonamental per l'acord de fase no crític en la qual es donariala generació de segon harmònic de tipus II en el pla xy, determinant que seria possible obtenirradiació làser autodoblada en la regió espectral del verd en aquest pla a q = 90º i j &#8776; 45º.El segon objectiu, trobar un ió codopand, amb el qual es pogués obtenir aproximadamentla mateixa concentració de Yb3+ que l'obtinguda en cristalls de Nb:RTP, es va assolir utilitzant elTa5+ com a ió codopand. En cristalls volúmics de Ta:RTP es va aconseguir una concentració deYb3+ de 1.6×1020 ions/cm3 i l'eficiència de generació de segon harmònic obtinguda va ser un 80% de la del KTiOPO4 pur. Amb aquests resultats, podem pensar que en els cristalls de Ta:RTPdopats amb Yb3+ també es podria aconseguir radiació làser autodoblada en la regió espectral delverd.Pel que fa a l'augment de l'eficiència de la fluorescència del Er3+, mitjançant el codopatgede cristalls de Nb:RTP amb la parella d'ions actius Er3+/Yb3+, al voltant de 1.5 &#956;m, s'haaconseguit, fins i tot en mostres amb poca concentració de Er3+ (<1020ions/cm3).A més, cal afegir que també s'ha realitzat un estudi comparatiu entre la conductivitatiònica del RTP pur, del RTP crescut en solució de tungstè, Nb:RTP i Nb:RTP dopat amb Yb3+.Totes les mesures s'han realitzat en plaques polides perpendiculars a la direcció cristal logàficac, i dels resultats obtinguts s'han pogut extreure algunes conclusions. Que no hi ha diferènciesentre les conductivitats iòniques de cristall de RTP purs i els crescuts en flux de tungstè, peròen mostres de Nb:RTP la conductivitat augmenta considerablement, tenint una conductivitat del'ordre de l'obtinguda pel KTP (10-7-10-5 S/cm), i que les mostres de Nb:RTP dopades amb Yb3+presenten una conductivitat iònica lleugerament superior (10-8 S/cm) a la que presenten lesmostres de RTP (10-9 S/cm).Ytterbium and erbium doped RbTi1-xMxOPO4 (M = Nb or Ta) crystals.New laser and nonlinear bifunctional materials.The aim of this thesis was not only to enhance the quality and size of Yb dopedRbTi1-xNbxOPO4 (Nb:RTP) crystals obtained by the Top Seeded Solution Growth-Slow Cooling(TSSG-SC) technique, but also to find another codopand which increases the Yb3+ concentrationin RTP without reducing drastically the nonlinear optical response of pure RTP; so a codopandwhich shows the same characteristics of niobium. Another objective of this thesis was to obtainefficient fluorescence of Er3+ at around 1.5 &#956;m which would lead to laser action at thiswavelength, by codoping Nb:RTP with the pair Er3+/Yb3+, acting Yb3+ as a sensitizing ion of Er3+.To achieve the first objective proposed, enhance the quality and size of Yb:Nb:RTP, weoptimize some growth conditions, such as the cooling ramp applied during the crystal growthprocess, the thermal axial gradient of the solution and the quality of the crystals seeds used inthe crystal growths. With those modifications we obtain crystals with size and quality enough toprepare samples from which laser action at around 1 &#956;m has been obtained, for the first time ina crystal of the KTP family, and to determine the fundamental wavelength for non-critical type -II SHG in the xy plane, determining that in this plane, at q = 90º and j &#8776; 45º it will be possibleto obtain self-frequency doubling laser action in the green spectral range. The second objective,find a codopand with which Yb3+ concentration in RTP was in the range of the one obtained inNb:RTP, it was achieved by using tantalum. Firstly, it was determined how the RTPcrystallization region changes with the Ta5+ and Yb3+ introduction, and which was the optimalsolution composition to achieve a higher Yb3+ concentration. With this optimal solutioncomposition bulk crystal of Yb doped RbTi1-xTaxOPO4, grown by TSSG-SC technique, with a Yb3+concentration of 1.6×1020 ions/cm3 were obtained and the SHG efficiency of powdered sampleswas an 80 % of that of pure KTP. So, as the Yb3+ concentration obtained in Ta:RTP is of thesame order of the one obtained in Nb:RTP, the SHG efficiency is not drastically decreased, andthe refractive indexes measured at 632.8 nm do not differ significantly from the ones ofYb:RbTi1-xNbxOPO4, we can assume that in Yb:RbTi1-xNbxOPO4 crystals could also be possible toobtain self-frequency laser action in the green spectral range. About the enhancement of the IRfluorescence of Er3+ by codoping Nb:RTP with Yb3+, bulk crystals of codoped Er3+/Yb3+ Nb:RTPwere grown from