In 2012, The Institute of Resource Ecology at the Helmholtz-Zentrum Dresden Rossendorf organized the first international workshop of Advanced Techniques in Actinide Spectroscopy (ATAS). A very positive feedback and the wish for a continuation of the workshop were communicated from several participants to the scientific committee during the workshop and beyond. Today, the ATAS workshop has been obviously established as an international forum for the exchange of progress and new experiences on advanced spectroscopic techniques for international actinide and lanthanide research. In comparison to already established workshops and conferences on the field of radioecology, one main focus of ATAS is to generate synergistic effects and to improve the scientific discussion between spectroscopic experimentalists and theoreticians. The exchange of ideas in particular between experimental and theoretical applications in spectroscopy and the presentation of new analytical techniques are of special interest for many research institutions working on the improvement of transport models of toxic elements in the environment and the food chain as well as on reprocessing technologies of nuclear and non-nuclear waste. Spectroscopic studies in combination with theoretical modelling comprise the exploration of molecular mechanisms of complexation processes in aqueous or organic phases and of sorption reactions of the contaminants on mineral surfaces to obtain better process understanding on a molecular level. As a consequence, predictions of contaminant’s migration behaviour will become more reliable and precise. This can improve the monitoring and removal of hazardous elements from the environment and hence, will assist strategies for remediation technologies and risk assessment. Particular emphasis is placed on the results of the first inter-laboratory Round-Robin test on actinide spectroscopy (RRT). The main goal of RRT is the comprehensive molecular analysis of the actinide complex system U(VI)/acetate in aqueous solution independently investigated by different spectroscopic and quantum chemical methods applied by leading laboratories in geochemical research. Conformities as well as sources of discrepancies between the results of the different methods are to be evaluated, illuminating the potentials and limitations of cou-pling different spectroscopic and theoretical ap-proaches as tools for the comprehensive study of actinide molecule complexes. The test is understood to stimulate scientific discussions, but not as a competitive exercise between the labs of the community. Hopefully, the second ATAS workshop will continue to bundle and strengthen respective research activities and ideally act as a nucleus for an international network, closely collaborating with international partners. I am confident that the workshop will deliver many exciting ideas, promote scientific discussions, stimulate new developments and collaborations and in such a way be prosperous. This workshop would not take place without the kind support of the HZDR administration which is gratefully acknowledged. Finally, the or-ganizers cordially thank all public and private sponsors for generous funding which makes this meeting come true for scientists working on the heavy metal research field.

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung der Photolumineszenzdynamik von Halbleiter-Quantentöpfen (Quantum Wells), die durch Anregung von Intraband-Übergängen mittels resonanter Laserpulse im mittleren Infrarot- und Terahertz-Spektralbereich verändert wird. Diese Zweifarbenexperimente wurden mit Hilfe eines optischen Aufbaus für zeitaufgelöste Photolumineszenzspektroskopie am Großgerät Freie-Elektronen Laser FELBE am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf realisiert. Zeitlich verzögert zur gepulsten optischen Anregung über die Bandlücke wurden Intersubband- oder Intraexziton-Übergange in den Quantum Wells resonant angeregt. Die dadurch erreichte Ladungsträgerumverteilung zeigt sich in einer deutlichen Verringerung der Photolumineszenzintensität zum Zeitpunkt des zweiten Anregepulses, die im Folgenden als Photolumineszenz-Quenching bezeichnet wird. Zunächst wird die Stärke des Photolumineszenz-Quenchings in Abhängigkeit der Polarisationsrichtung des midinfraroten Laserstrahls ausgewertet. Während die Absorption durch freie Ladungsträger für beide Polarisationsrichtungen nachweisbar ist, wird experimentell gezeigt, dass Intersubbandabsorption nur möglich ist, wenn ein Anteil der anregenden Strahlung senkrecht zur Quantum-Well-Ebene polarisiert ist. Das Photolumineszenzsignal ist überwiegend an der energetischen Position der 1s-Exzitonresonanz unterhalb der Bandkante messbar. Die intraexzitonischen Übergangsenergien in Quantum Wells liegen typischerweise im Terahertzbereich. Unter intraexzitonischer 1s-2p Anregung erscheint auch auf dieser Energieskala ein abrupter Intensitätsverlust in der langsam abklingenden Photolumineszenztransiente. Erstmalig wurde im Photolumineszenzspektrum bei höheren Energien im Abstand der Terahertz-Photonenenergie ein zusätzliches 2s-Photolumineszenzsignal detektiert. Eine detaillierte theoretische Beschreibung dieses Problems durch unsere Kooperationspartner Koch et al. von der Phillips-Universität Marburg zeigt, dass unter intraexzitonischer 1s-2p Anregung eine effiziente Coulombstreuung zwischen den nahezu entarteten exzitonischen 2p- und 2s-Zustanden stattfindet. Während der 2p-Zustand optisch dunkel ist, kann die 2s-Population strahlend rekombinieren, was zu dem besagten 2s-Photolumineszenzsignal führt. Die Zeitkonstanten der untersuchten Ladungsträgerdynamik werden durch ein phänomenologisches Modell bestimmt, das die experimentellen Kurven sehr gut abbildet. Es wird ein Ratengleichungsmodell eingeführt, bei dem die involvierten Zustände auf optisch helle und optisch dunkle Besetzungsdichten reduziert werden. Darüber hinaus werden mit einem modifizierten Versuchsaufbau die Terahertz-induzierten Photolumineszenzsignaturen von Magnetoexzitonen untersucht. Die Stärke des 1s-Photolumineszenz-Quenchings ändert sich dabei entsprechend der magnetoexzitonischen Übergänge, die im betrachteten Feldstärkebereich zwischen 0T und 7T liegen. Für Magnetfelder größer als 3T sind keine 2s-Photolumineszenzsignale mehr messbar, da durch das externe magnetische Feld die Entartung der 2p- und 2s-Zustände aufgehoben wird.

