[ES] La tomografía por difracción surge para mejorar las técnicas de imagen al considerar la naturaleza ondulatoria de la luz. Mientras que los primeros sistemas de imagen médica se basaban únicamente en fuentes sin difracción, este enfoque consigue mejorar la reconstrucción del índice de refracción de los objetos, lo que permite, por ejemplo, el estudio de estructuras subcelulares. Del mismo modo, la demanda de redes de telecomunicaciones cada vez más rápidas y seguras ha propiciado la aparición de la fotónica. Hace dos décadas, la combinación de estos dos campos dio lugar a los primeros sistemas de tomografía por difracción óptica (ODT), los cuáles han evolucionado rápidamente durante este siglo. En esta tesis, presentamos dos nuevas aplicaciones de la ODT. La primera está relacionada con el concepto del microscopio tomográfico de fase (TPM), una versión de la ODT que permite el estudio de células aisladas, con muchas aplicaciones biomédicas, como el diagnóstico y la prognosis del cáncer. Sin embargo, los sistemas TPM actuales son caros, pesados y complejos. Para resolver estos problemas, proponemos el concepto de TPM en chip. Con este fin, diseñamos una hoja de ruta hacia el primer dispositivo tomográfico integrado en el marco de la tecnología lab-on-a-chip (LoC), y desarrollamos los primeros pasos para ello: 1) Hasta ahora, sólo se han utilizado detectores planos para obtener los mapas de índice de refracción de los objetos estudiados en TPM, basados en la detección del campo difractado hacia delante. Sin embargo, los principios físicos fundamentales indican que medir también el campo difractado hacia detrás debería mejorar la resolución de las imágenes. Además, un detector plano no es la configuración óptima para el TPM en chip. En esta línea, hemos explorado la posibilidad de usar detectores circulares en este escenario, como una técnica más adecuada para las configuraciones en chip, demostrando al mismo tiempo que este enfoque proporciona una mejor resolución que el lineal. 2) Proponemos un esquema de TPM en chip basado en el uso de nanoantenas dieléctricas como fuente de luz y píxeles detectores ODT, y caracterizamos experimentalmente su comportamiento mediante microscopía óptica de campo cercano. En cuanto a la segunda aplicación, estudiamos el potencial de la ODT como nuevo paradigma en la detección de capas de invisibilidad realistas, una de las aplicaciones más importantes de los metamateriales. Hasta ahora, el scattering cross section (SCS) se ha utilizado como modelo de referencia para diseñar y observar la eficacia de estos dispositivos para ocultar objetos. En nuestro estudio, demostramos que la ODT puede detectar las capas de invisibilidad prácticas con una sensibilidad superior a la que ofrece el SCS, incluso a las frecuencias de trabajo óptimas. Además, es posible obtener una imagen representativa del tamaño y la forma de la capa, revelando claramente su existencia. Finalmente, se discuten las conclusiones extraídas de los resultados obtenidos. Además, se detallan las futuras líneas de trabajo para abordar los retos que no se han completado en esta tesis doctoral. / [CA] La tomografia per difracció sorgeix per millorar les tècniques d'imatge anteriors en considerar la naturalesa ondulatòria de la llum. Mentre que els primers sistemes d'imatge mèdica es basaven únicament en fonts sense difracció, aquest enfocament aconsegueix millorar la reconstrucció de l'índex de refracció dels objectes, la qual cosa permet, per exemple, l'estudi d'estructures subcelulars. De la mateixa manera, la demanda de xarxes de telecomunicacions cada vegada més ràpides i segures ha propiciat l'aparició de la fotònica. Fa dues dècades, la combinació d'aquests dos camps va portar als primers sistemes de tomografia per difracció òptica (ODT), els quals han evolucionat ràpidament durant aquest segle. En aquesta tesi, presentem dues noves aplicacions de la ODT. La primera està relacionada amb el concepte del microscopi tomogràfic de fase (TPM), una versió de la ODT que permet l'estudi de cèl·lules aïllades, amb moltes aplicacions en biomedicina, com el diagnòstic i prognosi del càncer. No obstant això, els sistemes TPM actuals són cars, pesats i complexos. Per resoldre aquests problemes, proposem el concepte de TPM en xip. Per fer-ho, dissenyem un full de ruta cap al primer dispositiu tomogràfic integrat en el marc de la tecnologia lab-on-a-chip (LoC), i desenvolupem els primers passos a aquest efecte: 1) Fins ara, només s'han utilitzat detectors plans per a obtindre els mapes d'índex de refracció dels objectes estudiats en TPM, basats en la detecció del camp difractat cap avant. No obstant això, els principis físics fonamentals indiquen que mesurar també el camp difractat cap endarrere hauria de millorar la resolució de les imatges. A més, un detector pla no és la configuració òptima per al TPM en xip. En aquesta línia, hem explorat la possibilitat d'usar detectors circulars en aquest escenari, com una tècnica més adequada per a les configuracions en xip, demostrant al mateix temps que aquest enfocament proporciona una millor resolució que el lineal. 