En este trabajo se analizan las características de emisión de los láseres de colorantes, en particular de aquellos que operan en forma pulsada. Inicialmente discutiremos las características dinámicas del medio activo relacionadas con los distintos procesos involucrados en la operación del láser. Si bien los fundamentos generales de su funcionamiento son conocidos desde hace años, las dificultades de lograr sintonía encauzando la radiación en anchos de banda estrechos sin perder eficiencia (relación entre la energía emitida y la absorbida) aún subsisten y diversos sistemas y métodos se plantean día a día para optimizar la solución del problema. Los láseres gaseosos pulsados poseen características de emisión cuyos efectos sobre los de colorantes son semejantes. En este caso, ilustraremos el problema estudiando el comportamiento de una solución de Rodamina 6G excitada mediante un láser de Xe iónico pulsado. La emisión continua obtenida al excitar el mismo medio con un láser de Ar iónico, posibilita la comparación de ambos modos de operación mostrando la drástica variación espectral de ambos. Posteriormente, es descripta la utilización de un método que permite gobernar el espectro de emisión en láseres de colorantes pulsados. Mediante un sencillo modelo fenomenológico que toma en cuenta la interacción flujo-molécula, se discutirán luego las principales características observadas ya sea con o sin sintonía. Finalmente, se analizan los resultados obtenidos así como las ventajas y desventajas del método utilizado y sus posibles aplicaciones.

No description available.

En este trabajo se intenta resumir la labor desarrollada en láseres gaseosos de excitación pulsada, particularmente en lo que respecta a láseres de nitrógeno molecular de geometría axial. De esta manera, se realiza un detallado análisis espectroscopias de la salida láser U.V. e I.R. a temperatura ambiente y de aire líquido, estudiando las distintas bandas de emisión obtenidas con distintas longitudes del canal de descarga y diferentes condiciones de excitación. Se estudia la estructura rotacional de 9 bandas I.R. de las 12 detectadas, encontrándose una lista bastante amplia de líneas nuevas. Al mismo tiempo se informa una nueva banda láser I.R. a 1,43 µm. Respecto a la emisión U.V. se analiza la estructura rotacional de la banda láser 0-1 ( 357,6 nm ) a baja temperatura y de la banda 0-0 ( 337,1 nm ) tanto en emisión láser como superradiante. En ambos casos se han encontrado nuevas líneas láser. Respecto a la banda 0-0 es menester destacar la observación de las 2 componentes del doblete A en casi todos los números cuánticos rotacionales de la rama P₁ y algunas componentes de las ramas P₂ y P₃. Por otro lado se discute la interacción entre los sistemas láser I.R. y U.V. Al respecto, en 1967, L. Alien et al publican un trabajo de cuyos resultados se puede inferir que la banda 0-0 debería crecer en intensidad cuando lo hiciera la 0-0 U.V., debido a que un proceso de cascada del estado C³¶_u al B³¶_g (U.V.) permitiría invertir la población entre los estados B³¶_g y A ³ Σ ⁺ _u originando así la transición I.R. Posteriormente M. Garavaglía et al muestran resultados que no concuerdan con las predicciones de Alien et al. Con el objeto de echar más luz sobre este problema se estudió el comportamiento de las bandas 0-1 y 0-0 I.R. en distintas condiciones experimentales. De las mismas experiencias se obtienen conclusiones interesantes acerca de los mecanismos que intervienen en la inversión de población. Finalmente se trabaja con excitación pulsada de alta frecuencia para estudiar la emisión láser total y de cada banda. La radiación estimulada del N₂ disminuye con el aumento de la frecuencia de excitación debido, según Sviridov y Tropikhin , a una disminución en la ganancia del medio. En este trabajo se muestra la variación de la salida láser en función de la frecuencia de excitación.

