Dentro de la denominación --reconocimiento de formas' se engloban todos aquellos métodos mediante los cuales es posible detectar la presencia de una determinada imagen (referencia) dentro de otra (escena). Del conjunto de técnicas ópticas que permiten realizar esta operación, destacan las basadas en la comparación entre los diferentes elementos que forman la escena y la imagen que se quiere detectar. Este método comparativo, denominado correlación óptica, aprovecha las propiedades de las lentes y su capacidad para realizar transformadas de Fourier. Los dispositivos utilizados para realizar la correlación óptica reciben el nombre genérico de correladores. La investigación realizada tiene como objetivo principal el estudio de los efectos que las aberraciones de los sistemas ópticos presentes en los correladores provocan en el proceso de reconocimiento. Para realizar este análisis se ha desarrollado un método de cálculo de la aberración de onda de un sistema óptico con simetría de revolución y un objeto puntual situado sobre el eje óptico. Este método utiliza el trazado exacto de rayos y las relaciones existentes entre la aberración de rayo y la aberración de onda. Se basa también en la teoría de formación de imagen de Abbe-Rayleigh, la cuál agrupa todos los efectos difractivos en las pupilas del sistema, bien en la de entrada o en la de salida, y utiliza la óptica geométrica para describir la propagación de la luz entre ambas. La fiabilidad del método se ha contrastado experimentalmente mediante técnicas interferómetricas, y se han comparado los resultados para la aberración de onda con los calculados por programas comerciales de diseño y evaluación de sistemas ópticos. Una vez garantizado el correcto funcionamiento de los algoritmos de cálculo, se han analizado dos arquitecturas clásicas de correlación: el correlador de transformadas conjuntas monobanco y el correlador convergente de Vander Lugt. En el primero de ellos se ha realizado un estudio independiente de la influencia de la aberración de cada uno de los difractómetros que lo forman en la correlación final, y a partir de los resultados obtenidos se propone un método de optimización del correlador. Este estudio también se ha realizado para el correlador de Vander Lugt, con resultados similares. En el caso de este segundo correlador también se ha estudiado la inclusión de la información sobre la aberración de ambas etapas del correlador en el diseño de los filtros. Finalmente, basándose en los resultados obtenidos, se propone una nueva configuración que mejora de forma sustancial el comportamiento del mismo como equipo de reconocimiento de formas, llegando a anular completamente la influencia de la aberración. / The aim of this work is to study the influence of the aberrations in optical correlators, and how they affect the correlation peak heights.In order to perform it, a numerical method has been developed. This method calculates the wave aberration of a symmetrical optical system with a point source located at the optical axis. The evaluation of the wave aberration is carried out by means of an exact ray-tracing algorithm which computes the aberration at the different points of the exit pupil according to the relations between wave aberration and ray aberration. Lenses and other stops in the system are assumed to be large enough not to significantly cut the wave front so that light propagation can be accurately described by geometrical optics from the light source to the exit pupil (Abbe-Rayleigh theory of image formation). The method has been experimentally validated by means of interferometric techniques, and the results for the wave aberration have been compared to those calculated by a standard optical design software. Once the right behavior of the algorithm has been guaranteed, two main correlation architectures have been analized: the converging joint transform correlator (JTC) and the converging Vander Lugt correlator (VdLC). In JTC, three different situations have been explored: we consider the aberration only in the first diffraction stage (generation of power spectrum), then only in the second (transformation of power spectrum into correlation) and finally, in both steps simultaneously. Using the results obtained in this study, a simple optimization method is introduced. This method allows the best working conditions for an optical system to be derived.These three situations have been also analyzed in VdLC, and a similar influence from each stage has been found. The correlation process in this architecture uses complex filters, which are usually generated from the image to be detected, free from aberrations. In this part, filters have been designed including information about the aberrations of the optical systems. Finally, a new arrangement which improves the correlation process and cancels the influence of the aberration is proposed.