2) Proposem un esquema de TPM en xip basat en l'ús de nanoantenes dielèctriques com a font de llum i píxels detectors ODT, i caracteritzem experimentalment el seu comportament en camp pròxim mitjançant microscòpia òptica de camp pròxim. Pel que fa a la segona aplicació, estudiem el potencial de la ODT com a nou paradigma en la detecció de capes d'invisibilitat realistes, una de les aplicacions més importants dels metamaterials. Fins ara, el scattering cross section (SCS) s'ha utilitzat com a model de referència per a dissenyar i observar l'eficàcia d'aquests dispositius per a ocultar objectes. En el nostre estudi, vam demostrar que la ODT pot detectar les capes d'invisibilitat pràctiques amb una sensibilitat superior a la que ofereix el SCS, fins i tot a les freqüències de treball òptimes. A més, és possible obtindre una imatge representativa de la grandària i la forma de la capa, revelant clarament la seua existència. Finalment, es discuteixen les conclusions extretes dels resultats obtinguts i es detallen les futures línies de treball per a abordar els reptes que no s'han completat en aquesta tesi doctoral. / [EN] Diffraction Tomography arises to improve previous imaging techniques by considering the wave nature of light. Whereas the first medical imaging systems relied only on non-diffracting sources, this approach results in an enhanced reconstruction of the object's refractive index distribution, allowing, for example, the study of subcellular structures. Likewise, the demand for increasingly faster and secure telecommunication networks led to the advent of photonics. Two decades ago, the combination of these two fields gave rise to the first optical diffraction tomography (ODT) systems, which have rapidly evolved during this century. In this thesis, we present two novel applications of ODT. The first one is related to the concept of tomographic phase microscopy (TPM), a version of ODT that enables the study of isolated cells, with many applications in biomedicine, such as the diagnosis and prognosis of cancer. Nevertheless, current TPM systems are expensive, heavy, and cumbersome. To solve these issues we propose the concept of on-chip TPM. For this purpose, we design a roadmap towards the first integrated tomographic device in the frame of lab-on-a-chip (LoC) technology and develop the first steps to this end: 1) Until now, only flat detectors have been used to obtain the refractive index maps of the objects studied in TPM, based on the detection of the forward scattering. However, fundamental physical principles indicate that measuring also the backscattered field should improve the resolution of the images. Moreover, a flat detector is not the optimal configuration for on-chip TPM. In this vein, we have explored the possibility of using circular detectors in this scenario as a more suitable technique for on-chip configurations, demonstrating at the same time that this approach provides a better resolution than the linear one. 2) We propose a TPM on-chip scheme based on the use of dielectric nanoantennas as the ODT light source and detector pixels, and experimentally characterize their near-field behavior via scanning near-field optical microscopy. As for the second application, we study the potential of ODT as a new paradigm in the detection of realistic invisibility cloaks, one of the most important applications of metamaterials. Up to now, the scattering cross section (SCS) has been used as the gold standard to design and observe the effectiveness of these devices in hiding objects. In our study, we show that ODT can detect practical invisibility cloaks with a higher sensitivity than that offered by the SCS, even at the optimal working frequencies. Moreover, it is possible to obtain an image depicting the size and shape of the cloak, clearly revealing their existence. Finally, the conclusions drawn from the obtained results are discussed. In addition, future lines of action to address the challenges that have not been completed in this doctoral thesis are detailed. / Díaz Fernández, FJ. (2021). Novel Applications of Optical Diffraction Tomography: On-chip Microscopy and Detection of Invisibility Cloaks [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/180125 / TESIS

