[ES] En el presente trabajo, se investigan algunos aspectos de la interacción de los materiales dieléctricos con ondas de THz. La banda de THz, que incluye las frecuencias de 100 GHz a 30 THz, ha despertado un gran interés sobre todo por su baja energía y su buena capacidad de penetración en materiales de uso diario como tejidos y plásticos. Las características peculiares de estas ondas permiten su aplicación en diversos campos tecnológicos, especialmente como herramientas científicas y para la inspección de control de calidad. Para avanzar en la aplicación práctica de la radiación THz, la presente tesis doctoral investigó varios caminos. En primer lugar, se trataron métodos alternativos de bajo coste para la fabricación de componentes pasivos de THz, centrándose en los polarizadores. El interés en el control de la polarización nace de la demanda de un mayor control sobre las características físicas de los haces de THz. Asimismo, se han investigado los polarizadores wire grid flexible basados en el efecto de absorción dicroica. Se han fabricado polarizadores con grafito y GaIn24,5 depositados en materiales ordinarios utilizados como sustratos (papel y polímeros como PVA y PVC). Mediante la colaboración con el grupo de investigación chino dirigido por el profesor Liu de la Universidad de Tsinghua, se investigaron procesos de fabricación alternativos. Todos los componentes se simularon mediante un simulador comercial basado en la técnica de integrales finitas FIT (CST Microwave Studio). En segundo lugar, se investigó el potencial de la técnica de fixed delay para la detección rápida de elementos homogéneos y transparentes con posible aplicación en la inspección de calidad industrial. En este esquema, la variación de corriente del haz de THz en un punto específico está relacionada con la variación de sus parámetros ópticos, por lo que se demostró la capacidad de detectar defectos, así como de estimar sus volúmenes bajo ciertas condiciones. Por último, un enfoque diferente para el beam profile basado en un slit dieléctrico fue evaluada como alternativa a los métodos convencionales utilizados en la región de THz y la óptica. Todas las mediciones, tanto la espectroscopia como el control de la polarización, se hicieron por medio de un sistema basado en fibra TDS-THz, con antenas fotoconductoras (PCA), tanto para la generación como para la detección de THz. / [EN] In the present work, some aspects of the role of dielectric materials when interacting with THz waves were investigated. The THz bandgap, which covers the frequencies from 100 GHz to 30 THz, has aroused great interest mainly due to its low energy and its good penetration capacity in some materials of daily use such as fabrics and plastics. The peculiar features of terahertz waves enable their application in various technological fields, especially as scientific tools and for quality control inspection. To advance in the practical application of THz radiation, the present doctoral thesis researched several paths. Firstly, alternative low-cost methods for manufacturing THz passive components, in particular, THz polarizers was treated. The interest in polarization control is derived from the demand for greater control over the physical characteristics of THz beams. Flexible wire grid polarizers based on the dichroic absorption effect have been investigated. The polarizers have been manufactured using graphite and GaIn24.5 deployed on ordinary materials used as substrates (paper and polymers such as PVA and PVC). Through a collaboration undertaken with the Chinese research group led by Professor Liu at Tsinghua University, alternative manufacturing processes were researched. All components were simulated through a commercial simulator based on the FIT finite integrals technique (CST Microwave Studio). Secondly, the potential of the fixed delay technique was investigated for rapid sensing of homogeneous and transparent items with possible application to industrial quality inspection. In this scheme, the current variation of the THz beam at a specific point is related to the variation of its optical parameters, thus it was demonstrated the ability of the method in detecting voids as well as in roughly estimating their volumes under certain conditions. Finally, a different approach for beam profiling based on a dielectric slit aperture was evaluated, as an alternative to the conventional methods used in the THz region and optics All measurements, both spectroscopy and polarization control, were made by means of a TDS-THz fibre-based system, with photoconductive antennas (PCA), both for the generation and detection of THz. / [CA] En el present treball, s'investiguen alguns aspectes del paper dels materials dielèctrics quan interactuen amb ones de THz. El bandgap de THz, que cobreix les freqüències de 100 GHz a 30 THz, ha despertat un gran interés principalment a causa de la seua baixa energia i la seua bona capacitat de penetració en alguns materials d'ús diari com els teixits i els plàstics. Les característiques peculiars de les ones de terahertz permeten la seua aplicació en diversos camps tecnològics, especialment com a eines científiques i per a la inspecció de control de qualitat. Per a avançar en l'aplicació pràctica de la radiació THz, la present tesi doctoral investiga diversos camins. En primer lloc, es s'han tractat mètodes alternatius de baix cost per a la fabricació de components passius de THz, centrant-se principalment en polaritzadors de THz. L'interés en el control de la polarització es deriva de la demanda