solutions containing always the same Yb2O3 mol % and by modifying the Er2O3mol % added in the initial solution. The spectroscopic characterization of these crystals showsthe Er3+ fluorescence at around 1.5 &#956;m by pumping between 900 nm and 980 nm, even in thecrystals containing low Er3+ concentration (<1020ions/cm3).Moreover to these results, a comparative study between the ionic conductivity of pureRTP grown in its self flux, RTP grown in tungsten flux, Nb:RTP and Yb:Nb:RTP had beenperformed, in polished plates perpendiculars to c crystallographic direction, to see how itevolves in the mentioned crystals. The results obtained showed that there are no differencesbetween the ionic conductivity in RTP samples, grown in its self flux or in tungsten flux, but inNb:RTP the ionic conductivity increases considerably. Nb:RTP shows an ionic conductivity of theorder of the KTP one (10-7-10-5 S/cm), but in Yb:Nb:RTP the conductivity is only a little bithigher (10-8 S/cm) of the RTP one (10-9 S/cm).

Structured light beams, this is, beams whose phase changes from point to point in the transverse plane, provides with an alternative tool to search for new applications, or simply to expand the capabilities of current applications where commonly used light beams have encountered physical limitations. Applications can be found not only in the field of optics but also in areas as diverse as astrophysics, telecommunications and quantum computing, to mention some. In this thesis we put forward three new applications in which the use of structured light beams plays a crucial role. In the field of optical remote sensing, the Doppler effect is widely used to measure the component of the velocity along the line of sight, \textit{i.e.}, the longitudinal component. The Doppler effect alone, does not allow to measure the transverse component. In this context, structured light beams provides with a tool that makes this possible: its structured phase. The main idea resides in the fact that this beams, reflected from transversally moving targets, are frequency shifted proportional to the velocity of the target. The information of the velocity can be extracted using interferometric methods, in a similar way to the longitudinal Doppler shift. In a first experiment we validated this theoretical concept for two particular cases: rotation and longitudinal motions along the transverse plane of illumination. Some current existing techniques to measure small layer thicknesses are based on the use of common-pant interferometers. In particular the self-referencing type, in which both the reference and the signal beams are generated locally. A reflective surface is engineered in the form of a ridge or cliff, in such a way when illuminated with a Gaussian beam half of it is reflected from the top and the other half from the base. This two "new beams" acquire a phase difference that depends on the height of the ridge and the wavelength of the illuminating source. This phase variations are detected on-axis in the far filed as intensity changes. Hence, if we place a thick layer on top of the ridge, the change in intensity will immediately yield the height of the layer. This scheme becomes highly sensitive to small phase variations when the height of the ridge is $1/8$ of the wavelength, known as the quadrature condition. This restriction might unfortunately limit the use of this technique to specific cases, since it highly depends on the construction of the ridge. To overcome this drawback we proposed and demonstrated experimentally a technique in which the quadrature condition is not needed a priori. Our approach is based on the use of spatial mode projection. For its implementation, we project the light reflected from the sample onto appropriately tailored spatial modes. Finally, we investigated theoretically the role that light endowed with Orbital Angular Momentum (OAM) might play for the discrimination of chiral molecules. Traditionally, this discrimination has been always related to Circularly Polarized Light (CPL), this is, to the Spin angular momentum of light. In this approach, the chiral response of molecules only depends on the properties of the same, and in many cases is very small. An approach to enhance this response was proposed very recently, in which the electromagnetic field that illuminates the molecule is properly tailored, in such a way the chiral response depends on both the molecular properties and the electromagnetic