En esta tesis, se propone un conjunto de técnicas opto-digitales para la reconstrucción 3D y donde el color es asociado a piezas arqueológicas. Esto se realiza con el objetivo de obtener un método que permita preservar digitalmente el patrimonio cultural. Para obtener la reconstrucción digital, se proyectan franjas sinusoidales con el fin de codificar información de la topografía de la pieza. En cambio, para obtener el relieve policromado, se proyectan tres perfiles de luz constantes, debido a que la cámara utilizada es monocromática. Posteriormente, las imágenes registradas son procesadas digitalmente en el software MATLAB, el cual controla el proceso completo de reconstrucción 3D de las superficies incluyendo la textura y el color de la pieza. El trabajo se continúa con la reconstrucción a color de cuatro máscaras de diversos colores. Posteriormente para el afinamiento de las técnicas, se trabaja con dos objetos que corresponden a una réplica de un pequeño sarcófago de la cultura chachapoyas y un cántaro de la cultura mochica. Para cada reconstrucción digital, a color y completa, se rota sucesivamente el objeto en ángulos constantes hasta terminar una vuelta y todas las perspectivas digitalizadas en superficies 3D son finalmente acopladas. Por último, se comprueba que es posible generar una imagen a color usando una cámara monocromática y los resultados digitales presentan una forma y color similares a las muestras empleadas. / In the present thesis, a set of optical and digital techniques for the digital and color reconstruction of archaeological pieces is proposed. These are done with the aim to obtain a method that allows digital preserving of cultural heritage. The digital reconstruction is initiated by the projection of structured lights: sinusoidal fringes are projected to encode the information of the 3D relief. On the other hand, three constant profiles of light are projected for the polychromatic relief since a monochromatic camera is used. Then the captured images are digitally processed on the MATLAB software, which controls the complete process of surface reconstruction together with the texture of their colors. The work continues with the color reconstruction of four masks of different colors. And subsequently, for the refinement of the techniques, two objects corresponding to a replica of a small sarcophagus of the Chachapoyas culture and a jug of the Mochica culture are used. For each digital reconstruction, in color and complete, the object is rotated successively at constant angles until completing a full turn and each perspective digitized in 3D surfaces are finally merged. Finally, it is verified that it is possible to generate a color image using a monochrome camera and the digital results present a similar shape and color to the samples used.

El tema de este trabajo de investigación es el diseño y la manufactura óptica del objetivo de un telescopio astronómico refractor orientado a la observación lunar. El objetivo corresponde a un doblete acromático cementado de longitud focal efectiva 450 mm y diámetro de apertura 50 mm. La finalidad de este trabajo es que pueda servir como una guía básica para el diseño de sistemas ópticos y la manufactura de lentes, las cuales son muy útiles en la enseñanza de la Óptica Clásica. Dentro del grupo de investigación de Óptica Aplicada de la PUCP, se ha logrado desarrollar instrumentos tecnológicos avanzados como un par de binoculares, un telescopio reflector Newtoniano y un telescopio terrestre, por lo que hay bastante conocimiento que uno puede adquirir y transmitir a cualquiera interesado en la Ingeniería Óptica. El procedimiento para el desarrollo del objetivo consiste primero en el diseño óptico. Como punto de partida para el cálculo numérico de los parámetros, se toman en cuenta las ecuaciones de aberraciones y luego, se utiliza el software OSLO®, el cual es una herramienta digital de gran utilidad para realizar la simulación y la optimización del objetivo. Después se da paso a la manufactura óptica que es posible de realizar dentro del Laboratorio de Diseño y Manufactura Óptica, y el Taller de Tecnología Óptica de la PUCP. Los resultados logrados son primero el diseño de un doblete acromático cementado que se encuentra limitado con respecto a la difracción. Esto se comprueba en el diagrama de manchas, por lo que se cumple el criterio de difracción. Además, está la manufactura casi completa del objetivo refractor (corte de vidrio, generado de curvatura, esmerilado y la parte inicial de pulido). En conclusión, dentro del grupo de Óptica Aplicada de la PUCP, es posible aprender a desarrollar cada parte de un telescopio astronómico refractor como es el objetivo.