Tesis por compendio / [ES] Las tortugas bobas son organismos de gran movilidad que ocupan hábitats extensos y diversos, lo que las expone a varias amenazas que pueden afectar negativamente a la persistencia de sus poblaciones. Delinear medidas prioritarias de conservación para esta especie es todo un reto debido a la escasez del conocimiento integrado sobre su supervivencia, uso de hábitat y exposición relativa a amenazas, especialmente durante las primeras etapas de su ciclo vital. En la cuenca occidental del mar Mediterráneo esto adquiere mayor relevancia si se contextualiza en el proceso de colonización que está teniendo lugar en la zona durante la última década. Se ha registrado un aumento en el número de nidos y hembras nidificantes, para cuya protección se han tomado medidas de gestión como la reubicación de nidos y la inclusión de neonatos en programas de "head-starting". Esta coyuntura ha ofrecido una oportunidad única para incrementar el conocimiento sobre la supervivencia, dispersión y uso de hábitat de hembras nidificantes y post-neonatos de tortuga boba. Ninguna investigación previa ha realizado un seguimiento por satélite de hembras nidificantes en el Mediterráneo occidental, ni de post-neonatos mediterráneos con tamaño inferior a 35 cm. La finalidad de esta tesis es abordar las lagunas de conocimiento mencionadas y aportar herramientas para mejorar las estrategias de planificación marina dirigidas a la conservación de la tortuga boba en el Mediterráneo. Los principales objetivos fueron: i) proporcionar las primeras estimaciones empíricas de supervivencia de post-neonatos, ii) dilucidar las rutas de dispersión y el uso de hábitat en las diferentes etapas del ciclo vital, iii) identificar áreas relevantes para su protección, iv) evaluar la eficacia de las actuales áreas marinas protegidas (AMPs) para la conservación de la tortuga boba, y v) proponer medidas de conservación basadas en el análisis espacial. Para ello, se analizaron las trayectorias de 117 tortugas seguidas vía satélite entre 2003 y 2022. Estos datos incluyen las primeras trayectorias de hembras nidificantes en España y de post-neonatos mediterráneos, que se han publicado en un repositorio. Además, se realizó la primera evaluación del uso de hábitat y de AMPs por tortugas bobas marcadas en el Mediterráneo occidental, a lo largo de su ciclo vital. Los resultados de esta tesis muestran, por primera vez, la capacidad de supervivencia y dispersión, así como uso de hábitat de post-neonatos de tortuga boba en el Mediterráneo. Los mares Jónico y de Levante se identificaron como zonas potenciales de desarrollo de post-neonatos. Por otro lado, las hembras mostraron dos comportamientos diferentes durante el periodo de inter-anidación: i) fidelidad a la zona de nidificación, o ii) comportamiento exploratorio de nidificación. Durante la etapa no reproductora, la mayoría de las hembras permanecieron alimentándose en aguas oceánicas de la cuenca argelina. Además, se registró por primera vez la reemigración de esta especie para nidificar de nuevo en España, lo que confirma que las hembras pueden mostrar un cierto grado de fidelidad al lugar de nidificación entre ciclos reproductores. La presente tesis confirma la importancia de la cuenca argelina para las tortugas bobas del Mediterráneo occidental, en particular para los juveniles y adultos. Otras zonas identificadas como importantes son el sur del mar Balear, el mar de Alborán, el canal de Sicilia, el noreste de Túnez, las aguas de Malta, el mar Tirreno y el mar Jónico, según la etapa vital. El análisis de la distribución espacial de la tortuga boba también ha revelado que la distribución y cobertura actuales de las AMPs mediterráneas no contribuyen a alcanzar los objetivos de conservación para esta especie. Los resultados obtenidos en esta tesis contribuyen al conocimiento de la supervivencia y uso espacial de la tortuga boba a lo largo de su ciclo vital en el mar Mediterráneo. / [CA] Les tortugues babaues són organismes de gran mobilitat que ocupen hàbitats extensos i diversos, la qual cosa les exposa a diverses amenaces que poden afectar negativament la persistència de les seues poblacions. Delinear mesures prioritàries de conservació per a aquesta espècie és tot un repte degut a l'escassetat del coneixement integrat sobre la