field. These types of electromagnetic fields have been termed "chiral fields'' and are characterised through a quantity known as optical chirality (denoted as C). This quantity measures how contorted is the field at each point in space, the higher the value of C, the higher the chiral response. In our approach, we started from exact solutions to the Helmholtz equation. We found that a proper superposition of this two beams produces an on-axis, enhanced chiral response that can be several times larger. / Los haces estructurados, es decir, haces cuya fase difiere de un punto a otro en el plano transversal, representan una herramienta alternativa para buscar nuevas aplicaciones, o simplemente para expandir las capacidades de las aplicaciones existentes en donde los haces comúnmente utilizados han encontrado limitaciones físicas. En la actualidad podemos encontrar aplicaciones no solo en el campo de la óptica sino ambién en áreas tan diversa como astrofísica, telecomunicaciones y computación cuántica por mencionar algunas. En esta tesis, introducimos tres nuevas aplicaciones, en las cuales el uso the haces estructurados juega un papel crucial. En el campo de sensado remoto, el efecto Doppler es utilizado ampliamente para medir la componente de la velocidad a lo largo de la linea de visión, es decir, la componente longitudinal. El efecto Doppler por si solo, no permite medir la componente transversal. En este contexto, los haces estructurados proveen con una herramienta, su fase estructurada, mediante la cual se puede medir esta componente. La idea principal reside en el hecho de que la frecuencia de estos haces, cuando son reflejados de un objeto que se mueve trasversalmente, cambia de forma proporcional a la velocidad del objeto. La informacón de la velocidad puedes ser extraída utilizando métodos interferométricos, de forma similar al efecto Doppler longitudinal. En un primer experimento validamos este concepto teórico para dos casos particulares: rotación y translación longitudinal en el plano transversal al de iluminación. Por otro lado, algunas de las téecnicas que existen actualmente para medir grosores están basadas en el uso de interferómetros de camino óptico común. En particular los autoreferenciados, en los cuales tanto el haz de referencia como el que lleva la información son generados localmente. Una superficie reflectante con forma de acantilado es diseñada, de tal forma que cuando es iluminada con un haz Gaussiano, una mitad es reflejada en la base y la otra en la cima. Estos dos "nuevos haces'' adquieren una diferencia de fase que depende de la altura de del acantilado y de la longitud de onda del haz. Estas variaciones son detectadas en campo lejano a lo largo del eje de propagación como cambios de intensidad. De esta forma, si colocamos una capa delgada sobre del acantilado, el cambio en la intensidad nos dará inmediatamente el grosor de la capa. Este esquema es muy sensible a cambios pequeñoos de fase cuando la altura del acantilado es 1/8 de la longitud de onda, conocida como condición de cuadratura. Desafortunadamente, esta restricción puede limitar el uso de esta técnica a casos específicos, ya que depende en gran medida de la construcción apropiada del acantilado. Para solventar esta desventaja propusimos y demostramos experimentalmente una técnica en la cual la condición de cuadratura no es necesaria a priori. Nuestro metodo esta basado en la proyección espacial en modos. Para su implementación, proyectamos la luz reflejada por la muestra sobre modos espaciales diseñados apropiadamente. Finalmente, investigamos teóricamante el papel que los haces provistos con momento angular pueden desempeñar en la discriminación de moléculas quirales. Tradicionalmente, esta discriminación ha estado asociada a la luz circularmente polarizada, es decir, al momento angular espinorial. En esta aproximación, la respuesta chiral de las moléculas depende únicamente de las propiedades de la misma, que en muchos casos es muy pequeña. Una aproximación para incrementar esta respuesta conciste en el diseño apropiado del campo electromagnético que ilumina las moléculas, de esta forma la respuesta quiral depende no solo de las propiedades de la molécula sino también del campo electromagnético. Este tipo de campos electromagnèticos han sido denominados "campos quirales''. Nosotros abordamos el problema utilizando soluciones exactas a la ecuación de Helmholtz, los haces Bessel de orden superior.

