This thesis fits into the Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) communication systems. Nowadays, these schemes are the most promising technology in the field of wireless communications. The use of this technology allows to increase the rate and the quality of the transmission through the use of multiple antennas at the transmitter and receiver sides. Furthermore, the MIMO technology can also be used in a multiuser scenario, where a Base Station (BS) equipped with several antennas serves several users that share the spatial dimension causing interference. However, employing precoding algorithms the signal of the multiuser interference can be mitigated. For these reasons, the MIMO technology has become an essential key in many new generation communications standards. On the other hand, Massive MIMO technology or Large MIMO, where the BS is equipped with very large number of antennas (hundreds or thousands) serves many users in the same time-frequency resource. Nevertheless, the advantages provided by the MIMO technology entail a substantial increase in the computational cost. Therefore the design of low-complexity receivers is an important issue which is tackled throughout this thesis. To this end, one of the main contributions of this dissertation is the implementation of efficient soft-output detectors and precoding schemes. First, the problem of efficient soft detection with no iteration at the receiver has been addressed. A detailed overview of the most employed soft detectors is provided. Furthermore, the complexity and performance of these methods are evaluated and compared. Additionally, two low-complexity algorithms have been proposed. The first algorithm is based on the efficient Box Optimization Hard Detector (BOHD) algorithm and provides a low-complexity implementation achieving a suitable performance. The second algorithm tries to reduce the computational cost of the Subspace Marginalization with Interference Suppression (SUMIS) algorithm. Second, soft-input soft-output (SISO) detectors, which are included in an iterative receiver structure, have been investigated. An iterative receiver improves the performance with respect to no iteration, achieving a performance close to the channel capacity. In contrast, its computational cost becomes prohibitive. In this context, three algorithms are presented. Two of them achieve max-log performance reducing the complexity of standard SISO detectors. The last one achieves near max-log performance with low complexity. The precoding problem has been addressed in the third part of this thesis. An analysis of some of the most employed precoding techniques has been carried out. The algorithms have been compared in terms of performance and complexity. In this context, the impact of the channel matrix condition number on the performance of the precoders has been analyzed. This impact has been exploited to propose an hybrid precoding scheme that reduces the complexity of the previously proposed precoders. In addition, in Large MIMO systems, an alternative precoder scheme is proposed. In the last part of the thesis, parallel implementations of the SUMIS algorithm are presented. Several strategies for the parallelization of the algorithm are proposed and evaluated on two different platforms: multicore central processing unit (CPU) and graphics processing unit (GPU). The parallel implementations achieve a significant speedup compared to the CPU version. Therefore, these implementations allow to simulate a scalable quasi optimal soft detector in a Large MIMO system much faster than by conventional simu / La presente tesis se enmarca dentro de los sistemas de comunicaciones de múltiples antenas o sistemas MIMO. Hoy en día, estos sistemas presentan una de las tecnologías más prometedoras dentro de los sistemas comunicaciones inalámbricas. A través del uso de múltiples antenas en ambos lados, transmisor y receptor, la tasa de transmisión y la calidad de la misma es aumentada. Por otro lado, la tecnología MIMO puede ser utilizada en un escenario multiusuario, donde una estación base (BS) la cual está equipada con varias antenas, sirve a varios usuarios al mismo tiempo, estos usuarios comparten dimensión espacial causando interferencias multiusuario. Por todas estas razones, la tecnología MIMO ha sido adoptada en muchos de los estándares de comunicaciones de nueva generación. Por otro lado, la tecnología MIMO Masivo, en la cual la estación base está equipada con un gran número de antenas (cientos o miles) que sirve a muchos usuarios en el mismo recurso de tiempo-frecuencia. Sin embargo, las ventajas proporcionadas por los sistemas MIMO implican un aumento en el coste computacional requerido. Por ello, el diseño de receptores de baja complejidad es una cuestión importante en estos sistemas. Para conseguir esta finalidad, las principales contribuciones de la tesis se basan en la implementación de algoritmos de detección soft y esquemas de precodificación eficientes. En primer lugar, el problema de la detección soft eficiente en un sistema receptor sin iteración es abordado. Una descripción detallada sobre los detectores soft más empleados es presentada. Por otro lado, han sido propuestos dos algoritmos de bajo coste. El primer algoritmo está basado en el algoritmo Box Optimization Hard Detector (BOHD) y proporciona una baja complejidad de implementación logrando un buen rendimiento. El segundo de los algoritmos propuestos intenta reducir el coste computacional del conocido algoritmo Subspace Marginalization with Interference Suppression (SUMIS). En segundo lugar, han sido investidados detectores de entrada y salida soft (SISO, soft-input soft-output) los cuales son ejecutados en estructuras de recepción iterativa. El empleo de un receptor iterativo mejora el rendimiento del sistema con respecto a no realizar realimentación, pudiendo lograr la capacidad óptima. Por el contrario, el coste computacional se vuelve prohibitivo. En este contexto, tres algoritmos han sido presentados. Dos de ellos logran un rendimiento óptimo, reduciendo la complejidad de los detectores SISO óptimos que normalmente son empleados. Por el contrario, el otro algoritmo logra un rendimiento casi óptimo a baja complejidad. En la tercera parte, se ha abordado el problema de la precodificación. Se ha llevado a cabo un análisis de algunas de las técnicas de precodificación más usadas. En este contexto, se ha evaluado el impacto que el número de condición de la matriz de canal tiene en el rendimiento de los precodificadores. Además, se ha aprovechado este impacto para proponer un precodificador hibrido. Por otro lado, en MIMO Masivo, se ha propuesto un esquema precodificador. En la última parte de la tesis, la implementación paralela del algoritmo SUMIS es presentada. Varias estrategias sobre la paralelización del algoritmo han sido propuestas y evaluadas en dos plataformas diferentes: Unidad Central de Procesamiento multicore (multicore CPU) y Unidad de Procesamiento Gráfico (GPU). Las implementaciones paralelas consiguen una mejora de speedup. Estas implementaciones permiten simular para MIMO Masivo y de forma más rápida que por simulación convencional, un algo / La present tesi s'emmarca dins dels sistemes de comunicacions de múltiples antenes o sistemes MIMO. Avui dia, aquestos sistemes presenten una de les tecnologies més prometedora dins dels sistemes de comunicacions inalàmbriques. A través de l'ús de múltiples antenes en tots dos costats, transmissor y receptor, es pot augmentar la taxa de transmissió i la qualitat de la mateixa. D'altra banda, la tecnologia MIMO es pot utilitzar en un escenari multiusuari, on una estació base (BS) la qual està equipada amb diverses antenes serveix a diversos usuaris al mateix temps, aquests usuaris comparteixen dimensió espacial causant interferències multiusuari. Per totes aquestes raons, la tecnologia MIMO ha sigut adoptada en molts dels estàndars de comunicacions de nova generació. D'altra banda, la tecnologia MIMO Massiu, en la qual l'estació base està equipada amb un gran nombre d'antenes (centenars o milers) que serveix a molts usuaris en el mateix recurs de temps-freqüència. No obstant això, els avantatges proporcionats pels sistemes MIMO impliquen un augment en el cost computacional requerit. Per això, el disseny de receptors de baixa complexitat és una qüestió important en aquests sistemes. Per tal d'aconseguir esta finalitat, les principals contribucions de la tesi es basen en la implementació d'algoritmes de detecció soft i esquemes de precodificació eficients. En primer lloc, és abordat el problema de la detecció soft eficient en un sistema receptor sense interacció. Una descripció detallada dels detectors soft més emprats és presentada. D'altra banda, han sigut proposats dos algorismes de baix cost. El primer algorisme està basat en l'algorisme Box Optimization Hard Decoder (BOHD) i proporciona una baixa complexitat d'implementació aconseguint un bon resultat. El segon dels algorismes proposats intenta reduir el cost computacional del conegut algoritme Subspace Marginalization with Interference Suppression (SUMIS). En segon lloc, detectors d'entrada i eixidia soft (SISO, soft-input soft-output) els cuals són executats en estructures de recepció iterativa han sigut investigats. L'ocupació d'un receptor iteratiu millora el rendiment del sistema pel que fa a no realitzar realimentació, podent aconseguir la capacitat òptima. Per contra, el cost computacional es torna prohibitiu. En aquest context, tres algorismes han sigut presentats. Dos d'ells aconsegueixen un rendiment òptim, reduint la complexitat dels detectors SISO òptims que normalment són emprats. Per contra, l'altre algorisme aconsegueix un rendiment quasi òptim a baixa complexitat. En la tercera part, s'ha abordat el problema de la precodificació. S'ha dut a terme una anàlisi d'algunes de les tècniques de precodificació més usades, prestant especial atenció al seu rendiment i a la seua complexitat. Dins d'aquest context, l'impacte que el nombre de condició de la matriu de canal té en el rendiment dels precodificadors ha sigut avaluat. A més, aquest impacte ha sigut aprofitat per a proposar un precodificador híbrid , amb la finalitat de reduir la complexitat d'algorismes prèviament proposats. D'altra banda, en MIMO Massiu, un esquema precodificador ha sigut proposat. En l'última part, la implementació paral·lela de l'algorisme SUMIS és presentada. Diverses estratègies sobre la paral·lelizació de l'algorisme han sigut proposades i avaluades en dues plataformes diferents: multicore CPU i GPU. Les implementacions paral·leles aconsegueixen una millora de speedup quan el nombre d'àntenes o l'ordre de la constel·lació incrementen. D'aquesta manera, aquestes implementacions permeten simular per a MIMO Massiu, i de forma més ràpida que la simulació convencional. / Simarro Haro, MDLA. (2017). Effi cient algorithms for iterative detection and decoding in Multiple-Input and Multiple-Output Communication Systems [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/86186 / TESIS