seua supervivència, ús d'hàbitat i exposició relativa a amenaces, especialment durant les primeres etapes del seu cicle vital. En la conca occidental de la mar Mediterrània això adquireix major rellevància si es contextualitza en el procés de colonització que està tenint lloc en la zona durant l'última dècada. S'ha registrat un augment en el nombre de nius i femelles nidificants, per a la protecció de les quals s'han pres mesures de gestió com la reubicació de nius i la inclusió de nounats en programes de "*head-*starting". Aquesta conjuntura ha oferit una oportunitat única per a incrementar el coneixement sobre la supervivència, dispersió i ús d'hàbitat de femelles nidificants i post-nounats de tortuga babaua. Cap investigació prèvia ha realitzat un seguiment per satèl·lit de femelles nidificants en el Mediterrani occidental, ni de post-nounats mediterranis amb grandària inferior a 35 cm. La finalitat d'aquesta tesi és abordar les llacunes de coneixement esmentades i aportar eines per a millorar les estratègies de planificació marina dirigides a la conservació de la tortuga babaua al Mediterrani. Els principals objectius van ser: i) proporcionar les primeres estimacions empíriques de supervivència de post-nounats, *ii) dilucidar les rutes de dispersió i l'ús d'hàbitat en les diferents etapes del cicle vital, *iii) identificar àrees rellevants per a la seua protecció, *iv) avaluar l'eficàcia de les actuals àrees marines protegides (*AMPs) per a la conservació de la tortuga babaua, i *v) proposar mesures de conservació basades en l'anàlisi espacial. Per a això, es van analitzar les trajectòries de 117 tortugues seguides via satèl·lit entre 2003 i 2022. Aquestes dades inclouen les primeres trajectòries de femelles nidificants a Espanya i de post-nounats mediterranis, que s'han publicat en un repositori. A més, es va realitzar la primera avaluació de l'ús d'hàbitat i de *AMPs per tortugues babaues marcades en el Mediterrani occidental, al llarg del seu cicle vital. Els resultats d'aquesta tesi mostren, per primera vegada, la capacitat de supervivència i dispersió, així com ús d'hàbitat de post-nounats de tortuga babaua al Mediterrani. Les mars Jònic i de Llevant es van identificar com a zones potencials de desenvolupament de post-nounats. D'altra banda, les femelles van mostrar dos comportaments diferents durant el període de *inter-implantació: i) fidelitat a la zona de nidificació, o *ii) comportament exploratori de nidificació. Durant l'etapa no reproductora, la majoria de les femelles van romandre alimentant-se en aigües oceàniques de la conca algeriana. A més, es va registrar per primera vegada la reemigració d'aquesta espècie per a nidificar de nou a Espanya, la qual cosa confirma que les femelles poden mostrar un cert grau de fidelitat al lloc de nidificació entre cicles reproductors. La present tesi confirma la importància de la conca algeriana per a les tortugues babaues del Mediterrani occidental, en particular per als juvenils i adults. Altres zones identificades com a importants són el sud de la mar Balear, la mar d'Alborán, el canal de Sicília, el nord-est de Tunísia, les aigües de Malta, la mar Tirrena i la mar Jònica, segons l'etapa vital. L'anàlisi de la distribució espacial de la tortuga babaua també ha revelat que la distribució i cobertura actuals de les *AMPs mediterrànies no contribueixen a aconseguir els objectius de conservació per a aquesta espècie. Els resultats obtinguts en aquesta tesi contribueixen al coneixement de la supervivència i ús espacial de la tortuga babaua al llarg del seu cicle vital en la mar Mediterrània. / [EN] Loggerhead sea turtles (Caretta caretta) are highly mobile organisms, which occupy diverse habitats that often span large distances, exposing them to threats that can negatively impact the ability of their populations to persist. Delineating conservation priority measures for this species is challenging since integrated knowledge on survival, habitat use and the relative exposure to threats remains scarce, especially during the early life stages. In the western Mediterranean basin this is particularly relevant when considering the current colonization process taking place in the area within the last decade. During recent years, records on nesting females and clutches have increased and, when possible, management measures such as nest relocation and head-starting programs have been undertaken. This offers a unique opportunity to fill in the knowledge gaps on survival, dispersal routes and habitat use of loggerhead nesting females and post-hatchlings. No