We present nanoscale nuclear magnetic resonance (NMR) measurements performed with nitrogen-vacancy (NV) centers located down to about 2 nm from the diamond surface. NV centers were created by shallow ion implantation followed by a slow, nanometer-by-nanometer removal of diamond material using oxidative etching in air. The close proximity of NV centers to the surface yielded large 1H NMR signals of up to 3.4 lT-rms, corresponding to ~330 statistically polarized or ~10 fully polarized proton spins in a (1.8 nm)3 detection volume.

We present the controlled creation of single nitrogen-vacancy (NV) centers via ion implantation at the center of a photonic crystal cavity which is fabricated in an ultrapure, single crystal diamond membrane. High-resolution placement of NV centers is achieved using collimation of a 5 keV-nitrogen ion beam through a pierced tip of an atomic force microscope. We demonstrate coupling of the implanted NV centers’ broad band fluorescence to a cavity mode and observe Purcell enhancement of the spontaneous emission. The results are in good agreement with a master equation model for the cavity coupling.

Versuche mit radioaktiven Stoffen im Schulunterricht unterliegen der Strahlenschutzverordnung. Die Broschüre enthält wichtige Schutzvorschriften, die von Schulleitern und Lehrkräften im Umgang mit natürlichen und künstlichen radioaktiven Stoffen zu beachten sind. Die Vorschriften betreffen Erwerb, Lagerung, Kennzeichnung und Dokumentation von radioaktiven Stoffen sowie die personelle Organisation des Strahlenschutzes an Schulen.