Los semiconductores son materiales que tienen propiedades intermedias entre los conductores y aislantes. Sus propiedades eléctricas pueden modificarse mediante dopaje o la aplicación de campos eléctricos. Es por eso que diseñadores e investigadores buscan conocer con precisión sus propiedades ópticas y eléctricas para su aplicación en la industria. En este trabajo se propone una revisión teórica del modelo clásico de Drude para describir la contribución de los electrones libres en la permitividad eléctrica. Además, se estudia el modelo de Drude-Lorentz para explicar la transmisión de la luz cuando interactúa con medios dieléctricos. Asimismo, se describe la transición de Mott para justificar la conductividad eléctrica de óxidos metálicos como el ITO. Adicionalmente, se plantea la revisión teórica de medios efectivos para la caracterización de propiedades eléctricas en capas rugosas de semiconductores. Este resultado se generaliza cuando las rugosidades son demasiado abruptas. La descripción teórica de este trabajo ha sido acompañada con el uso del software Wolfram Mathematica. Esta herramienta ha sido utilizada principalmente para la creación de gráficos y para la solución de ecuaciones. Con este trabajo se busca sentar las bases para un estudio más detallado sobre las propiedades eléctricas y ópticas de algún material semiconductor en concreto.

La parte final en el proceso de la evaluación de un frente de onda, tanto en un proceso de taller como en un consultorio oftalmológico, es la reconstrucción del frente de onda. En el trabajo se implementará un ajuste modal por medio de la técnica de mínimos cuadrados, utilizando los polinomios de Zernike. Las técnicas matemáticas son desarrolladas en MATLAB. Para la prueba se ajustan polinomios simulados, obteniendose un buen ajuste de caracter visual. Finalmente se presentan propuestas para la verificación experimental de este trabajo.

Las películas de óxido de indio dopado con estaño fueron producidas por pulverizaci ón catódica de radio frecuencia sobre sustratos de sílice fundida en condiciones de baja temperatura de sustrato. Las muestras fueron tratadas térmicamente dentro de una atmósfera inerte a diferentes temperaturas para evaluar la evolución de las constantes ópticas y propiedades electricas respecto a la temperatura de calentamiento, con la nalidad de proporcionar un rango más amplio de las propiedades ópticas y eléctricas del material. Se evalúan los modelos de Drude, Hamberg y Sernelius para la absorción de portadores de carga en la región infrarroja y la capacidad de determinar la resistividad eléctrica a partir de medidas de transmitancia óptica. La resistividad eléctrica, composición elemental, índice de refracción, coe ciente de extinci ón, energía de Urbach, ancho de banda óptico, tamaño de grano y el parámetro de red se determinaron sistemáticamente a través de las técnicas de van der Pauw, espectroscopía de rayos x de energía dispersiva, transmitancia óptica, y difracción de rayos x para cada temperatura de recocido. Adicionalmente, se realizaron medidas de efecto Hall y elipsometría espectral en una muestra sin tratamiento térmico y una muestra recocida, para nes comparativos. Finalmente, se evalua el corrimiento de Burstein-Moss con los parámetros obtenidos.

En esta Tesis Doctoral se presenta el método determinístico de alta frecuencia denominado Modi_ed Equivalent Current Approximation (MECA). Su ámbito de aplicación se circunscribe al cálculo de niveles de campo electromagnético a partir de unas corrientes equivalentes, tanto eléctricas como magnéticas, para un escenario eléctricamente grande. Se trata de una extensión de la formulación clásica de Óptica Física para la consideración no solo de super_cies de tipo conductor eléctrico perfecto sino también dieléctrico o con pérdidas.El método MECA debe ser complementado por un algoritmo de cálculo de visibilidades para distinguir entre zonas iluminadas y en sombra desde un punto de vista. En consonancia con ello se evalúan cuatro distintas metodologías, de las cuales tres son nuevas (Método Cono, Método Pirámide y Método Recorte) y la restante, Binary Space Partitioning, se emplea como referencia.La validación se efectúa a partir del cómputo de la sección recta radar de diversas geometrías canónicas y se contrasta con sus expresiones analíticas o bien con los resultados provistos por la técnica de onda completa basada en el Método de los Momentos. Adicionalmente se contemplan diferentes aspectos de interés ligados a MECA, como el efecto de la polarización o el ángulo de incidencia.La inclusión de métodos de aceleración basados en división en dominios o limitación en alcance y la descripción de la herramienta de cálculo de cobertura radioeléctrica desarrollada dan paso a los ejemplos de aplicación. Estos consisten en una optimización de una red GSM/GPRS en un entorno rural y una diagnosis en un entorno urbano con dos estaciones transmisoras de radio. También se muestra un escenario para evaluar el comportamiento en interiores.