El gran crecimiento y expansión de Internet en los últimos años, con el consecuente incremento de usuarios y tráfico, ha hecho que aumente la necesidad de ancho de banda en las redes de telecomunicación actuales. El desafío de la futura generación de redes de telecomunicación punta a pasar de la simple transmisión de señales ópticas de gran capacidad a efectivamente conmutar y gestionar esta cantidad de datos en el domino óptico. Estas funcionalidades, actualmente realizadas por componentes eléctricos, son las que actualmente causan un cuello de botella en la escalabilidad y crecimiento de Internet. Por otro lado, se espera que las futuras redes transporten servicios heterogéneos que incluyen tanto transferencia de datos como transmisión de aplicaciones multimedia e interactivas. Cada servicio por lo tanto necesita un requerimiento y tratamiento particular (por ejemplo garantir un limite en el retraso extremo-extremo o en el ancho de banda). En este entorno, proporcionar calidad de servicio (Quality of Service, QoS) resulta ser un factor obligatorio. En este ámbito el objetivo de esta tesis es el desarrollo de nuevos mecanismos para proporcionar QoS en redes de conmutación de paquetes ópticos (Optical Packet Switching, OPS) tanto en entorno metropolitano como de área extendida. OPS pretende ser una solución a largo plazo en cuanto requiere conmutadores de alta velocidad y componentes ópticos avanzados como los conversores sintonizables de longitud de onda y regeneradores completamente ópticos. Por lo que concierne el entorno metropolitano, las redes son generalmente sin memoria, en el sentido que una vez transmitida la información a la red, esa se queda en el dominio óptico sin encontrar ninguna cola en el camino hasta alcanzar su destino. Para evitar contenciones, protocolos de acceso al medio compartido (Medium Access Control, MAC) son necesarios y pueden integrase con mecanismos para proporcionar QoS. De este concepto se pueden diseñar varias arquitecturas distintas. En esta tesis nos concentramos en dos arquitecturas basadas en topologías compuestas, llamadas respectivamente redes multi-PON y redes multi-anillos. Ambas han sido desarrolladas en el proyecto de investigación DAVID financiado por la Unión Europea dentro del quinto programa marco. Nuestras contribuciones abarcan varios aspectos. Antes de todos se han identificado los requerimientos de las futuras redes metropolitanas basadas en OPS, con particular atención en determinar los servicios necesarios de acuerdo con lo que se ha diseñado en la anterior generación eléctrica de redes metropolitanas. Luego para ambas redes se ha seguido el mismo procedimiento. La primera etapa ha sido la evaluación de prestaciones a través de simulaciones con el objetivo de identificar los puntos débiles. Se ha luego pasado a la fase de optimización tanto de la arquitectura de las redes como de los mecanismos que gobiernan su funcionamiento y se han verificado las mejoras. Finalmente se han propuesto mecanismos para proporcionar QoS según los requerimientos definidos anteriormente y se ha hecho un estudio de coste/prestaciones comparando las dos arquitecturas con otras actualmente en comercio como SDH, RPR y Ethernet.Por lo que concierne el entorno de área extendida, se ha considerado una red de conmutación de paquetes ópticos orientado a la conexión donde los nodos tienen limitadas capacidad de encolamiento. En este contexto, se han tratado dos problemáticas: el establecimiento de las conexiones virtuales ópticas (Optical Virtual Circuit, OVC) configurando propiamente las tablas de expedición (forwarding table) en los nodos y la provisión de QoS.Para el primer punto, a la llegada de una petición de establecimiento de una nueva OVC, cada nodo debe asignar un puerto y una longitud de onda de salida a esta OVC. Mientras la elección del puerto de salida depende de los algoritmos de routing, la elección de la longitud de onda se puede decidir localmente en cada nodo según diferente políticas llamadas OVC-to-wavelength setup assignment (OWSA). En esta parte de la tesis se ha estudiado en detalle este problema y se han propuesto diferentes estrategias. En particular se ha demostrado que una buena política de asignación de longitud de onda incrementa notablemente la prestación de un conmutador OPS. Se ha usado la idea de agrupar, siempre que se pueda, los flujos de tráfico que entran en el conmutador por el mismo puerto y misma longitud de onda de manera de disminuir lo máximo posible la probabilidad de convención entre paquetes. Por lo que concierne proporcionar QoS, el estado del arte indica que hasta el momento se ha siempre seguido la misma técnica basada en: 1) diseñar un algoritmo de resolución de contenciones que minimice la probabilidad de pérdidas de paquetes (Packet Loss Rate, PLR) y luego 2) aplicar un mecanismo de reserva de recursos capaz de diferenciar la PLR entre dos o mas clases de tráfico. Considerando que el entorno de estudio es orientado a la conexión, se ha propuesto un enfoque diferente basado en el esquema aplicado en redes ATM donde se definen diferentes categorías de servicio, cada una con su propio tratamiento dentro de la red. En particular se han definido 3 categorías de servicio para entorno OPS y se han desarrollado 3 algoritmos de resolución de contenciones, cada uno pensado para proporcionar el servicio requerido. Con esta técnica, además de controlar la PLR, también se pueden considerar el retraso y la complejidad computacional como métricas QoS.