A better understanding of the electrical activity of the heart under physiological and pathological conditions has always been key for clinicians and researchers. Over the last years, the information in the P-wave signals has been extensively analysed to un-cover the mechanisms underlying atrial arrhythmias by localizing ectopic foci or high-frequency rotors. However, the relationship between the activation of the different areas of the atria and the characteristics of the P-wave signals or body surface poten-tial maps are still far from being completely understood. Multiscale anatomical and functional models of the heart are a new technological framework that can enable the investigation of the heart as a complex system. This thesis is centred in the construction of a multiscale framework that allows the realistic simulation of atrial and torso electrophysiology and integrates all the anatom-ical and functional descriptions described in the literature. The construction of such model involves the development of heterogeneous cellular and tissue electrophysiolo-gy models fitted to empirical data. It also requires an accurate 3D representation of the atrial anatomy, including tissue fibre arrangement, and preferential conduction axes. This multiscale model aims to reproduce faithfully the activation of the atria under physiological and pathological conditions. We use the model for two main applica-tions. First, to study the relationship between atrial activation and surface signals in sinus rhythm. This study should reveal the best places for recording P-waves signals in the torso, and which are the regions of the atria that make the most significant contri-bution to the body surface potential maps and determine the main P-wave characteris-tics. Second, to spatially cluster and classify ectopic atrial foci into clearly differenti-ated atrial regions by using the body surface P-wave integral map (BSPiM) as a bi-omarker. We develop a machine-learning pipeline trained from simulations obtained from the atria-torso model aiming to validate whether ectopic foci with similar BSPiM naturally cluster into differentiated non-intersected atrial regions, and whether new BSPiM could be correctly classified with high accuracy. / En la actualidad, una mejor compresión de la actividad eléctrica del corazón en condi-ciones fisiológicas y patológicas es clave para médicos e investigadores. A lo largo de los últimos años, la información derivada de la onda P se ha utilizado para intentar descubrir los mecanismos subyacentes a las arritmias auriculares mediante la localiza-ción de focos ectópicos y rotores de alta frecuencia. Sin embargo, la relación entre la activación de distintas regiones auriculares y las características tanto de las ondas P como de la distribución de potencial en la superficie del torso está lejos de entenderse completamente. Los modelos cardíacos funcionales y anatómicos son una nueva he-rramienta que puede facilitar la investigación relativa al corazón entendido como sis-tema complejo. La presente tesis se centra en la construcción de un modelo multiescala para la simula-ción realista de la electrofisiología cardíaca tanto a nivel auricular como de torso, integrando toda la información anatómica y funcional disponible en la literatura. La construcción de este modelo implica el desarrollo, en base a datos experimentales, de modelos electrofisiológicos heterogéneos tanto celulares como tisulares. Así mismo, es imprescindible una representación tridimensional precisa de la anatomía auricular, incluyendo la dirección de fibras y los haces de conducción preferentes. Este modelo multiescala busca reproducir fielmente la activación auricular en condiciones fisiológi-cas y patológicas. Su uso se ha centrado fundamentalmente en dos aplicaciones. En primer lugar, estudiar la relación entre la activación auricular en ritmo sinusal y las señales en la superficie del torso. Este estudio busca definir la mejor ubicación para el registro de las ondas P en el torso así como determinar aquellas regiones auriculares que contribuyen fundamentalmente a la formación y distribución de potenciales super-ficiales así como a las características de las ondas P. En segundo lugar, agrupar y cla-sificar espacialmente los focos ectópicos en regiones auriculares claramente diferen-ciables empleando como biomarcador los mapas superficiales de integral de la onda P (BSPiM). Se ha desarrollado para ello una metodología de aprendizaje automático en la que las simulaciones obtenidas con el modelo multiescala aurícula-torso sirven de entrenamiento, permitiendo validar si los focos ectópicos cuyos BSPiMs son similares se agrupan de forma natural en regiones auriculares no intersectadas y si BSPiMs nue-vos podrían ser clasificados prospectivamente con gran precisión. / Avui en dia, una millor comprenssió de l'activitat elèctrica del cor en condicions fisio-lògiques i patològiques és clau per a metges i investigadors. Al llarg dels últims anys, la informació derivada de l'ona P s'ha utilitzat per intentar descobrir els mecanismes subjacents a les arítmies auriculars mitjançant la localització de focus ectòpics i rotors d'alta freqüència. No obstant això, la relació entre l'activació de diferents regions auri-culars i les característiques tant de les ones P com de la distribució de potencial en la superfície del tors està lluny d'entendre's completament. Els models cardíacs funcionals i anatòmics són una nova eina que pot facilitar la recerca relativa al cor entès com a sistema complex. La present tesi es centra en la construcció d'un model multiescala per a la simulació realista de la electrofisiologia cardíaca tant a nivell auricular com de tors, integrant tota la informació anatòmica i funcional disponible en la literatura. La construcció d'aquest model implica el desenvolupament, sobre la base de dades experimentals, de models electrofisiològics heterogenis, tant cel·lulars com tissulars. Així mateix, és imprescindible una representació tridimensional precisa de l'anatomia auricular, in-cloent la direcció de fibres i els feixos de conducció preferents. Aquest model multies-cala busca reproduir fidelment l'activació auricular en condicions fisiològiques i pa-tològiques. El seu ús s'ha centrat fonamentalment en dues aplicacions. En primer lloc, estudiar la relació entre l'activació auricular en ritme sinusal i els senyals en la superfí-cie del tors. A més a més, amb aquest estudi també es busca definir la millor ubicació per al registre de les ones P en el tors, així com, determinar aquelles regions auriculars que contribueixen fonamentalment a la formació i distribució de potencials superfi-cials a l'hora que es caracteritzen les ones P. En segon lloc, agrupar i classificar espa-cialment els focus ectòpics en regions auriculars clarament diferenciables emprant com a biomarcador els mapes superficials d'integral de l'ona P (BSPiM). És per això que s'ha desenvolupat una metodologia d'aprenentatge automàtic en la qual les simulacions obtingudes amb el model multiescala aurícula-tors serveixen d'entrenament, la qual cosa permet validar si els focus ectòpics, llurs BSPiMs són similars, s'agrupen de for-ma natural en regions auriculars no intersectades i si BSPiMs nous podrien ser classifi-cats de manera prospectiva amb precisió. / Ferrer Albero, A. (2017). Three-dimensional Multiscale Modelling and Simulation of Atria and Torso Electrophysiology [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/88402 / TESIS

Music has the gift of approaching people. Whose are living in contact with music, they will learn to live better with others, establishing a more harmonious communication. This thesis is a work that deals about music, music education, functional diversity, music therapy and technological applications. But, above all, is a work about the collaborative musical creation, the thrill of feeling part of a group which creates something new and unique. Interpersonal and intrapersonal ways of communication. Something that serves to reach something. Something that sounds and thrills. The magic of music, the wonder of technology applied to artistic creation and the satisfaction on validating plural benefits for people using the application Soundcool, a free system developed by a performing artsgroup and technology (PerformingARTech) of the Universitat Politècnica de València for music education through collaborative creation using computers, mobile, tablets and the interface of video games Xbox Kinect, in environments of users with functional diversity. At the outset, we describe many proposals and activities conducted by the Emosons team, responsible for the first steps related to this project. Lastly, we propose a musical creative workshop with Soundcool. The ultimate objective of this proposal will be that each participant users' group, according to their possibilities, develop the activity of musical improvisation with Soundcool and they experience the belonging to a creative group. They also will learn how the tool works and try to arouse some creative, communicative and expressive pursuits using sounds that have been recorded by themselves, helped by their monitors involved in the Project, or other type of sounds already availables. This collective could find in music an affordable way to exchange and interaction, in order to develop new communication and creative possibilities. This project and this implementation, as a field test, meant