Submitted by Irene Nascimento (irene.kessia@ufpe.br) on 2017-04-26T16:56:47Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Tese_Anderson_Amaral.pdf: 6016426 bytes, checksum: d9633b708d004572ce2495387f757089 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-26T16:56:47Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Tese_Anderson_Amaral.pdf: 6016426 bytes, checksum: d9633b708d004572ce2495387f757089 (MD5) Previous issue date: 2016-02-29 / CNPQ / In this thesis are presented various results regarding the transverse structure of light beams in the paraxial propagation regime, with a special concern with singularities in the transverse profile and in nonlinear optics applications. Theoretical and experimental tools were developed for the study of Optical Vortices (OV) and its most important characteristics, as the Orbital Angular Momentum (OAM) and the Topological Charge (TC). In a first step, we theoretically described and experimentally demonstrated that it is possible to shape the intensity profile of a beam containing OV by distributing TC over the plane transverse to the propagation direction [1]. The TC is associated with a phase singularity that implies in points of zero intensity. By distributing the TC on the transverse plane, it is possible to shape the beam dark region and also the OAM profile with the goal of optimizing the light beam for a given application. However, a problem identified in [1] was that most of the current available techniques to characterize OAM light implicitly assume that the beam has cylindrical symmetry, thus being inadequate to characterize fields resulting from more general TC distributions. These problems were approached in a second work [2], where it was shown that by measuring the field transverse amplitude and phase profiles it is possible to measure the OAM and the TC in TC distributions with arbitrary geometries. By combination of the results [1] and [2] it is possible to optimize and characterize the TC distributions for given applications, as for example by designing the transverse forces in an optical tweezer for microparticle manipulation. An important theoretical unfold during these works was the identification of an analogous relation between the field transverse phase in a TC distribution with the Coulomb potential in two-dimensional electrostatics. We then introduced in [3] the Topological Potential (TP) concept which allows the design of structured optical beams with complex spatial profiles inspired by two-dimensional electrostatics analogies. The TP can be used to describe a broad class of TC distributions, as those from [1,2] or the more sophisticate examples in [3]. In another set of results, it is discussed the possibility of using concepts and the formalism of quantum mechanics to solve light propagation problems in the classical approximation. Among the results obtained, it should be remarked that the formalism obtained has a simple and direct relation with ABCD matrices and ray optics [4]. These results were used to understand light propagation in systems containing nonlinear materials, as in SLIM [5] and D4σ [6] techniques. In [5, 6] the theoretical results were compared with experimental data obtained from standard samples, as carbon dissulfide (CS2), acetone and fused silica. It was obtained a very good agreement between the measured optical nonlinearities and the results established in literature for these materials. / Nesta tese são apresentados resultados relacionados com a estrutura transversal de feixes de luz no regime paraxial de propagação, com uma atenção especial em singularidades no perfil transversal e em aplicações para óptica não linear. Foram desenvolvidas ferramentas teóricas e experimentais para o estudo de vórtices ópticos (Optical Vortices - OVs), e suas características mais importantes, como o momento angular orbital (Orbital Angular Momentum - OAM) e a carga topológica (Topological Charge - TC). Inicialmente, foi teoricamente descrito e experimentalmente demonstrado como é possível moldar o perfil de intensidade de um feixe contendo OVs usando uma distribuição de TC sobre o plano transversal à direção de propagação [1]. A TC está associada a uma singularidade na fase, o que implica em um zero de intensidade. Ao se distribuir a TC sobre o plano transversal, é possível moldar o formato da região de intensidade nula e também o perfil de OAM no intuito de otimizar o feixe para uma dada aplicação. No entanto, um problema identificado neste trabalho é que a maior parte das técnicas de caracterização disponíveis para luz com OAM implicitamente supunham que o feixe possui simetria cilíndrica, e portanto não eram adequadas para caracterizar campos obtidos a partir de distribuições de TC com geometrias mais gerais. Tais problemas foram abordados em um segundo trabalho [2], onde foi mostrado que por meio de medições dos perfis transversais de amplitude e fase do campo elétrico é possível medir o OAM e a TC em distribuições de TC com formas geométricas arbitrárias. A união dos