d'un major control sobre les característiques físiques dels feixos de THz. Així mateix, s'han investigat els polaritzadors amb reixes de filferro flexible basats en l'efecte d'absorció dicroica. Els polaritzadors s'han fabricat utilitzant grafit i GaIn24,5 desplegats en materials ordinaris utilitzats com a substrats (paper i polímers com el PVA i el PVC). Mitjançant una col·laboració empresa amb el grup d'investigació xinés dirigit pel professor Liu de la Universitat de Tsinghua, es van investigar processos de fabricació alternatius. Tots els components es van simular mitjançant un simulador comercial basat en la tècnica d'integrals finites FIT (CST Microwave Studio). En segon lloc, s'ha investigat el potencial de la tècnica de retard fix per a la detecció ràpida d'elements homogenis i transparents amb possible aplicació a la inspecció de qualitat industrial. En aquest esquema, la variació actual del feix de THz en un punt específic està relacionada amb la variació dels seus paràmetres òptics, per la qual cosa es va demostrar la capacitat del mètode per a detectar els buits així com en l'estimació aproximada dels seus volums sota certes condicions. Finalment, un enfocament diferent per al perfil de feix basat en una obertura d'escletxa dielèctrica ha sigut avaluada, com a alternativa als mètodes convencionals utilitzats a la regió de THz i l'òptica.Tots els mesuraments, tant l'espectroscòpia com el control de la polarització, es van fer per mitjà d'un sistema basat en fibra TDS-THz, amb antenes fotoconductores (PCA), tant per a la generació com per a la detecció de THz. / Colleoni, MPM. (2020). Dielectric-based Components and Methods for Terahertz Sensing [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/149569

La caracterización eléctrica del tejido biológico adquiere mayor relevancia cada día. En este proceso, la determinación de la conductividad y permitividad eléctrica del tejido biológico aumenta en importancia en el área de las ciencias de la vida y la salud, al intentar utilizarlas para caracterizar el tejido normal del patológico o usarla para realizar tomografía de impedancia eléctrica (TIE). Hasta ahora esta determinación se realiza con métodos basados en el contacto eléctrico.Existen estudios previos que establecen la posibilidad teórica de determinar la conductividad eléctrica de sustancias poco conductoras a través de métodos libres de contacto, basados en principios de inducción magnética. Estos estudios establecen una expresión analítica entre la conductividad, la permitividad eléctrica y la geometría de la muestra (considerada no magnética) en un caso sencillo con la razón señal-portadora (SCR). Esta última, definida como la relación entre un campo magnético B0 que llena la región donde se ubicará la muestra y el campo magnético de perturbación B que produce la muestra.En una primera fase de este trabajo se estableció la posibilidad de realizar estas determinaciones con la utilización de la instrumentación comercialmente disponible. A partir de qué frecuencias es posible y la importancia de cuidar los detalles asociados con el apantallamiento de las distintas partes del sistema.Posteriormente se desarrolló un modelo de comportamiento bajo la acción de un campo magnético, de materiales cuyas propiedades eléctricas pasivas (PEP) son similares a las del tejido biológico. Para un sistema bobina-bobina y una muestra de geometría cilíndrica, se dedujo una expresión analítica en la cual se incluye, además de la conductividad y la permitividad eléctrica, la susceptibilidad magnética del material que constituye la muestra (considerando el material débilmente magnético).Con esta expresión y la instrumentación desarrollada en la División de Instrumentación y Bioingeniería (DIB) del Departamento de Ingeniería Electrónica de la Universidad Politécnica de Cataluña, se logró verificar la posibilidad de discriminar muestras constituidas por compuestos inorgánicos (sales) con distintas conductividades y susceptibilidades magnéticas. El sistema también se utilizó en muestras de tejido hepático de algunas decenas de gramos de masa, verificándose la posibilidad de discriminar entre muestras con sobrecarga media e intensa de hierro y muestras normales o con poca sobrecarga de este metal.Finalmente se dimensionó el sistema en un intento de adecuarlo para medir la sobrecarga de hierro hepático en pacientes en los cuales se conoce su existencia o se sospecha. Se modificaron los protocolos y el software para medidas en vivo. En este punto de la investigación no se logró una diferenciación definitiva entre los individuos considerados normales y aquellos a los que se les supone distintas sobrecargas de este metal.Se concluye que, para sistemas de medida de las PEP con métodos basados en inducción magnética, es fundamental el cuidado con los apantallamiento a fin de evitar los efectos de los acoplos indeseados. Además, se determinó que es posible, con el sistema desarrollado en la DIB trabajando a una sola frecuencia y el modelo propuesto, la discriminación entre muestras con diferente conductividad eléctrica y susceptibilidad magnética en muestras inorgánicas. En tejido hepático se determinó la posibilidad de diferenciar ciertos grados de sobrecarga de hierro. En medidas en vivo no se logró la discriminación definitiva de sujetos con sobrecarga de hierro hepático y voluntarios supuestos sanos. Sin embargo, de acuerdo a los resultados obtenidos, existen fuertes indicios que permiten pensar que mejorando el procesamiento y análisis de los datos será posible esta diferenciación.