to be an effective demonstration tool, which serves as an impromptu interpreter between these users with functional diversity and the world that surrounds them and to which they also belongs. And the vehicle that facilitates that communication, that's music. Nothing less than music. It's about to provide sound to the signifier to reach the meaning. Thrill to the words, sounding. Smile in c major, minor... no matter. Play, to thrill and excite. / La música tiene el don de acercar a las personas. El que vive en contacto con la música aprende a convivir de mejor manera con otros, estableciendo una comunicación más armoniosa. La presente tesis doctoral es un trabajo que versa de música, de educación musical, de diversidad funcional, de musicoterapia y de aplicaciones tecnológicas. Pero, sobre todo, es un trabajo acerca de la creación musical en colectivo, de la emoción de sentirse parte de un todo que genera algo único y novedoso. De comunicación interpersonal e intrapersonal. De algo que sirve para algo. Algo que suena y emociona. La magia de la música, la maravilla de la tecnología aplicada a la creación artística y la satisfacción de validar los beneficios en plural para las personas del uso de la aplicación Soundcool, un sistema desarrollado en el Grupo de Artes Performativas y Tecnología (PerformingARTech) de la Universitat Politècnica de València para la creación musical colaborativa con móviles, tablets y la interfaz de videojuegos Kinect de Xbox, en entornos de usuarios con diversidad funcional. Inicialmente, hablamos del trabajo que ha llevado a cabo el grupo Emosons, responsable de los primeros pasos dirigidos a este colectivo. Finalmente, proponemos un taller de creación musical con Soundcool. El objetivo final de esta propuesta será que cada grupo de usuarios participante, de acuerdo a sus posibilidades, desarrolle la actividad de improvisación musical con Soundcool y experimente la pertenencia a un grupo creativo, conozca la herramienta y despierte sus intereses creativos, comunicativos y expresivos utilizando para ello sonidos disponibles con anterioridad o generados y grabados por ellos mismos y junto a los monitores involucrados en el proyecto. Este colectivo puede encontrar a través de la música una forma accesible de intercambio e interacción, para poder desarrollar nuevas posibilidades comunicativas y creativas. Este proyecto y esta implementación, como prueba de campo, pretenden ser una herramienta eficaz demostrativa, que sirva de intérprete improvisado entre estos usuarios con diversidad funcional y el mundo que les rodea y al que también pertenecen. Y el vehículo que facilite esa comunicación, la música. Sin más. Dotar de sonido al significante para llegar al significado. Emocionar a las palabras, sonando. Sonreír en Do, Mayor, menor¿no importa. Sonar, para emocionarse y emocionar. / La música té la qualitat d'apropar a les persones. El que viu en contacte amb la música aprèn a conviure de millor manera amb la resta, establint una comunicació més harmoniosa. La present tesi doctoral és un treball que versa de música, d'educació musical, de diversitat funcional, de musicoteràpia i d'aplicacions tecnològiques. Però, sobretot, és un treball sobre la creació musical en col·lectiu, de l'emoció de sentir-se part d'un tot que genera alguna cosa única i nova. De comunicació interpersonal i intrapersonal. D'allò que serveix per a alguna cosa. Alguna cosa que sona i emociona. La màgia de la música, la meravella de la tecnologia aplicada a la creació artística i la satisfacció de validar els beneficis en plural per a les persones de l'ús de l'aplicació Soundcool, un sistema desenvolupat en el Grup d'Arts Performatives i Tecnologia (PerformingARTech) de la Universitat Politècnica de València per a la creació musical col·laborativa amb mòbils, tablets i la interfície de videojocs Kinect de Xbox, en entorns d'usuaris amb diversitat funcional. D'atuvi, parlem del treball realitzat pel grup Emosons que fou l'inici del viatge. Finalment, proposem un taller de creació musical amb Soundcool. L'objectiu final d'aquesta proposta serà que cada grup d'usuaris participant, d'acord a les seves possibilitats, desenvolupe l'activitat d'improvisació musical amb Soundcool i experimente la pertinença a un grup creatiu, conegue l'eina i desperte els seus interessos creatius, comunicatius i expressius utilitzant per a això sons disponibles amb anterioritat o generats i gravats per ells mateixos i al costat dels monitors involucrats en el projecte. Comptat i debatut, aquest col·lectiu pot trobar a través de la música una forma accessible d'intercanvi i interacció, per poder desenvolupar noves possibilitats comunicatives i creatives. Aquest projecte i aquesta implementació, com a prova de camp, pretenen ser una eina eficaç demostrativa, que servixca d'intèrpret improvisat entre aquests usuaris amb diversitat funcional i el món que els envolta i al que també pertanyen. I el vehicle que facilite aquesta comunicació, la música. Sense més. Dotar de so al significant per arribar al significat. Emocionar a les paraules, sonant. Somriure en Do, Major, menor¿no importa. Sonar, per emocionar-se i emocionar. / Briceño Mezquita, M. (2017). APLICACIONES TECNOLÓGICAS PARA EL APRENDIZAJE MUSICAL, EL DESARROLLO DE LA CREATIVIDAD INDIVIDUAL Y APLICACIONES MUSICOTERAPÉUTICAS EN USUARIOS CON DIVERSIDAD FUNCIONAL. PROYECTO SOUNDCOOL [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/90445 / TESIS

El diagnóstico final de la mayoría de tipos de cáncer lo realiza un médico experto en anatomía patológica que examina muestras tisulares o celulares sospechosas extraídas del paciente. Actualmente, esta evaluación depende en gran medida de la experiencia del médico y se lleva a cabo de forma cualitativa mediante técnicas de imagen tradicionales como la microscopía óptica. Esta tarea tediosa está sujeta a altos grados de subjetividad y da lugar a niveles de discordancia inadecuados entre diferentes patólogos, especialmente en las primeras etapas de desarrollo del cáncer. La espectroscopía infrarroja por Transformada de Fourier (siglas FTIR en inglés) es una tecnología ampliamente utilizada en la industria que recientemente ha demostrado una capacidad creciente para mejorar el diagnóstico de diferentes tipos de cáncer. Esta técnica aprovecha las propiedades del infrarrojo medio para excitar los modos vibratorios de los enlaces químicos que forman las muestras biológicas. La principal señal generada consiste en un espectro de absorción que informa sobre la composición química de la muestra iluminada. Los microespectrómetros FTIR modernos, compuestos por complejos componentes ópticos y detectores matriciales de alta sensibilidad, permiten capturar en un laboratorio de investigación común imágenes hiperespectrales de alta calidad que aúnan información química y espacial. Las imágenes FTIR son estructuras de datos ricas en información que se pueden analizar individualmente o junto con otras modalidades de imagen para realizar diagnósticos patológicos objetivos. Por lo tanto, esta técnica de imagen emergente alberga un alto potencial para mejorar la detección y la graduación del riesgo del paciente en el cribado y vigilancia de cáncer. Esta tesis estudia e implementa diferentes metodologías y algoritmos de los campos interrelacionados de procesamiento de imagen, visión por ordenador, aprendizaje automático, reconocimiento de patrones, análisis multivariante y quimiometría para el procesamiento y análisis de imágenes hiperespectrales FTIR. Estas imágenes se capturaron con un moderno microscopio FTIR de laboratorio a partir de muestras de tejidos y células afectadas por cáncer colorrectal y de piel, las cuales se prepararon siguiendo protocolos alineados con la práctica clínica actual. Los conceptos más relevantes de la espectroscopía FTIR se investigan profundamente, ya que deben ser comprendidos y tenidos en cuenta para llevar a cabo una correcta interpretación y tratamiento de sus señales especiales. En particular, se revisan y analizan diferentes factores fisicoquímicos que influyen en las mediciones espectroscópicas en el caso particular de muestras biológicas y pueden afectar críticamente su análisis posterior. Todos estos conceptos y estudios preliminares entran en juego en dos aplicaciones principales. La primera aplicación aborda el problema del registro o alineación de imágenes hiperespectrales FTIR con imágenes en color adquiridas con microscopios tradicionales. El objetivo es fusionar la información espacial de distintas muestras de tejido medidas con esas dos modalidades de imagen y centrar la discriminación en las regiones seleccionadas por los patólogos, las cuales se consideran más relevantes para el diagnóstico de cáncer colorrectal. En la segunda aplicación, la espectroscopía FTIR se lleva a sus límites de detección para el estudio de las entidades biomédicas más pequeñas. El objetivo es evaluar las capacidades de las señales FTIR para discriminar de manera fiable diferentes tipos de células de piel que contienen fenotipos malignos. Los estudios desarrollados contribuyen a la mejora de métodos de decisión objetivos que ayuden al patólogo en el diagnóstico final del cáncer. Además, revelan las limitaciones de los protocolos actuales y los problemas intrínsecos de la tecnología FTIR moderna, que deberían abordarse para permit / The final diagnosis of most types of cancers is performed by an expert clinician in anatomical pathology who examines suspicious tissue or cell samples extracted from the patient. Currently, this assessment largely relies on the experience of the clinician and is accomplished in a qualitative manner by means of traditional imaging techniques, such as optical microscopy. This tedious task is subject to high degrees of subjectivity and gives rise to suboptimal levels of discordance between different pathologists, especially in early stages of cancer development. Fourier Transform infrared (FTIR) spectroscopy is a technology widely used in industry that has recently shown an increasing capability to improve the diagnosis of different types of cancer. This technique takes advantage of the ability of mid-infrared light to excite the vibrational modes of the chemical bonds that form the biological samples. The