Los sistemas de microfluídica conocidos con el nombre de lab-on-a-chip han contribuido al avance en áreas como la química, la biología, la biomedicina, la biodefensa y la microelectrónica, entre otras. Sin embargo, a pesar de sus beneficios, su comercialización está principalmente limitada por los altos costes de producción derivados de las técnicas utilizadas para su fabricación. Es por ello que actualmente se están centrando esfuerzos en utilizar técnicas que disminuyan los costes pero que conserven o incrementen los beneficios de estos dispositivos. Este trabajo de investigación presenta una nueva modalidad de escritura directa con láser (LDW) como una prominente técnica de fabricación, que puede beneficiar el desarrollo de nuevos dispositivos de microfluídica en 3 dimensiones: la escritura directa con láser en 3 dimensiones (LDW-3D). En ella se combinan los beneficios de la técnica de la LDW y una clase de vidrios conocidos con el nombre de vidrios cerámicos fotoestructurables (PSGCs). Con esta técnica se pueden obtener motivos tridimensionales focalizando un haz láser en el interior de un material, el cual debe ser transparente a la radiación que emite dicho láser. La técnica se basa en el efecto de la modificación estructural de un vidrio PSGC conocido con el nombre comercial de Foturan® tras la irradiación con un láser. Luego éste se somete a un tratamiento térmico y finalmente a un ataque químico con HF. Se realizaron ensayos irradiando muestras de Foturan con un láser UV con una duración de pulso de 10 ns y una longitud de onda de 355 nm (nsUV) y un láser de femtosegundos IR con una duración de pulso de 450 fs y una longitud de onda de 1027 nm (fsIR). Los estudios realizados revelan que el láser de nsUV produce un efecto de fotoionización en el Foturan a partir de la absorción de 2 fotones que sensibilizan al agente fotoionizador (Ce+3) contenido en su matriz. En el caso de utilizar el láser de fsIR, la fotoionización de este tipo de vidrio se produce mediante la absorción multifotónica de 8 fotones, actuando sobre niveles de energías que están asociados a defectos e impurezas localizados en la banda prohibida del Foturan. También se han evaluado los diferentes parámetros tecnológicos que permiten la aplicación de la técnica LDW-3D para la fabricación de microestructuras en 3D tales como microcanales y microdepósitos con buen aspecto y correspondencia entre sus dimensiones. En base a estos estudios se fabricó un sistema tridimensional en Foturan utilizando el láser fsIR. Este sistema presenta características que hacen que pueda ser aprovechado en el campo de la microfluídica como micromezclador de soluciones o analizador de microorganismos. / Microfluidic systems known as lab-on-a-chip have contributed to progress in areas such as chemistry, biology, biomedical, biodefense and microelectronics, among others. However, despite their benefits, their marketing is mainly limited by the high production costs resulting from the techniques involved in their manufacture. This is why nowadays researchers are focusing efforts in new techniques to reduce costs but maintaining or increasing the benefits of these devices.This research presents a new type of laser direct writing (LDW) as a prominent fabrication technique, which can benefit the development of new microfluidic devices in three dimensions: laser direct write in 3 dimensions (LDW-3D). It combines the benefits of the technique LDW and a type of glasses known as photo-structural glass ceramics (PSGCs). 3D structures can be obtained through this technique by focusing a laser beam inside a material, which has to be transparent to the radiation emitted by the laser. The technique is based on the effect of structural modification of a PSGC glass called Foturan® after laser irradiation. Afterwards, the glass is submitted to a standard thermal treatment and finally, to an etching step with HF. Tests were performed by irradiating Foturan samples with an UV nanosecond laser with 10 ns pulse duration and 355 nm wavelength (nsUV), and an IR femtosecond laser with 450 fs pulse duration and 1027 nm wavelength (fsIR).The results show that nsUV laser produces the photoionization effect on the Foturan through a 2-photon absorption process which sensitizes the photoactive agent (Ce+3). In the case of using the fsIR laser, photoionization is produced by a 8-photon multiphoton absorption process, involving energy levels that are associated with localized defects and impurities in the Foturan gap. Different technological parameters have been evaluated in order to study the viability of the LDW-3D technique for producing 3D microstructures, such as microchannels and microreservoirs showing good aspect-ratio. Based on these studies, a 3D-system in Foturan was produced by using the fsIR laser. This system presents special features that make it suitable in the field of microfluidics as micromixer or microorganisms analyzer.