trabalhos [1] e [2] permite então que as distribuições de TC possam ser adequadamente otimizadas e caracterizadas para aplicações específicas, como por exemplo ao moldar as forças transversais numa pinça óptica para a manipulação de micropartículas. Um desdobramento teórico importante obtido foi identificar uma relação análoga entre o perfil de fase em uma distribuição de TC com o potencial de Coulomb em eletrostática bidimensional. Foi então introduzido em [3] o conceito de potencial topológico (Topological Potential - TP) que possibilita a construção de feixes ópticos estruturados com perfis espaciais complexos inspirados em analogias com eletrostática bidimensional. O TP pode ser usado na descrição de uma grande variedade de distribuições de TC, como nos feixes em [1, 2] ou nos exemplos mais sofisticados em [3]. Posteriormente, é discutida a possibilidade de se utilizar conceitos e o formalismo da mecânica quântica na solução de problemas de propagação da luz descrita na aproximação clássica. Dentre os resultados obtidos, destaca-se que o formalismo possui uma relação simples e direta com as matrizes ABCD e a óptica de raios [4]. Estes resultados foram utilizados na compreensão da propagação da luz em sistemas contendo materiais não lineares, como nas técnicas SLIM [5] e D4σ[6]. Nos trabalhos [5,6] os resultados teóricos foram comparados com dados experimentais obtidos em amostras padrão, como dissulfeto de carbono (CS2), acetona e sílica fundida. Foi obtida uma concordância muito boa entre os valores medidos para as não linearidades ópticas nestes materiais e os valores estabelecidos na literatura.

Submitted by Vasti Diniz (vastijpa@hotmail.com) on 2017-09-18T12:28:21Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2590482 bytes, checksum: a72ba5c8c44731f3cffe38777111a92d (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-18T12:28:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2590482 bytes, checksum: a72ba5c8c44731f3cffe38777111a92d (MD5) Previous issue date: 2011-04-14 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Aspects of the physics of nematic liquid crystals are studied in this thesis from the viewpoint of riemannian geometry through analogue models of gravitation. The topics chosen for study were: geometric and wave optics, elastic waves, hydrodynamics and heat conduction. The main analogue model used is based on the interpretation of Fermat’s principle as a process to obtain null geodesics, where the liquid crystalline material is seen as a riemannian manifold. This approach predicts that the metric effectively felt by the light ray depends on the configuration of molecules in the liquid crystal and on the parallel and perpendicular refractive indexes to the axis of symmetry of the liquid-cristal molecule. It is known that, for the particular case of the existence of topological defects within the material, effective metric similar to cosmological defects (like global monopoles and cosmic strings) are obtained. This thesis develops itself on the situation where there are topological defects of hedgehog type and (k = 1, c = 0) disclination type in the nematic phase of the liquid crystalline material. The first problem studied, as a review, deals with the wave optics, with respect to the light diffracted by the cited defects. Since plane waves of small wavelength have identical trajectories to light rays, the use of analog model is therefore justified. Thus, we show that light scattered by these defects generates a characteristic diffraction pattern, being the location given by an algebraic expression dependent on the parallel and perpendicular refractive indexes to the axis of symmetry of the molecule. We also show how theses patterns depend on the temperature of the material. The second studied problem deals with the geometrical optics and hydrodynamics of the nematic liquid crystals. From a molecular configuration similar to a (k = 1, c = 0) disclination, we let the material flow radially towards the axis of the defect. Then, using the hydrodynamic fact that velocity gradients in the material locally change the refractive index of the molecule, we find the velocity profile that must exist around the defect so that the metric actually experienced by light traveling in the plane perpendicular to the axis the defect is the Schwarzschild one in the equatorial plane, with the Schwarzschild radius interior to the object. We found that the absolute values of the velocity of liquid crystalline fluid can be order of a few meters per second, differing greatly from the values obtained by Gordon metric for an isotropic fluid under identical conditions. The third studied problem deals with the elastic oscillations in the presence of topological defects. Similarly to the first problem, the trajectory of the sound is obtained by an elastic version of Fermat’s principle and, then, compared with a null geodesic. We show how topological defects influence the sound trajectories and the sound diffracted by them. The fourth problem deals with the heat