main generated signal consists of an absorption spectrum that informs of the chemical composition of the illuminated specimen. Modern FTIR microspectrometers, composed of complex optical components and high-sensitive array detectors, allow the acquisition of high-quality hyperspectral images with spatially-resolved chemical information in a common research laboratory. FTIR images are information-rich data structures that can be analysed alone or together with other imaging modalities to provide objective pathological diagnoses. Hence, this emerging imaging technique presents a high potential to improve the detection and risk stratification in cancer screening and surveillance. This thesis studies and implements different methodologies and algorithms from the related fields of image processing, computer vision, machine learning, pattern recognition, multivariate analysis and chemometrics for the processing and analysis of FTIR hyperspectral images. Those images were acquired with a modern benchtop FTIR microspectrometer from tissue and cell samples affected by colorectal and skin cancer, which were prepared by following protocols close to the current clinical practise. The most relevant concepts of FTIR spectroscopy are thoroughly investigated, which ought to be understood and considered to perform a correct interpretation and treatment of its special signals. In particular, different physicochemical factors are reviewed and analysed, which influence the spectroscopic measurements for the particular case of biological samples and can critically affect their later analysis. All these knowledge and preliminary studies come into play in two main applications. The first application tackles the problem of registration or alignment of FTIR hyperspectral images with colour images acquired with traditional microscopes. The aim is to fuse the spatial information of distinct tissue samples measured by those two imaging modalities and focus the discrimination on regions selected by the pathologists, which are meant to be the most relevant areas for the diagnosis of colorectal cancer. In the second application, FTIR spectroscopy is pushed to their limits of detection for the study of the smallest biomedical entities. The aim is to assess the capabilities of FTIR signals to reliably discriminate different types of skin cells containing malignant phenotypes. The developed studies contribute to the improvement of objective decision methods to support the pathologist in the final diagnosis of cancer. In addition, they reveal the limitations of current protocols and intrinsic problems of modern FTIR technology, which should be tackled in order to enable its transference to anatomical pathology laboratories in the future. / El diagnòstic final de la majoria de tipus de càncer ho realitza un metge expert en anatomia patològica que examina mostres tissulars o cel¿lulars sospitoses extretes del pacient. Actualment, aquesta avaluació depèn en gran part de l'experiència del metge i es porta a terme de forma qualitativa mitjançant tècniques d'imatge tradicionals com la microscòpia òptica. Aquesta tasca tediosa està subjecta a alts graus de subjectivitat i dóna lloc a nivells de discordança inadequats entre diferents patòlegs, especialment en les primeres etapes de desenvolupament del càncer. L'espectroscòpia infraroja per Transformada de Fourier (sigles FTIR en anglès) és una tecnologia àmpliament utilitzada en la indústria que recentment ha demostrat una capacitat creixent per millorar el diagnòstic de diferents tipus de càncer. Aquesta tècnica aprofita les propietats de l'infraroig mitjà per excitar els modes vibratoris dels enllaços químics que formen les mostres biològiques. El principal senyal generat consisteix en un espectre d'absorció que informa sobre la composició química de la mostra il¿luminada. Els microespectrómetres FTIR moderns, compostos per complexos components òptics i detectors matricials d'alta sensibilitat, permeten capturar en un laboratori d'investigació comú imatges hiperespectrals d'alta qualitat que uneixen informació química i espacial. Les imatges FTIR són estructures de dades riques en informació que es poden analitzar individualment o juntament amb altres modalitats d'imatge per a realitzar diagnòstics patològics objectius. Per tant, aquesta tècnica d'imatge emergent té un alt potencial per a millorar la detecció i la graduació del risc del pacient en el cribratge i vigilància de càncer. Aquesta tesi estudia i implementa diferents metodologies i algoritmes dels camps interrelacionats de processament d'imatge, visió per ordinador, aprenentatge automàtic, reconeixement de patrons, anàlisi multivariant i quimiometria per al processament i anàlisi d'imatges hiperespectrals FTIR. Aquestes imatges es van capturar amb un modern microscopi FTIR de laboratori a partir de mostres de teixits i cèl¿lules afectades per càncer colorectal i de pell, les quals es van preparar seguint protocols alineats amb la pràctica clínica actual. Els conceptes més rellevants de l'espectroscòpia FTIR s'investiguen profundament, ja que han de ser compresos i tinguts en compte per dur a terme una correcta interpretació i tractament dels seus senyals especials. En particular, es revisen i analitzen diferents factors fisicoquímics que influeixen en els mesuraments espectroscòpiques en el cas particular de mostres biològiques i poden afectar críticament la seua anàlisi posterior. Tots aquests conceptes i estudis preliminars entren en joc en dues aplicacions principals. La primera aplicació aborda el problema del registre o alineació d'imatges hiperespectrals FTIR amb imatges en color adquirides amb microscopis tradicionals. L'objectiu és fusionar la informació espacial de diferents mostres de teixit mesurades amb aquestes dues modalitats d'imatge i centrar la discriminació en les regions seleccionades pels patòlegs, les quals es consideren més rellevants per al diagnòstic de càncer colorectal. En la segona aplicació, l'espectroscòpia FTIR es porta als seus límits de detecció per a l'estudi de les entitats biomèdiques més xicotetes. L'objectiu és avaluar les capacitats dels senyals FTIR per discriminar de manera fiable diferents tipus de cèl¿lules de pell que contenen fenotips malignes. Els estudis desenvolupats contribueixen a la millora de mètodes de decisió objectius que ajuden el patòleg en el diagnòstic final del càncer. A més, revelen les limitacions dels protocols actuals i els problemes intrínsecs de la tecnologia FTIR moderna, que haurien d'abordar per permetre la seva transferència als laboratoris d'anatomia patològica en el futur. / Peñaranda Gómez, FJ. (2018). Application of artificial vision algorithms to images of microscopy and spectroscopy for the improvement of cancer diagnosis [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/99748 / TESIS

La salud y el bienestar siempre han sido el centro de atención de muchas instituciones de investigación y empresas de todo el mundo. Esto llevó a la tecnología a desarrollarse en los campos químico, biológico, médico y clínico con el objetivo de proporcionar una mejor protección al ser humano. Como consecuencia, ha surgido una competición entre el tiempo necesario para que la enfermedad progrese y el tiempo necesario para que el hombre trate dicha enfermedad. Para ganar esta competición, es necesario actuar con anticipación, cuando la enfermedad aún no está demasiado desarrollada. Esto es posible realizando una detección precoz de la enfermedad. El logro de este objetivo allana el camino para el desarrollo de dispositivos ópticos de biosensado capaces de detectar la presencia de ciertas moléculas en concentraciones extremadamente bajas. Entre ellos, las estructuras integradas fotónicas están teniendo un gran éxito debido a su considerablemente alta sensibilidad. Sin embargo, el mecanismo de detección de estas estructuras se basa en la interacción entre la onda evanescente, que se propaga a lo largo de la superficie de la estructura, y el analito a detectar. De esta forma, no todo el campo que se propaga en la estructura fotónica se usa con fines de detección, sino solo una pequeña cantidad de éste. Esto representa una limitación crucial de los sensores basados en fotónica integrada. El objetivo de esta tesis doctoral es superar esta limitación y desarrollar estructuras fotónicas de sensado más sensibles que sean capaces de detectar las concentraciones más bajas posibles. Con este objetivo, nos centramos en el estudio del silicio poroso como plataforma para el desarrollo de estructuras ópticas con sensibilidades extremadamente altas gracias a que la interacción de sensado se realiza directamente dentro de la propia estructura, lo que permite explotar todo el campo que se propaga. / Health and well-being have always been the center of attention of many research institutions and companies around the world. This led the technology to develop in the chemical, biological, medical and clinical fields with the aim to provide a better protection to the human being. As a consequence, a competition is born between the time necessary to the disease to progress and the time necessary to man to treat such disease. In order to win this competition, it is necessary to act with anticipation, when disease is not too developed yet. This is possible by performing an early-detection. The achievement of this goal paves the way for the development of optical biosensing devices able to detect the presence of certain molecules at extremely low concentrations. Among them, photonic integrated structures are finding a great success due to their considerably high sensitivity. However, the sensing mechanism of these structures is based on the interaction between the evanescent wave, propagating along the structure surface, and the target analyte to detect. In this way, not all the field propagating in the photonic structure is used for sensing purposes, but rather only a small amount of it. This represents a crucial limitation of the integrated photonics based sensors. The aim of this PhD Thesis is to overcome this limitation and to develop more sensitive photonic sensing structures able to detect the lowest concentration possible. To this aim, we focused on the study of porous silicon as platform