El treball Estudi de sals foses mitjançant la dinàmica molecular està integrat dins la línia de recerca Simulació de comportament atòmic en la matèria condensada i amb ell s'han assolit dos grans objectius. El primer consisteix en completar l'estudi de les sals foses binàries d'ions monovalents (sals 1:1), que ja s'havia iniciat en aquest grup de recerca, amb l'estudi del AgCl, AgBr i dels halurs de tal·li (TlCl, TlBr i TlI). El segon és ampliar l'estudi de la dinàmica col·lectiva dels halurs de coure fosos amb l'estudi de les fluctuacions locals de les densitats parcials de partícules, de massa i de càrrega, i dels seus corrents longitudinals i transversals. Els resultats corresponents els presentem per separat en la part I i II de la memòria.Comencem la primera part amb el capítol 1, fent una introducció a les sals 1:1 foses que havien estat estudiades anteriorment, és a dir, els halurs alcalins i els halurs de coure i el AgI. Posem de relleu les característiques principals d'aquestes sals i expliquem els models que s'han utilitzat per estudiar-les.En el segon capítol proposem un mètode per determinar els factors d'estructura estàtics, que permet optimitzar el temps de càlcul i alhora obtenir unes funcions sense gaire soroll. El fet de disposar de bons factors d'estructura estàtics permet la comparació amb resultats experimentals de difracció elàstica de neutrons. A més a més, en aquest capítol aprofitem per descriure a l'espai recíproc les propietats estructurals dels halurs alcalins i de coure fosos. En els capítols tercer i quart, presentem els resultats de la dinàmica molecular del AgCl i el AgBr, i dels halurs de tal·li, respectivament. Aquestes sals s'han modelat considerant els potencials proposats conjuntament amb els Drs. Moises Silbert i Çetin Tasseven de la Universitat de East Anglia. Aquests potencials permeten reproduir bastant bé els factors d'estructura i les conductivitats iòniques experimentals. L'anàlisi de les funcions de distribució radial i els factors d'estructura estàtics, així com de les funcions de correlació de velocitats i els desplaçaments quadràtics mitjans, mostra que aquestes sals tenen un comportament intermedi entre els halurs alcalins (on els anions i cations tenen una mida molt semblant) i els halurs de coure (on els cations són molt més petits que els anions). També hem fet un estudi de la influència de la massa i la mida dels ions en la seva dinàmica individual.A la Part II del treball, per tal d'estudiar les fluctuacions de densitat i dels corrents en els halurs de coure fosos hem triat el CuCl i el CuI. En el CuCl els ions més grans (els anions) són més lleugers que els cations, en canvi, en el CuI són més pesants. A més a més, aquest estudi l'hem completat amb dos halurs alcalins com el KCl i el RbCl. En aquestes dues sals els cations i els anions són de mida semblant, però mentre que en el RbCl els anions són més lleugers que els cations, en el KCl tenen quasi la mateixa massa. D'aquesta manera podem veure quina és la influència de la massa i la mida en aquestes propietats.En el capítol cinc estudiem el procés d'autodifusió dels ions mitjançant les funcions de scattering intermèdies self i els seus espectres, anomenats factors d'estructura dinàmics self. A l'últim apartat comparem els resultats de les nostres simulacions per al CuCl amb els resultats experimentals de difracció quasielàstica de neutrons obtinguts pel Dr. Spencer Howells del Rutherford Appleton Laboratory.El capítol sis l'hem dedicat a les fluctuacions de densitat en sals 1:1 foses mitjançant les funcions de scattering intermèdies i els corresponents factors d'estructura dinàmics. Aquestes funcions revelen la presència de modes col·lectius acústics i òptics associats a les fluctuacions de la densitat de massa i de càrrega, respectivament. Aquests modes són una reminiscència dels modes acústic i òptic a l'estat sòlid.En el capítol set estudiem de les correlacions entre els corrents longitudinals i transversals, així com dels modes col·lectius que hi estan relacionats.Finalment presentem les conclusions i les perspectives de continuació d'aquest treball. A més a més, hem inclòs cinc apèndix on fem un recull argumentat de totes les definicions de les propietats que hem calculat.