Growth and Characterisation of RbTiOPO4: (Nb,Ln). A New frequency Doubling Crystal.Joan Josep Carvajal MartíFísica I Cristal·lografia de MaterialsDepartament de Química Física i InorgànicaUniversitat Rovira i VirgiliResumDes que Schawlow i Townes varen publicar que el principi del M.A.S.E.R. es podia estendre a la part òptica de l'espectre electromagnètic, i un any i mig més tard Mainman demostrava el primer làser, la importància d'aquest, tant per la societat, s'ha anat incrementant. Avui, els làser formen part de la nostra vida quotidiana.Actualment, l'interès en desenvolupar nous làser per l'emmagatzematge de dades i altres aplicacions s'ha incrementat gràcies a la recerca en làsers de semiconductors de banda ampla, generació d'harmònics per phase-matching en cristalls d'òptica no-lineal, quasi-phase-matching en cristalls, fibres òptiques i altres guies d'ona, i làsers d'up-conversion en cristalls i fibres. Els làsers d'estat sòlid compactes són útils en una amplia gamma d'aplicacions, com l'emmagatzematge de dades en alta densitat, projecció d'imatges en color, impressió làser, medicina, substitució dels làsers d'Ar, biofluorescència, comunicacions submarines, litografia estereogràfica, teràpia fotodinàmica.... Aquests nous làsers es poden aconseguir per processos d'up-conversion, que emeten a una longitud d'ona més curta que la de bombeig. Una alternativa interessant és la conversió de freqüència per processos d'òptica no-lineal. Els cristalls autodobladors de freqüència són cristalls d'òptica no-lineal amb posicions estructurals ocupades per ions actius làser, preferiblement Yb3+, que poden combinar l'emissió làser al voltant d'1 um amb la generació de segon harmònic de la matriu per produir emissió verda per autodoblatge de freqüència. L'objectiu principal d'aquesta Tesi Doctoral ha estat l'obtenció de cristalls de la família del KTiOPO4, coneguts per les seves excel·lents propietats d'òptica no-lineal, dopats amb ions lantànids (Ln). Hem mostrat que és poden obtenir cristalls de RbTiOPO4: (Nb,Ln) de bona qualitat òptica per la tècnica top-seeded solution growth amb un refredament lent de la solució, de mida útil per posteriors caracteritzacions i aplicacions, i amb una concentració de Ln similar a l'obtinguda en altres matrius làser i un codopant, que afavoreix l'entrada d'ions lantànids en la matriu a l'hora que fa de compensador de càrrega, com és el niobi (Nb5+). El refinament de l'estructura ha demostrat que tant el Nb com els lantànids substitueixen únicament al Ti en la xarxa cristal·lina. Mentre que el Nb5+ només substitueix al Ti en la posició Ti (1), degut a un efecte electrostàtic més que no pas estèric, els ions lantànids substitueixen als àtoms de Ti en els octàedres Ti(1)O6 i Ti(2)O6 amb la mateixa probabilitat. Un altre aspecte a destacar és l'habilitat del material per tal d'autocompensar-se elèctricament de la substitució pentavalent del Nb5+ a través de la creació de vacants de rubidi. L'evolució d'aquesta estructura amb la temperatura mostra com el canvi de fase de l'estructura ferroelèctrica depèn del contingut en Nb i que la substitució de Ti4+ pel parell (Nb5+-Rb+) estabilitza la fase d'alta temperatura d'aquests materials. La caracterització òptica de la matriu cristal·lina ha mostrat que l'increment de la birefringència de cristall possibilita l'increment de l'interval de doblatge de longituds d'ona que es pot efectuar amb aquests cristalls. L'àmplia finestra òptica juntament amb l'eficiència de conversió a segon harmònic mostren que aquesta és una bona matriu per hostatjar ions lantànids. Aquestes excel·lents propietats es mantenen fins i tot quan els ions lantànids es troben al cristall. Finalment, la caracterització espectrocòpia del ions actius ha mostrat que es pot obtenir una emissió eficient per part dels dos ions. Er3+b3+ la banda d'emissió ampla i l'elevada vida mitja obtingudes obren la possibilitat d'utilitzar aquests cristalls en aplicacions sintonitzables i de subpicosegons. Totes aquestes observacions ens duen a concloure que amb aquests cristalls es pot obtenir un nou material autodoblador de freqüència.Paraules clau: Òptica No-Lineal, Generació de Segon Harmònic, Autodoblatge de freqüència, Top-Seeded Solution Growth, KTiOPO4, RbTiOPO4, Difacció de raig X, Difracció de neutrons de pols.Growth and characterisation of RbTiOPO4: (Nb, Ln). A New