for the development of optical structures with extremely high sensitivities thanks to the fact that the sensing interaction takes place directly inside the structure itself, allowing to exploit all the field propagating in the structure. / La salut i el benestar sempre han sigut el centre d'atenció de moltes institucions de recerca i empreses de tot el món. Açò va portar a la tecnologia a desenvolupar-se en els camps químic, biològic, mèdic i clínic amb l'objectiu de proporcionar una millor protecció a l'ésser humà. Com a conseqüència, ha sorgit una competició entre el temps necessari per que la malaltia progresse i el temps necessari per que l'home tracte aquesta malaltia. Per a guanyar aquesta competició, és necessari actuar amb anticipació, quan la malaltia encara no està massa desenvolupada. Açò és possible realitzant una detecció precoç de la malaltia. L'assoliment d'aquest objectiu facilita el camí per al desenvolupament de dispositius òptics de biosensat capaços de detectar la presència de certes molècules en concentracions extremadament baixes. Entre ells, les estructures fotòniques integrades estan tenint un gran èxit a causa de la seua considerablement alta sensibilitat. No obstant açò, el mecanisme de detecció d'aquestes estructures es basa en la interacció entre l'ona evanescent, que es propaga al llarg de la superfície de l'estructura, i l'analit a detectar. D'aquesta forma, no tot el camp que es propaga en l'estructura fotònica s'usa amb finalitats de detecció, sinó solament una xicoteta quantitat d'aquest. Açò representa una limitació crucial dels sensors basats en fotònica integrada. L'objectiu d'aquesta tesi doctoral és superar aquesta limitació i desenvolupar estructures fotòniques de sensat més sensibles que siguen capaces de detectar les concentracions més baixes possibles. Amb aquest objectiu, ens centrem en l'estudi del silici porós com a plataforma per al desenvolupament d'estructures òptiques amb sensibilitats extremadament altes gràcies a que la interacció de sensat es realitza directament dins de la pròpia estructura, el que permet explotar tot el camp que es propaga. / Caroselli, R. (2018). Development of high sensitivity photonic sensing structures based on porous silicon substrates [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/107318 / TESIS

El proceso de caracterización dieléctrica es un área de estudio fundamental para el desarrollo de sistemas y dispositivos de telecomunicaciones, ya que el conocimiento de cómo se comporta un material frente a una radiación electromagnética es de gran utilidad para diseñar y optimizar dispositivos de microondas. Para obtener las propiedades dieléctricas de materiales se requiere de una técnica de medida y un método de análisis que sustente a dicha técnica. Existen multitud de técnicas de medida, entre las que destacan los métodos resonantes por la alta precisión que proporcionan en la medida de materiales con bajas pérdidas. De igual manera, existen muchísimos de métodos de análisis, entre los que destacan los métodos modales por la exactitud de la solución que proporcionan en geometrías canónicas al analizar teóricamente y de manera analítica el problema electromagnético. Este trabajo se enmarca en esta área de conocimiento, concretamente pretende contribuir a la mejora de los procedimientos y métodos de análisis modales, proporcionando una generalización circuital de onda completa. Para ello, se han implementado una serie de librerías de elementos básicos mediante los cuales se pueden modelar diversas estructuras cilíndricas con geometría de revolución, que son de las más empleadas en dielectrometría. En primer lugar, se ha generalizado con una caracterización de onda completa el método de análisis circuital, que hasta ahora solo tenía en cuenta modos simétricos. No obstante, este método ampliado tiene ciertas limitaciones en cuanto a la implementación de elementos básicos modelados con una formulación de onda completa, lo que resta versatilidad y flexibilidad al mismo. Para solventar las limitaciones del análisis circuital de onda completa se ha implementado un método híbrido que combina el método de análisis modal puro y el circuital generalizado. Con la misma idea que en el análisis circuital, se ha implementado una librería de elementos básicos que, combinándolos, permite crear estructuras más complejas. El estudio teórico ha sido validado mediante numerosas simulaciones y comparaciones con otros métodos y técnicas de análisis. Se ha hecho especial hincapié en el correcto modelado de cavidades resonantes orientadas a dielectrometría, pues es el objetivo principal de la tesis. Además, se han llevado a cabo aplicaciones experimentales reales orientadas a la medida de materiales dieléctricos mediante distintas cavidades resonantes, de manera que se muestra la utilidad, versatilidad, flexibilidad y precisión que tiene el estudio que se ha realizado en este trabajo de una manera práctica y funcional. Finalmente, se proponen líneas futuras de investigación para continuar el trabajo realizado hasta el momento. / Dielectric characterization of materials is a very important area of study for the development of telecommunication systems and devices, since the knowledge of the materials' behavior in front of an electromagnetic radiation is very useful to design and optimize microwave devices. Measurement techniques and analysis methods are required to obtain the dielectric properties of materials. There are many measurement techniques, among which resonant methods stand out due to the high precision that they provide in the measurement of low loss materials. In the same way, there are many methods of analysis, among which modal methods stand out for the accuracy of the solution they provide in canonical geometries when the electromagnetic problem is analyzed theoretically and in an analytical way. This work is framed in this area of knowledge, specifically it aims to contribute to the improvement of procedures and methods of modal analysis, providing a complete full-wave circuit generalization. For this purpose, some libraries of basic elements have been implemented, and combining them properly, any axisymmetric structure can be modeled. First, the circuit analysis method has been generalized with a full-wave characterization, which up to now only took into account symmetric modes. However, this extended method has some limitations in terms of the implementation of basic elements modeled with a full wave formulation, which reduces its versatility and flexibility. To solve the limitations of the full-wave circuit analysis, a hybrid method that combines the pure modal analysis method and the generalized circuital technique has been implemented. With the same idea as in the circuit analysis, a library of basic elements has been implemented, and combining them properly, more complex structures can be simulated. The theoretical study has been validated through many simulations and comparisons with other methods and analysis techniques. Special emphasis has been placed on the correct modeling of resonant cavities oriented to dielectrometry, since it is the main goal of the thesis. In addition, real experimental applications focused on the measurement of dielectric materials have been carried out with some different resonant cavities. Then, the usefulness, versatility, flexibility and precision of the study carried out in this thesis is shown in a practical and functional way. Finally, future research lines are proposed to continue the work carried out so far. / El procés de caracterització dielèctrica es un àrea d'estudi fonamental per al desenvolupament de sistemes i dispositius de telecomunicacions, ja que el coneixement de com es com es comporta un material sota una radiació electromagnètica es de gran utilitat per dissenyar i optimitzar dispositius de microones. Per obtenir les propietats dielèctriques de materials es requereix d'una tècnica de mesura i un mètode d'anàlisi que sustenti a la pròpia tècnica. Existeixen multitud de tècniques de mesura, entre les que destaquen els mètodes ressonants per l'alta precisió que proporcionen en la mesura de materials amb baixes pèrdues. De la mateixa manera, existeixen moltíssims mètodes d'anàlisi, entre els que destaquen els mètodes modals per l'exactitud de la solució que proporcionen en geometries canòniques al analitzar teòricament i de manera analítica el problema electromagnètic. Aquest treball s'emmarca en esta àrea de coneixement, concretament pretén contribuir a la millora dels procediments i mètodes de anàlisi modals, proporcionant una generalització circuital d'ona completa. Per això, s'han implementat una sèrie de llibreries d'elements bàsics mitjançant els quals es poden modelar diverses estructures cilíndriques amb geometria de revolució, que són de les més emprades en dielectrometria. En primer lloc, s'ha generalitzat amb una caracterització d'ona completa el mètode d'anàlisi circuital generalitzat, que fins ara només tenia en compte modes simètrics. No obstant això, aquest mètode ampliat té certes limitacions en quant a la implementació d'elements bàsics modelats amb una formulació d'ona completa, es que resta versatilitat i flexibilitat a aquest. Per resoldre les limitacions de l'anàlisi circuital d'ona completa s'ha implementat un mètode híbrid que combina el mètode d'anàlisi modal pur i el circuital generalitzat. Amb la mateixa idea que en l'anàlisi circuital, s'ha implementat una llibreria d'elements bàsics que combinant-los permet crear estructures més complexes. L'estudi teòric ha sigut validat mitjançant nombroses simulacions i comparacions amb altres mètodes i tècniques d'anàlisi. S'ha posat especial èmfasi en el correcte modelat de cavitats ressonants orientades a dielectrometria, ja que és l'objectiu principal de la tesi. A més a més, s'han dut a terme aplicacions experimentals reals orientades a la mesura de materials dielèctrics mitjançant diverses cavitats ressonants, de manera que es mostri la utilitat, versatilitat, flexibilitat i precisió que té l'estudi que s'ha realitzat en aquest treball d'una manera pràctica i funcional. Finalment, es proposen unes línies futures d'investigació per continuar el treball realitzat fins ara. / Marqués Villarroya, D. (2018). Análisis Circuital de Onda Completa de Elementos Cilíndricos para Dielectrometría [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/110970 / TESIS