research prior to this thesis has satellite-tracked nesting and post-nesting females in the western Mediterranean, nor Mediterranean post-hatchlings smaller than 35 cm. The present thesis aims to address the aforementioned knowledge gaps and enhance marine planning strategies for loggerhead conservation in the Mediterranean Sea. The main objectives were: i) to provide the first empirical survival estimates for head-started post-hatchlings, ii) to elucidate the dispersal routes and habitat use at different life stages, iii) to identify areas that should be considered for protection, iv) to assess the effectiveness of current marine protected areas (MPAs) and other protection measures for loggerhead conservation, and v) to propose spatial conservation measures based on research findings. To achieve these objectives, trajectories of 117 turtles satellite-tracked between 2003 and 2022 were analyzed. This dataset includes the first tracking data of nesting and post-nesting females in Spain and Mediterranean post-hatchlings, which have been made publicly available in a data repository. Moreover, the first assessment of habitat use and the use of MPAs for loggerhead sea turtles tracked from western Mediterranean thorough their life cycle was conducted. The outcomes of this thesis revealed, for the first time, the capability of survival and dispersal, as well as the habitat use of post-hatchlings in the Mediterranean Sea. The Ionian and Levant Seas were identified as potential developmental areas for post-hatchlings. Nesting females exhibited three different behaviours during the inter-nesting period: i) some degree of fidelity to a nesting area, ii) an exploratory nesting behavior, or iii) movement towards oceanic waters after tagging. In addition, the first-time remigration of this species to nest in Spain was recorded, confirming that females show some degree of nest site fidelity between breeding cycles. During the non-breeding stage, females remained in most cases foraging in oceanic waters of the Algerian basin. The present thesis has validated the significance of the Algerian basin for loggerhead sea turtles satellite-tracked from the western Mediterranean, particularly for juveniles and adults. In addition, other important areas inhabited by the loggerhead turtles were identified in the southern Balearic Sea, the Alboran Sea, the Sicilian Channel, the Northeast Tunisia, Maltese waters, the Tyrrhenian Sea and the Ionian Sea, depending on the life stage. The analysis of the spatial distribution of the loggerhead sea turtle has also revealed that the current distribution and coverage of Mediterranean MPAs are not effective in achieving this species' conservation goals. Outcomes from the present thesis significantly enhance our understanding of the survival and spatial use of the loggerhead sea turtle throughout its life cycle in the Mediterranean Sea. / I would like to express my gratitude to the Ministry of Education, Culture and Sports of Spain for the opportunity to develop this thesis under the predoctoral training grant [FPU15/01823], MEC, Spain. Satellite tagging conducted in the Valencia region was supported by the “Servicio de Vida Silvestre de la Generalitat Valenciana”. Additionally, I am thankful for the support received from the contracts: “Seguimiento mediante marcaje satelital de 10 crías de tortuga boba (Caretta caretta) nacidas en 2016 en el litoral valenciano" and "Marcaje satelital y seguimiento de hembras reproductoras de tortuga boba (Caretta caretta) ante episodios de anidación en las playas del Mediterráneo peninsular y Baleares en 2019", both contracts in the framework of the project "LIFE IP-PAF INTEMARES [LIFE15 IPE ES 012] "Gestión integrada, innovadora y participativa de la Red Natura 2000 en el medio marino español”, coordinated by the Biodiversity Foundation. Similarly, I would like to mention and thank the support received from the contract "Marcaje satelital y seguimiento de hembras reproductoras de tortuga boba (Caretta caretta) ante eventos de anidación en el litoral español" funded by the "Ministerio de Transición Ecológica y Reto Demográfico", Spain. The results of Chapter 6 "Marine protected areas and loggerhead turtles in the Mediterranean Sea" are also part of action C2.2 of the project LIFE IP INTEMARES. / Abalo Morla, S. (2023). Habitat use and distribution of the loggerhead sea turtle (Caretta caretta) in the Mediterranean Sea: Implications for marine planning strategies [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/199233 / Compendio