Los compuestos orgánicos conjugados han sido investigados ampliamente debido a su versatilidad para integrarse con otros materiales a través de métodos de bajo coste y a su idoneidad para una amplia gama de aplicaciones optoelectrónicas; por ejemplo, transistores de efecto de campo, células solares, LEDs y láseres, entre otros. Actualmente existe un interés particular en los materiales orgánicos para láser promovido por el desarrollo de aplicaciones biomédicas y de telecomunicaciones. De hecho, el desarrollo de técnicas bottom-up en la síntesis orgánica y de métodos computacionales químico-cuánticos permiten el diseño inteligente de compuestos orgánicos con propiedades a medida que pueden ser beneficiosas para tales aplicaciones. En este sentido, comprender la relación entre las características estructurales de los compuestos orgánicos y sus propiedades optoelectrónicas es una etapa obligatoria en el proceso de diseño. En el desarrollo de esta tesis se evalúan las propiedades fotofísicas de dos familias de compuestos orgánicos –perilenodiimidas y nanografenos– dispersos en matrices inertes con el objetivo de mejorar su funcionamiento como materiales activos para láseres. En particular, se han llevado a cabo tres actuaciones: 1) la investigación sistemática de dos polímeros termoplásticos comerciales, poliestireno y polimetilmetacrilato, como matrices inertes para dispersar compuestos de perilenodiimida con un enfoque en optimizar las propiedades de la guía de ondas y reducir los requisitos de energéticos de los dispositivos; 2) conocer los mecanismos de fotodegradación y quenching de la fotoluminiscencia en derivados de perilenodiimida dispersos en películas de poliestireno con el objetivo de obtener dispositivos más duraderos y eficientes; y 3) estudiar las propiedades fotofísicas de compuestos novedosos de la familia de los nanografenos dispersos en matrices inertes con el fin de comprender la relación entre su estructura –borde, heteroátomos, sustituyentes– y su ganancia óptica. / Ministerio de Economía y Competitividad y Fondo Social Europeo (BES-2016-077681 y MAT2015-66586-R)

En el presente trabajo se intenta resumir la labor desarrollada en láseres gaseosos de moléculas diatómicas de excitación pulsada, particularmente en lo que respecta a láseres de monóxido de carbono de geometría axial. De esta manera, se realiza un detallado análisis espectroscópico tanto de la salida láser de las bandas de emisión del Sistema Angstrom como de la emisión espontánea de las mismas bajo diferentes condiciones experimentales. Es sabido que la molécula de monóxido de carbono se descompone irreversiblemente en una descarga eléctrica, lo que provoca una disminución del material activo disponible que termina inhibiendo la acción láser, además de contaminar la descarga. Nuestro propósito entonces es intentar disminuir dicho ritmo de descomposición por distintos medios como por ejemplo flujo o mezcla de gases, estudiando en este último caso el efecto que dicha mezcla tiene sobre las carácterísticas de la emisión del CO. Finalmente se realiza un análisis de la distribución de ganancia relativa en la estructura rotacional de las bandas láser observadas. Dicho análisis se lleva a cabo reproduciendo la intensidad de los espectros observados mediante la utilización de espectros simulados que dependen del parámetro de inversión de población vibracional.