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung der Photolumineszenzdynamik von Halbleiter-Quantentöpfen (Quantum Wells), die durch Anregung von Intraband-Übergängen mittels resonanter Laserpulse im mittleren Infrarot- und Terahertz-Spektralbereich verändert wird. Diese Zweifarbenexperimente wurden mit Hilfe eines optischen Aufbaus für zeitaufgelöste Photolumineszenzspektroskopie am Großgerät Freie-Elektronen Laser FELBE am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf realisiert. Zeitlich verzögert zur gepulsten optischen Anregung über die Bandlücke wurden Intersubband- oder Intraexziton-Übergange in den Quantum Wells resonant angeregt. Die dadurch erreichte Ladungsträgerumverteilung zeigt sich in einer deutlichen Verringerung der Photolumineszenzintensität zum Zeitpunkt des zweiten Anregepulses, die im Folgenden als Photolumineszenz-Quenching bezeichnet wird. Zunächst wird die Stärke des Photolumineszenz-Quenchings in Abhängigkeit der Polarisationsrichtung des midinfraroten Laserstrahls ausgewertet. Während die Absorption durch freie Ladungsträger für beide Polarisationsrichtungen nachweisbar ist, wird experimentell gezeigt, dass Intersubbandabsorption nur möglich ist, wenn ein Anteil der anregenden Strahlung senkrecht zur Quantum-Well-Ebene polarisiert ist. Das Photolumineszenzsignal ist überwiegend an der energetischen Position der 1s-Exzitonresonanz unterhalb der Bandkante messbar. Die intraexzitonischen Übergangsenergien in Quantum Wells liegen typischerweise im Terahertzbereich. Unter intraexzitonischer 1s-2p Anregung erscheint auch auf dieser Energieskala ein abrupter Intensitätsverlust in der langsam abklingenden Photolumineszenztransiente. Erstmalig wurde im Photolumineszenzspektrum bei höheren Energien im Abstand der Terahertz-Photonenenergie ein zusätzliches 2s-Photolumineszenzsignal detektiert. Eine detaillierte theoretische Beschreibung dieses Problems durch unsere Kooperationspartner Koch et al. von der Phillips-Universität Marburg zeigt, dass unter intraexzitonischer 1s-2p Anregung eine effiziente Coulombstreuung zwischen den nahezu entarteten exzitonischen 2p- und 2s-Zustanden stattfindet. Während der 2p-Zustand optisch dunkel ist, kann die 2s-Population strahlend rekombinieren, was zu dem besagten 2s-Photolumineszenzsignal führt. Die Zeitkonstanten der untersuchten Ladungsträgerdynamik werden durch ein phänomenologisches Modell bestimmt, das die experimentellen Kurven sehr gut abbildet. Es wird ein Ratengleichungsmodell eingeführt, bei dem die involvierten Zustände auf optisch helle und optisch dunkle Besetzungsdichten reduziert werden. Darüber hinaus werden mit einem modifizierten Versuchsaufbau die Terahertz-induzierten Photolumineszenzsignaturen von Magnetoexzitonen untersucht. Die Stärke des 1s-Photolumineszenz-Quenchings ändert sich dabei entsprechend der magnetoexzitonischen Übergänge, die im betrachteten Feldstärkebereich zwischen 0T und 7T liegen. Für Magnetfelder größer als 3T sind keine 2s-Photolumineszenzsignale mehr messbar, da durch das externe magnetische Feld die Entartung der 2p- und 2s-Zustände aufgehoben wird.