Esta tesis doctoral se encuentra desarrollada en los ámbitos de materiales, ensayos no destructivos y procesado de señal. Su propósito es aportar nuevas técnicas no destructivas centrándose tanto en su desarrollo como en su aplicación a sistemas reales. La evaluación de durabilidad y daño en materiales no homogéneos es el eje central de este documento, articulándolo en dos capítulos fundamentales. En primera instancia se evalúa el comportamiento del cemento reforzado con fibra de vidrio bajo esfuerzo de flexión. Múltiples señales ultrasónicas fueron adquiridas en todo el proceso de deformación de los elementos implementando una nueva técnica de adquisición multifrecuencia. En la fase posterior a la adquisición se determinaron parámetros lineales y no lineales de las señales ultrasónicas pulsadas correlacionando dichos parámetros con las curvas tensión - deformación descritas por los elementos ensayados. En el último bloque se expone el análisis de espectroscopía por impacto sobre probetas de mortero dañadas química y térmicamente. Se profundizó sobre el comportamiento dinámico no-lineal e histéretico de los elementos de mortero. El análisis del ablandamiento del módulo dinámico con el incremento de la amplitud de excitación es un tema de gran interés para la evaluación de daño, siendo la técnica actual dependiente de la adquisición de múltiples señales. En este contexto, se propone nueva técnica de procesado de señal capaz de extraer parámetros de esta naturaleza a partir de una única señal. / Aquesta tesi doctoral està desenvolupada als àmbits de materials, assajos no destructius i processament de senyals. El seu propòsit és aportar noves tècniques no destructives, centrades tant en el seu desenvolupament com en la seua aplicació a sistemes reals. L'avaluació de durabilitat i dany en materials no homogenis és l'eix central d'aquest document, format per dos capítols fonamentals. En primer lloc s'avalua el comportament del ciment reforçat amb fibra de vidre sotmès a esforç de flexió. Diverses senyals ultrasòniques van ser adquirides durant tot el procés de deformació dels elements que implementa una nova tècnica d'adquisició multifreqüència. En la fase posterior a l'adquisició es van determinar paràmetres lineals i no lineals de les senyals ultrasòniques polsades que correlacionen aquests paràmetres amb les corbes de tensió-deformació descrites pels elements assajats. Al tercer bloc s'exposa l'anàlisi d'espectroscòpia per impacte en provetes de morter malmeses químicament i tèrmicament. Es va aprofundir en el comportament dinàmic no lineal i histerètic dels elements de morter. L'anàlisi de l'estovament del mòdul dinàmic amb l'increment de l'amplitud de l'excitació és un aspecte molt interessant per a l'avaluació de dany, tècnica que actualment depèn de l'adquisició de diverses senyals. En aquest context, es proposa una nova tècnica de processament de senyal capaç d'extraure paràmetres d'aquesta natura a partir d'una única senyal. / This doctoral thesis is developed in materials, Non-Destructive Testing (NDT) and signal processing fields. Its purpose is to make a contribution in new non destructive techniques focusing in its development and application to real systems. Durability and damage evaluation in non-homogeneous materials is the keystone of this document, assembling the structure in two main chapters. In the first instance the behaviour of Glass-fiber Reinforced Cement under bending test is evaluated. Multiple ultrasonic signals during the deformation process of the specimens were acquired, implementing a new multi-frequency acquisition technique. After the acquisition stage, linear and non-linear parameters were calculated from the pulsed ultrasonic signals correlating those parameters with the stress strain curve described during the test. In the third chapter, the impact spectroscopy analysis applied to chemical and thermal damaged mortar samples is exposed. The non-linear histeretic behaviour of the mortar specimens was studied more in depth. The analysis of the dynamic modulus softening with increment of the excitation amplitude is a hot spot at this moment for damage evaluation, being the current technique depending on the multiple signals acquisition. In this context, a new technique is proposed which allows a non-linear parameters extraction from a single reverberation signal. / Genovés Gómez, V. (2018). New non-destructive testing techniques based on mechanical waves: Development and application to damage characterization on non-homogeneus materials [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/114799 / TESIS

Esta tesis investiga la aplicación de conceptos de codificación al diseño de sensores ópticos basados en redes de difracción de Bragg de Bragg (FBG). Específicamente, se presenta el diseño, la caracterización y la validación experimental de dispositivos de detección codificados personalizados que se pueden diseñar y fabricar como dispositivos FBG súper estructurados (SSFBG). El objetivo de esta tesis es mejorar la capacidad y el rendimiento general de los sistemas de detección óptica basados en sensores FBG convencionales. Para ello, se han propuesto tres metodologías de codificación de dispositivos de detección SSFBG, con el objetivo de dotar a cada sensor con información adicional útil para la identificación de cada sensor incluso en condiciones de superposición. Un sensor codificado basado en FBGs es una estructura FBG cuya forma se ha adaptado a una palabra-código ortogonal, de tal manera que su longitud de onda central se puede distinguir inequívocamente de otras señales en el espectro. El diseño de los sensores SSFBG codificados se realiza modificando el espectro de reflexión de dispositivos FBG multibanda, esto se logra traduciendo las palabras-código ortogonales en los términos de amplitud y fase de los sensores FBG. La codificación en amplitud de los sensores SSFBG consiste en traducir las palabras-código \textit{"Optical Orthogonal Codewords"} (OOC), desarrolladas para sistemas de comunicaciones de acceso múltiple por división de código óptico (OCDMA), en el patrón de reflexión de los dispositivos. La codificación en amplitud y fase se ha propuesto mediante dos enfoques diferentes: en el primero, palabras-código de amplitud y fase personalizadas ($ a_ {k} $, $ f_ {k} $) fueron diseñadas específicamente para exhibir un comportamiento ortogonal obtenido por la combinación de dos palabras-código. La técnica de interrogación basada en una fuente dual sintonizable fue específicamente diseñada para recuperar la medición diferencial de los sensores y decodificar efectivamente su información. El segundo enfoque utiliza las secuencias \textit{"Discrete Prolate Spheroidal Sequences"} (DPSS), que son secuencias mutuamente ortogonales desarrolladas para sistemas de comunicaciones. Se demostró el uso de estas estructuras como elementos de detección ortogonales con patrones específicos de fase y amplitud. La fabricación y validación experimental de los dispositivos SSFBG propuestos se realizaron para demostrar el rendimiento de los sensores inclusive en condiciones de superposición espectral. La longitud de onda central de los sensores se recupera con éxito en las tres metodologías, además, el error del sistema de detección se caracterizó en términos de los parámetros de diseño. / Esta tesi investiga l'aplicació de conceptes de codificació al disseny de sensors òptics basats en xarxes de difracció de Bragg de Bragg (FBG) . Específicament, es presenta el disseny, la caracterització i la validació experimental de dispositius de detecció codificats personalitzats que es poden dissenyar i fabricar com a dispositius FBG súper estructurats (SSFBG) . L'objectiu d'esta tesi és millorar la capacitat i el rendiment general dels sistemes de detecció òptica basats en sensors FBG convencionals. Per a això, s'han proposat tres metodologies de codificació de dispositius de detecció SSFBG, amb l'objectiu de dotar a cada sensor amb informació addicional útil per a la identificació de cada sensor inclús en condicions de superposició. Un sensor codificat basat en FBGs és una estructura FBG la forma de la qual s'ha adaptat a una paraula-codi ortogonal, de tal manera que la seua longitud d'ona central es pot distingir inequívocament d'altres senyals en l'espectre. El disseny dels sensors SSFBG codificats es realitza modificant l'espectre de reflexió de dispositius FBG multibanda, açò s'aconseguix traduint les paraules-codi ortogonals en els termes d'amplitud i fase dels sensors FBG. La codificació en amplitud dels sensors SSFBG consistix a traduir les paraules-codi extit \textit{"Optical Orthogonal Codewords"} (OOC) , desenrotllades per a sistemes de comunicacions d'accés múltiple per divisió de codi òptic (OCDMA) , en el patró de reflexió dels dispositius. La codificació en amplitud i phase s'ha proposat per mitjà de dos enfocaments diferents: en el primer, paraules-codi d'amplitud i fase personalitzades ($ a_ {k} $, $ f_ {k} $) van ser dissenyades específicament per a exhibir un comportament ortogonal obtingut per la combinació de dos paraules-codi. La tècnica d'interrogació basada en una font dual sintonizable va ser específicament dissenyada per a recuperar el mesurament diferencial dels sensors i descodificar efectivament la seua informació. El segon enfocament utilitza les seqüències \textit{"Discrete Prolate Spheroidal Sequences"} (DPSS), que són seqüències mútuament ortogonals desenrotllades per a sistemes de comunicacions. Es va demostrar l'ús d'estes estructures com a elements de detecció ortogonals amb patrons específics de fase i amplitud. La fabricació i la validació experimental dels dispositius SSFBG proposats es van realitzar per a demostrar el rendiment dels sensors inclusivament en condicions de superposició espectral. La longitud d'ona central dels sensors es recupera amb èxit en les tres metodologies, a més, l'error del sistema de detecció es va caracteritzar en termes dels paràmetres de disseny. / This thesis investigates the application of encoding concepts to the design of optical sensors based on fiber Bragg grating (FBG) devices. Specifically, we present the design, characterization and experimental validation of custom encoded sensing devices that can be designed and manufactured as super-structured FBG (SSFBG) devices. The aim of this thesis is to enhance the capacity and the overall performance of the optical sensing systems based on conventional FBG sensors. To do so, three encoding methodologies of SSFBG sensing devices have been proposed, aiming to endow each sensor with additional information useful to identify each sensor even under overlapping conditions. An encoded FBG-based sensor is a FBG structure whose shape has been tailored after an orthogonal codeword in such a way that their central wavelength can be distinguished unequivocally from other signals in the spectrum. The design of encoded SSFBG sensors is performed by modifying the reflection spectrum of multi-band FBG devices, this is achieved by translating orthogonal codewords into the amplitude and phase terms of the FBG sensors. Amplitude encoding of SSFBG sensors consists in translating the binary optical orthogonal codewords (OOCs), developed for optical-code division multiple-access (OCDMA) communications systems, into the reflection pattern of the devices. Amplitude $\&$ phase encoding has been proposed in two different approaches: in the first one, custom amplitude and phase codewords ($a_{k}$, $f_{k}$) were specifically devised to exhibit orthogonal behavior by combining the two codewords. The dual-wavelength tunable interrogation technique was also specifically designed to retrieve the differential measurement of the sensors and effectively decode their information. The second approach uses the discrete prolate spheroidal sequences (DPSS), which are mutually orthogonal sequences developed for communications systems. We demonstrated the use of this structures as orthogonal sensing elements with definite phase and amplitude patterns. The manufacturing and experimental validation of the proposed SSFBG devices were carried out to prove the overlap-proof performance of the devices. The central wavelength of the sensors is successfully retrieved in the three methodologies, additionally, the error of the sensing system was characterized in terms of the design parameters. / Triana Infante, CA. (2018). Enoding optial FBG sensors to enhance the capacity of optial sensing systems [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/114824 / TESIS

La fotónica de silicio es una de las tecnologías con más auge en las últimas dos décadas. Es por ello que el estudio y desarrollo de circuitos integrados fotónicos ha tenido una importante presencia en la investigación de nuevos componentes y dispositivos para la mejora de prestaciones en sistemas de comunicaciones ópticos. Una de las principales ventajas de la fotónica de silicio es su compatibilidad con la tecnología electrónica CMOS, la cual la convierte en una plataforma prometedora para la fabricación en masa a bajo coste. El tamaño reducido de las estructuras fotónicas y las bajas pérdidas alcanzadas en guías de onda nanométricas ha permitido el desarrollo de dispositivos con una alta densidad de integración. De igual manera, se han demostrado moduladores ópticos de alta velocidad y fotodetectores altamente eficientes. Sin embargo, el desarrollo de la fuente de luz o láser, elemento indispensable en cualquier sistema de comunicaciones óptico, no es posible debido al "bandgap" indirecto del silicio. Por lo cual, otros materiales de "bandgap" directo se han estudiado y propuesto para conseguir integrar un láser sobre el chip de silicio con emisión en las bandas O y C. El principal desafío radica en alcanzar el régimen de emisión estimulada coherente por medio de un bombeo eléctrico y de forma eficiente. Para ello se han propuesto varios esquemas de integración. La integración monolítica aborda la fabricación del láser directamente en el chip. Por otra parte, la integración híbrida consiste en la fabricación del láser por separado para luego ser integrado en el chip, siendo este esquema con el que mejores resultados se han conseguido. De esta manera, el principal objetivo de la tesis ha sido el desarrollo de un láser de cavidad externa por medio de un esquema de integración híbrida y con funcionamiento en la banda O. Los distintos bloques básicos se han analizado, diseñado, fabricado y demostrado experimentalmente. Finalmente, se ha llevado a cabo la integración con el medio de ganancia demostrándose satisfactoriamente emisión estimulada y funcionamiento monomodo. Además, en la tesis se ha abordado también el acoplamiento a estructuras de guiado tipo ranura, las cuales han sido propuestas en esquemas de integración monolítica. / La fotònica de silici és una de les tecnologies amb més auge en les últimes dues dècades. És per això que l'estudi i desenvolupament de circuits integrats fotònics ha tingut una important presència a la investigació de nous components i dispositius per a la millora de prestacions en sistemes de comunicacions òptics. Una de les principals avantatges de la fotònica de silici és la seva compatibilitat amb la tecnologia electrònica CMOS, la qual la converteix en una plataforma prometedora per a la fabricació en massa a baix cost. La mida reduïda de les estructures fotòniques i les baixes pèrdues assolides en guies d'ona nanomètriques ha permès el desenvolupament de dispositius amb una alta densitat d'integració. De la mateixa manera, s'han demostrat moduladors òptics d'alta velocitat i fotodetectors altament eficients. No obstant això, el desenvolupament de la font de llum o làser, element indispensable en qualsevol sistema de comunicacions òptic, no és possible a causa del "bandgap" indirecte del silici. Per la qual cosa, altres materials de "bandgap" directe s'han estudiat i proposat per aconseguir integrar un làser sobre el xip de silici amb emissió en les bandes O i C. El principal desafiament rau a aconseguir el règim d'emissió estimulada coherent per mitjà de un bombament elèctric i de forma eficient. Per a això s'han proposat diversos esquemes d'integració. La integració monolítica aborda la fabricació del làser directament en el xip. D'altra banda, la integració híbrida consisteix en la fabricació del làser per separat per després ser integrat en el xip, sent aquest esquema amb el que millors resultats s'han aconseguit. D'aquesta manera, el principal objectiu de la tesi ha sigut el desenvolupament d'un làser de cavitat externa per mitjà d'un esquema d'integració híbrida i amb funcionament a la banda O. Els diferents blocs bàsics s'han analitzat, dissenyat, fabricat i demostrat experimentalment. Finalment, s'ha dut a terme la integració amb el medi de guany demostrant satisfactòriament emissió estimulada i funcionament monomode. A més, en la tesi s'ha abordat també l'acoblament a estructures de guiatge tipus ranura, les quals han estat proposades en esquemes d'integració monolítica. / Silicon photonics is one of the technologies that has raised a higher interest during the last two decades. Therefore, the development of photonic integrated circuits has had an important presence in the research of new components and devices for the improvement of performance in optical communication systems. One of the main advantages of silicon photonics is its compatibility with CMOS electronic technology, which makes it a promising platform for mass production at low cost. The reduced size of photonic structures and the low propagation losses achieved in nanometric photonic waveguides has allowed the development of devices with a high density of integration. Similarly, high-speed optical modulators and highly efficient photodetectors have been demonstrated. However, the development of the light source or laser, an indispensable element in any optical communication system, is not possible due to the indirect bandgap of silicon. Therefore, other direct bandgap materials have been studied and proposed to integrate a laser on the silicon chip with emission in the O and C bands. The main challenge lies in reaching the coherent stimulated emission regime by means of an electric pump and in an efficient way. For this, several integration schemes have been proposed. Monolithic integration deals with the fabrication of the laser directly on the chip. On the other hand, hybrid integration consists in the fabrication of the laser separately to later be integrated into the chip. The best results have been achieved by means of this approach. Therefore, the main goal of the thesis has been the development of an external cavity laser by means of a hybrid integration scheme and with operation in the O-band. The different basic building blocks have been analyzed, designed, fabricated and experimentally demonstrated. Finally, the integration with the active material has been carried out, successfully demonstrating stimulated emission and single-mode operation. In addition, the thesis has also addressed the coupling to slow waveguide guidance structures, which have been proposed in monolithic integration schemes. / Larrea Luzuriaga, RA. (2018). Dispositivos emisores de luz para transmisión óptica de alta velocidad [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/114827 / TESIS