Self-frequencyDoubling Crystal.Joan Josep Carvajal MartíFísica I Cristal·lografia de MaterialsDepartament de Química Física i InorgànicaUniversitat Rovira i VirgiliAbstract Since Schawlow and tornes reported that it should be possible to extend the maser principle to the optical frequency part of the spectrum and only one and a half years later. Mainman demonstrated the first laser, the importance of lasers to both science and society has increased dramatically. Today lasers are part of everyday life. Actually, the interest in developing compact blue and green laser sources for data storage and display applications has increased due to promising investigations into wide-gap semiconductor diode lasers, harmonic generation by phase matching in non-linear crystals, quasi-phase-matching in bulk, optical fibres and other waveguides, and up conversion lasers in crystals and fibers. Compact all-solid-state laser sources are needed for a variety of applications such as colour projection, high-density optical data storage, laser printing, medicine, Argon-laser replacement, biofluorescence, underwater communications, stereo lithography, photodynamic therapy. A class of these sources is achieved with up-conversion lasers emitting at a shorter wavelength than the pump source. An alternative to up-conversion lasing is frequency conversion by non-linear optical processes such as frequency doubling and sum-frequency mixing. Self-frequency doubling crystals are non-linear optical crystals with suitable sites for laser-active ions, preferably Yb3+, which can combine the 1 um laser emission of the active ions with the second harmonic generation properties of the host to produce green-laser radiation by self-frequency doubling. The aim of this Thesis was to investigate how to obtain crystals of the KTiOPO4 family, which are known for their excellent non-linear optical properties, doped with lanthanide (Ln) ions. This Thesis shows that high-optical quality RbTiOPO4(Nb,Ln) single crystals can be obtained by the top-seeded solution growth technique together with a slow-cooling of the solution, with large volumes useable for later characterisations and technical applications, and with a similar Ln concentration to that of other laser matrices. We introduced a codopant that enhances the concentration of Ln in the crystals at the same time that compensate the electrical charge of the framework. The refinement of the structure demonstrates that Nb and Ln ions only go to the Ti positions. Then, while Nb only substitutes Ti in the Ti(1) crystallographic position due to an electrostatic effect that an steric one, the lanthanide ion substitute Ti in both Ti(1)O6 octahedra with the same probability. Another interesting aspect to notice is the ability of the material to self-compensate the excess of electrical charge introduced by the pentavalent substitution of Nb5+ by the creation of Rubidium vacancies. The evolution of this structure with temperature showed that the transition from the ferroelectric phase to the paraelectric phase depended on the Nb content in the crystals, and that substituting Ti4+ by the (Nb5+-Rb+) pair stabilises the cubic high-temperature phase of these crystals. The optical characterisation of the host showed that the increase of birefringence in the crystals containing Nb causes the limit fundamental wavelength, at which second harmonic generation can be obtained, to shift to lower wavelengths. The large transparency window of the material and the conversion efficiency to second harmonic generation showed that this crystal is a good matrix to host lanthanide ions. These excellent properties are maintained even when the lanthanide ions is hosted in the crystalline matrix. Finally, the spectroscopic characterisation of the active ions showed that efficient emission can be obtained for Er3+ at 1.5 and 1.0 um, respectively. In the case of Yb3+ the broad emission band and the large lifetime obtained open up the possibility to use these crystals in tunable and subpicosecond applications. All these observations seems to converge in the conclusion that with these crystals a new self-frequency doubling material can be obtained.Keywords: Non-linear Optics, Second Harmonic Generation, Self-frequency Doubling, Top-Seeded Solution Growth, KTiOPO4, RbTiOPO4, X-ray Diffraction, Powder Neutron Diffraction.