El objeto de esta tesis es estudiar ciertos parámetros característicos que determinan el funcionamiento de los láseres de recombinación. Para ello se diseñó y construyó un láser de recombinación en cadmio empleando la técnica de SPER y se estudio tanto experimental como teóricamente el plasma formado en la descarga. Como la ganancia de pequeña señal medida en nuestro láser (Capítulo II) resulta ser dos órdenes de magnitud mayor que la calculada para valores de temperatura y densidad electrónica que figuran en la literatura, fueron medidos estos parámetros del plasma mediante técnicas espectroscópicas (Capítulo III). Los resultados obtenidos muestran que la temperatura electrónica es significativamente menor que la reportada. En el Capítulo IV se muestra como los valores obtenidos para la ganancia de pequeña señal pueden ser explicados mediante cálculos teóricos apropiados. En lo que respecta a la densidad de electrones máxima para láseres de recombinación Wood y Silfvast proponen un valor teórico para este parámetro. Sobre esta base observan que las restricciones por atrapamiento de la radiación en el volumen de los plasmas son significativas para láseres que operen a longitudes de onda menores que 100 nm. Predicen además energías - específicas de salida mayores que las obtenidas por los láseres de excímeros halógeno-gas noble para longitudes de onda menores - que 150 nm. Esta estimación teórica para la densidad crítica de electrones falla al ser aplicada a láseres de recombinación en los que la desexcitación del nivel láser inferior es importante como en el caso del láser de Sr II. En el Capítulo IV se presentan nue vas relaciones para el cálculo del valor crítico de la densidad - de electrones en diferentes sistemas de recombinación, ejemplificados por los láseres de Cd I y Sr II. Este análisis se basa en la condición de inversión de población incluyendo los procesos de desexcitación radiativa y colisional asociado con los dos niveles láser, obteniéndose una adecuada concordancia entre los va lores críticos propuestos y los valores experimentales obtenidos. En el mismo capítulo se desarrolla también un modelo espacio-temporal que permite calcular la ganancia del láser como función de la posición en la descarga y del tiempo, durante la recombinación.

After an intense development of optical tweezers as a biophysical tool during the last decades, quantitative experiments in living cells have not found in this technique its best ally, due, in part, to the lack of a reliable method to measure forces in complex environments. The attempts to overcome this problem either require complicated in situ calibrations, which make their use impossible in the study of dynamic processes, or they are inaccurate. Using a different approach, Steven Smith at Carlos Bustamante’s lab at the University of Berkeley developed a method based on the direct measurement of the momentum change of the trapping beam. However, its diffusion has been modest mainly because it requires a counter-propagating optical trapping system, which is difficult to implement and combine with other techniques. Although it has not been used for this purpose yet, it seems a more suitable method for in vivo experiments since the measurement depends only on some properties of the sensor apparatus but not on the experiment itself. On the other hand, the use of holographic optical tweezers in molecular biology experiments involving force and position measurements is still far from established. The existence of different effects associated to the use of spatial light modulators to create the optical traps has restricted their use. In this thesis, I present the work that I carried out in the Optical Trapping Lab – Grup de Biofotònica at the University of Barcelona related to these two subjects. During these years, I have focused on the implementation of the force detection method based on the conservation of the light momentum in single-beam optical traps, and on the analysis of several aspects of holographic tweezers oriented to their use in quantitative experiments.

No description available.

This thesis is motivated by the intense research in chaos-based communications in the last years. This thesis focuses on the reconstruction of the nonlinear dynamic of time-delay systems by using an embedding-like approach. This method works with a special embedding space that includes both short time and feedback time delayed values of the system variable. We use a new type of modular neural network based on the structure of time-delay systems. We also carefully investigate the time delay identification from the time series, a crucial parameter to construct the special embedding vector. Finally we use the reconstructed models to show the vulnerability of the chaos-based communication system based on time-delay systems and to study the predictability of these systems. Although we mainly study electro-optical feedback systems, the techniques investigated in this thesis have a general applicability to scalar time-delay systems. / El objetivo de esta tesis es estudiar la confidencialidad de los sistemas de comunicaciones caóticas basados en sistemas con retraso. Para ello, la tesis se centra en la reconstrucción de la dinámica no lineal de sistemas con retraso usando un embedding especial. Este embedding especial incluye no solo los tiempos cercanos sino también los tiempos centrados alrededor del retraso del sistema. Dado que conocer el tiempo de retraso es esencial para la construcción del este embedding, en la tesis también se analiza la identificación del tiempo de retraso a partir de la serie temporal. Usando un nuevo tipo de red neuronal modular y este embedding hemos construido modelos que reconstruyen la dinámica no lineal de los sistemas escalares con retraso a partir de la serie temporal. A continuación estos modelos se usan para mostrar la vulnerabilidad de los sistemas de comunicación basados en sistemas con retraso y para estudiar la predictibilidad de estos sistemas. Aunque básicamente nos hemos centrado en el estudio de sistemas opto-electrónicos con retraso, las técnicas presentadas en esta tesis se pueden aplicar a cualquier sistema escalar con retraso.