[ES] En esta Tesis Doctoral, se propone diferentes técnicas de acoplo y conversión modal destinadas a aumentar la capacidad de transporte en sistemas de telecomunicaciones sobre fibra óptica. En particular, el objetivo principal es el desarrollo de la tecnología necesaria para conseguir una multiplexación modal utilizando un número limitado de modos, de manera controlada. Para ello, se estudian dos escenarios MDM con dos longitudes de onda distinta. Por un lado, usando la longitud de onda de 850 nm sobre SSMF favoreciendo la utilización de componentes ópticos y electro-ópticos de coste mucho menor que sus equivalentes en la banda C+L. Esta novedosa tecnología de transmisión permitirá una nueva generación de interconexiones ópticas de muy alta capacidad aplicable a enlaces chip-a-chip, a backplanes ópticos y también a clústeres de computación de altas prestaciones y centros de conmutación de red. Por otro lado, usando la longitud de onda de 1550 nm sobre guías ópticas basadas en SOI, es decir, Si (silicio) sobre sustrato de SiO2 (óxido de silicio) favoreciendo la utilización de dispositivos basados en tecnología integrada que ofrecen un menor tamaño, mejor repetibilidad y robustez que los dispositivos basados en fibra óptica. Para ello, se propone el uso de acopladores ópticos fusionados siendo un elemento indispensable a la hora de multiplexar y demultiplexar los distintos modos ópticos en un enlace MDM a 850 nm. Esta técnica permite multiplexar/demultiplexar los modos ópticos cuando el tipo de acoplador óptico utilizado es simétrico (DC, del inglés directional coupler), siendo necesario la utilización de un conversor de modos. También se estudia la posibilidad de convertir el modo óptico mediante la utilización de un acoplador óptico asimétrico (ADC, del inglés asymmetrical directional coupler), no siendo necesario utilizar un conversor de modos y simplificando el esquema MDM. Además, en esta tesis doctoral también se propone y evalúa el diseño de un conversor de modos mecánico basado en SSMF. Esta técnica permite obtener el primer modo de orden superior con una alta calidad y sin la necesidad de utilizar un ADC. Después de esto, se propone y evalúa la posibilidad de utilizar acopladores comerciales (diseñados a 1550 nm) a la longitud de onda de 850 nm permitiendo de esta forma reducir la necesidad de utilizar acopladores ópticos y conversores modales específicamente diseñados en dicha longitud de onda. Esta técnica reduciría los costes del sistema al necesitar un menor número de dispositivos y aprovechar los dispositivos diseñados a 1550 nm, siendo más económicos que los diseñados a 850 nm. En esta Tesis también se propone el uso de ADCs en guías strip basadas en SOI para la conversión y multiplexación de los modos ópticos desde la guia fundamental a la guia de dos modos, a la longitud de onda de 1550 nm. Para ello se estudia y demuestra experimentalmente diferentes diseños con el fin de obtener el diseño más robusto frente a las tolerancias de fabricación consiguiendo un rendimiento óptimo. Además, el uso de DCs sobre guías ridge es comúnmente utilizado y ofrece mejores prestaciones que el basado en guías strip, por ese motivo esta Tesis estudia y evalúa el uso de ADCs sobre guías ridge mediante el método de análisis de los índices efectivos de los supermodos par e impar. De esta forma se realiza una comparación entre los diseños óptimos de ambas estructuras (strip y ridge) con el objetivo de averiguar qué diseño ofrece mejores prestaciones. Por último, se propone y estudia el diseño de un acoplador grating capaz de multiplexar y demultiplexar los modos ópticos del modo fundamental y del primer orden superior desde la guia óptica a la fibra óptica y viceversa. Para ello se proponen diferentes diseños con el objetivo de conseguir un diseño más tolerante y eficiente frente a los errores por desalineamiento obteniendo un acoplo óptimo. / [CAT] En aquesta Tesi Doctoral, es proposen diferents tècniques d'acoblament i conversió modal destinades a augmentar la capacitat de transport en sistemes de telecomunicacions sobre fibra òptica. En particular, l'objectiu principal és el desenrotllament de la tecnologia necessària per a aconseguir una multiplexació modal utilitzant un número limitat de modes, de manera controlada. Per a això, s'estudien dos escenaris MDM amb dos longituds d'onda distinta. D'una banda, usant la longitud d'ona de 850 nm sobre SSMF afavorint la utilització de components òptics i electro-òptics de cost molt menor que els seus equivalents en la banda C+L. Aquesta nova tecnologia de transmissió permetrà una nova generació d'interconnexions òptiques de molt alta capacitat aplicable a enllaços chip-a-chip, a backplanes òptics i també a clústers de computació d'altes prestacions i centres de commutació de xarxa. D'altra banda, usant la longitud d'ona de 1550 nm sobre guies òptiques basades en SOI, és a dir, Si (silici) sobre substrat de SiO2 (òxid de silici) afavorint la utilització de dispositius basats en tecnologia integrada que ofereixen una menor grandària, millor repetibilitat i robustesa que els dispositius basats en fibra òptica. Per a això, es proposa l'ús d'acobladors òptics fusionats sent un element indispensable a l'hora de multiplexar i demultiplexar els distints modes òptics en un enllaç MDM. Aquesta tècnica permet multiplexar/demultiplexar els modes òptics quan el tipus d'acoblador òptic utilitzat és simètric (DC, de l'anglès directional coupler), sent necessari la utilització d'un convertidor de modes. També s'estudia la possibilitat de convertir el mode òptic per mitjà de la utilització d'un acoblador òptic asimètric (ADC, de l'anglès asymmetrical directional coupler), no sent necessari utilitzar un convertidor de modes i simplificant l'esquema MDM. Es mes, en aquesta tesi doctoral també es proposa i avalua el disseny d'un convertidor de modes mecànic basat en SSMF. Aquesta tècnica permet obtindre el primer mode d'orde superior amb una alta qualitat sense la necessitat d'utilitzar un ADC. Després d'açò, es proposa i avalua la possibilitat d'utilitzar acobladors comercials (dissenyats a 1550 nm) a la longitud d'ona de 850 nm permetent d'esta manera reduir la necessitat d'utilitzar acobladors òptics i convertidors modals específicament dissenyats en la dita longitud d'ona. Aquesta tècnica reduiria els costos del sistema al necessitar un menor nombre de dispositius i aprofitant els dispositius dissenyats a 1550 nm, sent més econòmics que els dissenyats a 850 nm. En aquesta Tesi també es proposa l'ús de ADCs en guies strip basades en SOI per a la conversió i multiplexació dels modes òptics des de la guia fonamental a la guia de dos modes, a la longitud d'ona de 1550 nm. Per a això s'estudia i demostra experimentalment diferents dissenys a fi de obtindré el disseny més robust enfront les toleràncies de fabricació aconseguint un rendiment òptim. A més, l'ús de DCs sobre guies ridge és comunament utilitzat i ofereix millors prestacions que el basat en guies strip, per eixe motiu aquesta Tesi estudia i avalua l'ús de ADCs sobre guies ridge per mitjà del mètode d'anàlisi dels índexs efectius dels supermodes parell i imparell. D'aquesta manera es realitza una comparació entre els dissenys òptims de les dos estructures (strip i ridge) amb l'objectiu d'esbrinar quin disseny ofereix millors prestacions. Finalment, es proposa i estudia el disseny d'un acoblador grating capaç de multiplexar i demultiplexar els modes òptics del mode fonamental i del primer orde superior des de la guia òptica a la fibra òptica i viceversa. Per a això es proposen diferents dissenys amb l'objectiu d'aconseguir un disseny més tolerant i eficient enfront dels errors per desalineament obtenint un acoblament òptim. / [EN] In this Ph.D. thesis, different mode coupling and mode conversion techniques with the aim to increase the transport capacity in telecommunications systems over optical fiber are proposed. Concretely, the main aim is the development of the technology to achieve MDM using a limited controlled number of modes. Two different MDM scenarios based on two distinct wavelengths have been considered. On one hand, using the 850 nm wavelength over SSMF favors the use of optical and electro-optical devices with costs much lower than their equivalent in the C+L band. This novel transmission technology enables a new generation of very high capacity optical interconnections applicable to chip-to-chip links, to optical backplanes, and also to high-performance computing clusters and network switching centre interconnections. On the other hand, using the 1550 nm wavelength over optical waveguides based on SOI, i.e., Si (Silicon) above SiO2 substrate (silicon oxide), allows the use of integrated devices offering a less size, better repeatability and robustness in comparison with the optical fiber devices. Fused fiber couplers are proposed as key elements to (de)multiplex different fiber modes in a MDM link at 850 nm. The use of a symmetric directional coupler (DC) as a (de)multiplexer requires the use of an additional mode converter. The use of an asymmetrical directional coupler (ADC) as optical (de)multiplexer and mode converter is proposed, avoiding the necessity of an additional mode converter and simplifying the MDM scheme. Furthermore, in this Ph.D. thesis it is also proposed and evaluated the design of a mechanical mode converter at 850 nm using a SSMF. This technique permits to obtain the first high order mode with high quality and without the necessity of using an ADC. After that, it is analyzed and investigated the employment of commercial optical couplers (designed at 1550 nm) at 850 nm wavelength operation, thus avoiding the use of optical couplers and mode converters specifically designed at 850 nm wavelength. The MDM system costs are reduced as fewer devices are required and commercial components designed at 1550 nm are cheaper than the counterparts at 850 nm. In this Ph.D. thesis it is also considered the employment of ADCs over strip waveguides based on SOI technology for the conversion and multiplexing of the optical modes, from single-mode waveguide to high order mode waveguide at the 1550 nm wavelength. Thus, it has been studied and experimentally investigated different designs aimed to achieve the most robust configuration, in which the yield is less affected by the fabrication tolerances. Furthermore, the use of DCs over ridge waveguides is commonly employed and it offers better performance than strip waveguides. For this reason, the Ph.D. thesis studies and evaluates the use of ADCs with ridge waveguides by considering the effective refractive indexes of the even and odd supermodes analysis. In this way, a comparison between strip and ridge structures is done in order to find the optimum design that offer the best features. Finally, it is analyzed the design of a grating coupler capable of multiplexing and demultiplexing the fundamental and the high order mode from the waveguide to the optical fiber and vice versa. Thus, different designs are evaluated in order to achieve a design more robust and efficient to the coupling misalignments. / García Rodríguez, D. (2018). Few-Mode Transmission Technology for Ultra-High Capacity Optical Networks [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/115938 / TESIS