Introducción: La pérdida de tejido óseo como consecuencia de infecciones, tumores, traumatismos, defectos congénitos o pseudoartrosis, representa un problema aún no resuelto en la cirugía ortopédica y traumatología. Las complicaciones asociadas a la utilización de los injertos óseos ,cifradas entre el 6 y 20 % en autoinjertos, así como los potenciales riesgos de carácter infeccioso e inmunológico relacionados con los aloinjertos, hacen que actualmente exista gran interés en buscar alternativas a éstos, en las matrices de soporte y los biomateriales. Hipótesis: “Determinar si el copolímero implantado en defectos óseos de tamaño crítico en radio de conejo permite la regeneración ósea total con idénticas características biomecánicas, morfológicas y densitométricas a las del hueso sano”. Material y método: Estudiamos la regeneración ósea obtenida con un copolímero constituido por micro-hidroxiapatita (mHAp), ácido poli-L-láctico (PLLA) y nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT), dopado con o sin proteína morfogenética tipo 2 (rhBMP-2). Se crea un defecto de tamaño crítico (15 mm) en el radio de 30 conejos, a los que se les aplica tratamientos diferentes que se valoran mediante ensayos biomecánicos de flexión a 4 puntos (perfil polar de rigidez a flexión, índice de rigidez) y de torsión (par torsor recuperado); estudios densitométrico y de la morfología del callo, a las 8 y 16 semanas. A las 8 semanas se utilizan tres tratamientos diferentes (autoinjerto; copolímero sin rhBMP-2 y copolímero con rhBMP-2) y a las 16 semanas, dos tratamientos (autoinjerto y copolímero con rhBMP-2). Resultados y Discusión: En el estudio morfológico del callo óseo formado (TAC), a las 8 semanas, observamos consolidación completa del grupo tratado con autoinjerto. Los grupos tratados con copolímero dopado con y sin rhBMP-2, forman puentes óseos sin conseguir la consolidación completa del defecto y sin la reabsorción del andamio. En los ensayos a flexión a 4 puntos, para el parámetro perfil polar de rigidez a flexión (PPRF), sólo el autoinjerto a las 16 semanas, consigue una gráfica superponible al hueso sano En el parámetro índice de rigidez (SI), a las 8 semanas, encontramos diferencias significativas entre los grupos autoinjerto y copolímero dopado y entre los grupos copolímero dopado y sin dopar. A las 16 semanas, encontramos diferencias significativas entre los grupos autoinjerto y copolímero dopado. Los resultados de los ensayos a torsión, a las 8 semanas, para el par torsor recuperado (PTR) fueron 109,4% (autoinjerto); 85,5% (copolímero dopado) y del 71% (copolímero sin dopar). A las 16 semanas se obtienen valores de PTR superiores al hueso sano para los dos tipos de tratamiento. En los estudios densitométricos,a las 8 semanas, el copolímero con y sin rhBMP-2 consigue valores densitométricos, tanto del porcentaje de volumen (PV) como del porcentaje de densidad (PD) superiores al hueso sano. Las caracteristicas del hueso regenerado con nuestro copolímero son superiores biomecánica y desitométricamente, a las obtenidas por otros autores, en el tratamiento de defectos de tamaño crítico. Conclusiones: 1. La propiedades biomecánicas del hueso regenerado a partir del copolímero dopado como sin dopar con rhBMP-2, son comparables a las del hueso sano contralateral. 2. Las características densitométricas del hueso regenerado por el copolímero, tanto dopado como sin dopar con rhBMP-2, son semejantes en el estadío precoz del estudio, al hueso sano contralateral. 3. El copolímero “per se” regenera hueso siendo capaz de reparar defectos óseos de tamaño crítico. 4. El autoinjerto sigue considerándose mecánica y densitométricamente como la mejor opción de tratamiento en defectos óseos de tamaño crítico. No obstante, nuestro biomaterial analizado constituye una adecuada alternativa terapéutica. / Introduction: Bone tissue loss as a result of infections, tumours, traumas, hereditary defects or pseudoarthrosis represent a problem represents a problem which has not been solved yet in the field of orthopaedic surgery or traumatology. Difficulties associated to the use of bone grafts, up to 6 and 20% for autografts, as well as for those with a high infection- and immunological-type risk linked to allografts, arouses a special interest to search for alternatives to bone grafts in the support matrixes and biomaterials. Hypothesis: “To determine whether the copolymer implanted in critical-size bone defects in a rabbit radium permits a total bone regeneration with identical biomechanical, morphological and densitometric features as those of a healthy bone”. Materials and method: Bone regenaration resulting from a copolymer made of hydroxyapatite (mHAp), poli-L-lactic acid (PLLA) and single-wall carbon nanotubes (SWCNT), doped with or without morpho-genetic protein type 2 (rhBMP-2) is studied. A critical-size defect (15 mm) is created in the radium of 30 rabbits (white rabbits with a genetic line from New Zealand), which are applied different treatments which are judged by biomechanical tests (4-point flexion test and torsion), densitometric tests and callus morphology, during the 8th and 16th week. At the 8th week, three different treatments are used (autograft; copolymer without rhBMP-2 and copolymer with rhMBP-2) and at the 16th week, two treatments (autograft and copolymer with rhBMP-2). Results and discussion: In the bone-callus morphological research (TAC), at the 8th week a complete consolidation is observed by means of a micro-TAC in the group treated with autograft. Those groups treated with a copolymer with and without rhBMP-2 show bone bonding, but it does not reach a complete consolidation of the defect or a scaffold reabsorption. The results in the 4-point flexion, for the polar profile parameter of flexion stiffness (PPRF) the only group achieving a comparable graphic to a healthy bone, is the autograft tested at the 16th week. In the index-stiffness parameter (SI) at the 8th week statistically significant differences can be observed between the groups treated with an autograft and with a copolymer, whether doped or not. At the 16th week, significant differences can be found between the groups with autograft and doped copolymer. The results of the torsion essays, at the 8th week, for the recovery parameter of the torsion pair (PTR) were 109.4% (autograft), 85.5% (doped copolymer) and 71% (not doped copolymer). At the 16th week PTR values are higher than those of the healthy bon or both kinds of treatment. Densitomtrical researches results, at the 8th week, the copolymer with and without rhBMP-2 achieves higher densitometrical values than the healthy bone, as regards volume percentage (VP) and density percentage (DP). The features of the bone regenerated by our copolymer are biomechanically and densitometrically higher than those obtained by other authors when treating critical-size defects. Conclusions: 1. Biomechanical features of the bone regenerated y the copolymer, both doped or not doped with rhBMP-2 are comparable to the ones of the contralateral healthy bone. 2. The densitometric features of the bone regenerated by the copolymer, both doped and not doped with rhBMP-2, are similar to the contralateral healthy bone at the moment prior to this research. 3. The copolymer itself regenerates the bone, being able to repair critical-size bone defects. 4. Autograft is both mechanically and desitometrically the best option to repair critical-size defects. However, the biomaterials herein analysed constitutes an adequate therapeutic alternative.