En los últimos años, las capas delgadas ópticamente activas han adquirido una gran importancia, debido a sus aplicaciones en dispositivos ópticos integrados y dispositivos láser. Un láser de capa delgada requiere capas con una elevada concentración de ión activo y, que a su vez, tengan una elevada sección eficaz de absorción y emisión. Este tipo de láseres presentan como ventajas una mejor refrigeración axial del medio evitándose así problemas como el efecto lente. Los cristales monoclínicos de KRE(WO4)2 con RE=Y, Lu, son materiales utilizados como matrices láser de estado sólido debido a que permiten la substitución parcial o total de uno de los iones de su estructura, por otros iones activos en la emisión láser. Además, presentan una elevada estabilidad química. El objetivo de esta tesis ha sido la obtención de capas de Yb:KYW/KYW y Yb:KLuW/KLuW, de elevada calidad para la posterior realización de experimentos láser. El proceso de crecimiento ha sido optimizado con el principal objetivo de conseguir la máxima concentración de ión activo en las capas epitaxiales. Éstas han sido caracterizadas estructural y espectroscópicamente, mostrando resultados prometedores para la emisión láser. La última parte de esta tesis se ha dedicado al estudio de los experimentos láser, en los que hemos conseguido obtener radiación láser con una longitud de onda alrededor de los 1030 nm con una elevada pendiente de eficiencia, la cual en algunos casos ha excedido las publicadas previamente para los correspondientes monocristales dopados con iterbio.Keywords: Top Seeded Solution Growth, Liquid Phase Epitaxy, KRE(WO4)2, Materiales láser. / In the past few years, optically active thin layers have attracted much attention due to the possibility of using it in the integrated optics as well as thin disk laser technology. The thin disk laser concept need layers hundreds of microns thick highly doped with active ions and high absorption and emission cross section. The lasers based on thin films have the advantage of high beam quality with high efficiency, making possible to obtain high power with low thermal lensing.The crystals of the monoclinic tungstates, such as KRE(WO4)2 with RE=Y, Lu, are attractive materials to be used as solid state host doped with lanthanide ions as ytterbium due to the possibility of obtaining highly doped active media.The aim of this thesis is to investigate how to obtain thin layers of Yb:KYW/KYW and Yb:KLuW/KLuW, with quality enough for laser experiments. The growth process has been optimized in order to obtain crystalline layers with high ytterbium concentration. Structural and spectroscopic properties of these layers have been studied, suggesting that laser emission can be achieved.The last part of thesis is dedicated to study the laser experiments. We have achieved laser emission around 1030 nm with high slope efficiency, which in some cases exceeded the reported for the ytterbium doped bulk crystalsKeywords: Top Seeded Solution Growth, Liquid Phase Epitaxy, KRE(WO4)2, Laser materials