conduction in the vicinity of defects. Considering that the defects come from an addition or removal of portion of the material, letting the medium relaxes elastically, effective metric of the space disturbed by the defect are found, with expressions similar to those obtained by the analogous model based on Fermat’s principle. These metrics generate a modified thermal conductivity tensor, allowing the study of the temperature field in this situation. We show that, depending on the values of parallel and perpendicular thermal conductivity to the axis of symmetry of the molecule and on the defect in question, the temperature gradient can be accentuated or attenuated on the defect, allowing control of the response thermal temperature of the material, according to the presence of defects. Encouraging a greater understanding of the physics of liquid crystals and its use as a background in analogue models of gravity is the main theme of each analyzed problem. / Aspectos da física dos cristais líquidos nemáticos são estudados nesta tese do ponto de vista da geometria riemannina, por meio de modelos análogos de gravitação. Os tópicos escolhidos para estudo foram: óptica geométrica e ondulatória, ondas elásticas, hidrodinâmica e condução de calor. O principal modelo análogo empregado baseia-se na interpretação do princípio de Fermat como um processo de obtenção de geodésicas nulas, onde o material líquido-cristalino é visto como sendo uma variedade riemanniana. Esta abordagem prevê que a métrica efetivamente sentida pelo raio luminoso dependa da configuração das moléculas dentro do cristal líquido e dos índices de refração paralelo e perpendicular ao eixo de simetria da molécula líquido-cristalina. É sabido que, para o caso especial da existência de defeitos topológicos dentro do material, métricas efetivas semelhantes às de defeitos cosmológicos (como monopolos globais e cordas cósmicas) são obtidas. Esta tese desenrola-se sobre a situação onde existem defeitos topológicos do tipo ouriço e do tipo desclinação (k = 1, c = 0) na fase nemática do material líquido-cristalino. O primeiro problema estudado, em caráter de revisão, trata da óptica ondulatória, no que concerne a difração de luz pelos defeitos citados. Uma vez que ondas planas de comprimento de onda pequeno possuem trajetórias idênticas aos raios luminosos, o emprego do modelo análogo é justificado. Assim, mostramos que a luz espalhada por esses defeitos gera padrões de difração bem característicos, sendo a localização dada por expressão algébrica dependente dos índices de refração paralelo e perpendicular ao eixo de simetria da molécula líquido-cristalina. Também mostramos de que forma esses padrões dependem da temperatura do material. O segundo problema estudado trata da óptica geométrica e da hidrodinâmica dos cristais líquidos nemáticos. A partir de uma configuração de moléculas semelhantes à de uma desclinação (k = 1, c = 0), permitimos que o material flua radialmente na direção do eixo do defeito. Em seguida, fazendo uso do fato hidrodinâmico de que gradientes de velocidade no material modificam localmente os índices de refração da molécula, encontramos o perfil de velocidade que deve existir em torno do defeito para que a métrica efetivamente sentida pela luz, que viaja no plano perpendicular ao eixo do defeito, seja a de Schwarzschild no plano equatorial, com raio de Schwarzschild interior ao objeto. Encontramos que os valores absolutos da velocidade de fluido líquido-cristalino podem ser da ordem de alguns metros por segundo, diferindo enormemente dos valores obtidos pela métrica de Gordon para um fluido isotrópico em condições idênticas. O terceiro problema estudado aborda as oscilações elásticas na presença de defeitos. Semelhantemente ao primeiro problema, a trajetória do som é obtida por uma versão elástica do princípio de Fermat e, então, comparada com uma geodésica nula. Mostramos como defeitos topológicos influenciam nas trajetórias sonoras, assim como no som difratado por eles. O quarto problema trata da condução de calor na vizinhança de defeitos. Considerando que os defeitos são resultantes de uma adição ou remoção de porção de material, dando-se seguimento a uma relaxação elástica do meio, métricas efetivas do espaço perturbado pelo defeito são encontradas, com expressões semelhantes às obtidas pelo modelo análogo baseado no princípio de Fermat. Essas métricas geram um tensor condutividade térmica modificado, dando cabo ao estudo do campo de temperatura nessa situação. Mostramos que, dependendo dos valores da condutividade térmica perpendicular e paralela ao eixo de simetria da molécula líquido-cristalina e do defeito em questão, o gradiente de temperatura pode ser acentuado ou atenuado sobre o defeito, permitindo o controle da resposta térmica do material à temperatura, de acordo com a presença de defeitos. Suscitar um entendimento maior da física dos cristais líquidos e de seu emprego como background em modelos análogos de gravitação é o tema principal de cada um dos problemas analisados.