Moderne Hochdruckforschung entwickelt sich rasant zu einer der vielfältigstens und überraschensten Disziplinen der Festkörperphysik. Unter Benutzung von Diamantstempelzellen können Drücke erreicht werden, die den Bedingungen im Inneren unserer Erde ähneln. Eine Anwendung von Kernmagnetischen Resonanzexperimenten (NMR) in Diamantstempelzellen galt jedoch fur lange Zeit als unmöglich. In der vorliegenden Arbeit wird ein neuartiger Ansatz weiterentwickelt, der Radiofrequenz-(RF)-Mikrospulen benutzt, die direkt zwischen den Diamantstempeln platziert werden, und somit zu einer signififikanten Sensitivitatssteigerung führen. Es ist gelungen, Hochdruckzellen zu entwickeln, die fur die speziellen Anforderungen der NMR zugeschnitten sind. Des Weiteren konnte eine nicht metallische, nicht magnetische Dichtung entwickelt werden, die zudem zu einer signififikanten Stabilisierung des Probenvolumens führt. Eine breit angelegte Analyse der Leistungsfähigkeit dieser neuartigen NMR-Hochdruckprobenköpfe zeigt deren Leistungsfähigkeit mit sehr hohen Empfifindlichkeiten sowie einer exzellenten RF Anregung und Zeitauflösung. Drei Anwendungsbeispiele, die das Potenzial dieses Ansatzes in dieser Arbeit unterstreichen, werden vorgestellt. Bei Drücken von bis zu 4 GPa werden die elektronischen und dynamischen Eigenschaften von elementarem Gallium untersucht. Unter höheren Drücken ist es gelungen, einen druckinduzierten Isolator-Metall-Übergang in dem ternaren Chalkogenid AgInTe2 zu beobachten. Schlussendlich ist es gelungen, die strukturellen und elektronischen Eigenschaften von Rubin bei Drücken von bis zu 30.5 GPa zu untersuchen, was einer Verdreifachung des bisher zugänglichen experimentellen Druckbereiches entspricht und die NMR fur moderne Hochdruckanwendungen möglich macht.

In this thesis we study axions, a byproduct of the Peccei-Quinn solution to the strong CP problem, which are also a viable candidate for the dark matter content of the Universe. In the first part of the thesis, we revisit the Dine-Fischler-Srednicki-Zhitnisky axion model in light of the recent Higgs LHC results and electroweak precision data. This model is an extension of the two-Higgs-doublet model incorporating a PQ symmetry which leads to a physically acceptable axion. For generic values of the couplings, the model reproduces the minimal Standard Model, with a massless axion and all the other degrees of freedom at a very high scale. However, in some scenarios, the extra Higgses could be relatively light. We use the oblique corrections, in particular Δρ, to constrain the mass spectrum in this case. Finally, we also work out the non-linear parametrization of the DFSZ model in the generic case where all scalars except the lightest Higgs and the axion have masses at or beyond the TeV scale. In the second part, we study the relevance of a cold axion background (CAB) as a responsible for the dark matter in the Universe. We examine indirect consequences of its presence through its effects on photon and cosmic ray propagation. First, we study the axion-photon system under the joint influence of two backgrounds: an external magnetic field and a CAB. Their effect consists in producing a three-way mixing of the axion with the two polarizations of the photon. We determine the proper frequencies and eigenvectors as well as the corresponding photon ellipticity and induced rotation of the polarization plane that depend both on the magnetic field and the local density of axions. We also comment on the possibility that some of the predicted effects could be measured in optical table-top experiments. Then, we consider the case in which no magnetic field is present. Here, circularly polarized photons are energy eigenstates, with a modified dispersion relation. This enables the emission of a photon by a charged particle, such as a cosmic ray, which is forbidden in regular QED due to energy-momentum conservation. We study the energy loss of a cosmic ray due to this process and compute the energy flux of photons emitted in this way, which depends on the cosmic ray spectrum.

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