In this thesis we have presented a thorough study on the optical and sensoristic properties of SRSN Mu-disks, in an isolated configuration and when coupled to a passive Si3N4 waveguide placed underneath. The whole structure of the device have been previously simulated in order to study the behavior of the supported WGM when subject to a geometrical variation (i.e.: radius, thickness, shape of the edge of the isolated Mu-disk): the obtained results granted the realization of Mu-resonators with Q factor exceeding 104. The coupled structure have been then simulated with the main goal of maximizing the WGM intensity transmitted at the end of the WG. This task has been fulfilled through a careful optimization of the geometrical parameters (i.e.: X-Gap and Z-Gap). The subsequent step, involving the fabrication process of the sample - realized in the Centro Nacional de Microelectronica (CNM) of Bellaterra - has been carried out using standard CMOS compatible process. The deposition and the implantation of the Si3N4 has been performed by means of LPCVD technique, while for the SiO2 deposition the PECVD. Finally the optical elements has been defined by means of a two level photolithographic mask. On the produced samples we have performed a superficial analysis (SEM, AFM) with the aim of evaluate the presence of geometrical imperfections and estimation of the superficial roughness. Furthermore the EFTEM analysis revealed the absence of Si-nc inside the active layer. Using the Cut-back technique, low losses under 1 dB/cm have been found in both VIS and IR spectral range in the passive WG of different width. On the other hand, applying the SES technique on an Si-rich WG structure we have been able to extract the losses value of active material in a wide and continuous range of wavelength, defined inside the PL spectrum. As a result of a careful optimization of the active SRSN in terms of PL intensities and optical losses, we have been able to produce bright and high Q isolated Mu-disks, achieving maximum values about 1.4x104 in a wide spectral range in the VIS and emitting up to few nW on a single resonance. The reported Q values are the best ever reported in circular Si-based light emitting Mu-cavities and are just limited by the spectral resolution of our experimental setup. The coupled structures demonstrated Q values up to 1.48x103, which are susceptible to be greatly improved through optimization of the fabrication process. Through a prof of concept , we have demonstrated that these structures are very sensible to the surrounding material and are able to detect refractive index changes with sensitivities of 51.79 nm/RIU and minimum measured refractive index change of 1.15x10-3 RIU. / En esta tesis, realizada en el departament d' Electrònica de la Universitat de Barcelona se ha presentado un estudio detallado the las propiedades ópticas y sensoras de estructuras resonantes tipo micro-disco fabricados íntegramente en nitruro de silicio enriquecido con silicio (SRSN). El estudio se ha llevado a cabo bien en estructuras aisladas o en una configuración acoplada con una guía de onda passiva situada debajo de la cavidad. La totalidad de la estructura ha sido simulada con el fin de estudiar el comportamiento de los modos resonantes WGM soportados cuando se cambian las condiciones de contorno geómetricas y del material. Los resultado obtenidos han permitido la realización de estructuras resonantes con factores de calidad superiores a 104. El objetivo de las simulaciones ha sido el de maximizar la intensidad transmitida de los modos soportados (WGM) al final de la guía de onda. Este hito ha sido cumplido gracias a la optimización de los parámetros geómetricos relativos (el X-gap y el Z-gap). Una vez producidas las muestras, se procedió a la realización de un análisis de superficie (SEM, AFM) para evaluar la rugosidad efectiva de las estructuras y las eventuales imperfecciones geométricas. Como resultado de la optimización del material activo en términos de intensidad de fotoluminiscencia y pérdidas ópticas, se consiguieron realizar cavidades resonantes de alta emisión luminosa y buenos factores de calidad. En un nuevo montaje experimental de u-PL desarrollado íntegramente para el estudio de estos dispositivos, se obtuvieron valores máximos de Q = 1.4x104 en un rango espectral ancho en el visible. La potencia emitida en cada resonancia ha sido medida y cuantificada en un valor de nW. Este valor permite la utilización de detectores de silicio integrados. Con el fin de evaluar la sensitividad del dispositivo, se han llevado a cabo medidas de u-PL cambiando el entorno del microdisco y monitorizando el desplazamiento espectral que sufre una determinada resonancia. El resultado de estas medidas muestra un desplazamiento de 1.37 nm como consecuencia de un índice de refracción de An = 0.0038 RIU (refractive index unit).