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Dissertação de mestrado em Técnicas de Caracterização e Análise Química, Atualmente, a maior parte da energia elétrica produzida é proveniente da queima de combustíveis fósseis, tornando necessário o desenvolvimento de novas formas de obtenção de energia, mais sustentáveis e com eficiências capazes de corresponder à demanda atual de energia. Sendo que os edifícios constituem os principais consumidores de energia, estão a ser investigadas novas tecnologias baseadas nos concentradores solares luminescentes (LSCs), as quais visam gerar energia elétrica através da energia solar em fachadas de edifícios sob a forma de janelas inteligentes. O presente estudo centrou se na (i) síntese de nanopartículas (NPs) de sílica oca com funcionalidade de barreira térmica(ii) funcionalização destas com lantanídeos para a respetiva conversão energética e (iii) incorporação destas em filmes biopoliméricos para funcionarem como guias de onda. Este estudo também teve como objetivo a otimização da dispersão destas NPs desenvolvidas e estudo da adição de um eletrólito. Posto isto, caracterizou-se morfologicamente, quimicamente e termicamente os materiais desenvolvidos, recorrendo às técnicas de Espetroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Análise Termogravimétrica (TGA), Calorimetria Diferencial de Varrimento (DSC), Dispersão de Luz Dinâmica (DLS), Microscopia Eletrónica de Transmissão por Varrimento (STEM), Microscopia Eletrónica de Varrimento acoplada a Espetrometria de Energia Dispersiva (SEM-EDS), Espetroscopia de Fluorescência, Espetroscopia Ultravioleta-visível e Infravermelho Próximo (UV-Vis NIR) e Espetroscopia de Impedância Complexa. De um modo geral, foram desenvolvidos com sucesso materiais funcionais para aplicações em janelas inteligentes. Os biopolímeros 3 (BP 3) e 4 (BP 4) demonstraram ser guias de onda ideais para implementação em LSCs. Através dos estudos de dispersão realizados foi possível verificar um progresso na dispersão das NPs desenvolvidas nos biopolímeros em estudo e a introdução do eletrólito nas respetivas matrizes mostrou ser uma mais-valia para incorporação em LSCs., Currently, most of the electric power comes from burning fossils, making it necessary to develop new, more sustainable forms of energy generation with adequate efficiencies in line with the current energy demand. Considering that buildings are the main energy consumers, new technologies based on luminescent solar concentrators (LSCs) are being investigated, which aim to generate electricity through solar energy on building facades in the form of smart windows. The present study focused on (i) synthesis of hollow silica nanoparticles with thermal barrier functionality (NPs), (ii) their functionalization with lanthanides to the respective conversion of solar energy, and (iii) incorporation of these in biopolymeric films to work like waveguides. This study also had the objective of optimizing the dispersion of silica NPs and the study of the addition of an electrolyte. Subsequently, the morphological, chemical and thermal characterization of the developed materials was carried out, using the techniques of Fourier-transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Thermogravimetric Analysis (TGA), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Dynamic Light Scattering (DLS), Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM), Scanning Electron Microscopy with Energy Dispersive Spectroscopy (SEM-EDS), Fluorescence Spectroscopy, Ultraviolet visible and Near-infrared Spectroscopy (UV-Vis NIR) and Spectroscopy of Complex Impedance. Overall, functional materials have been successfully developed for smart window applications. The biopolymers 3 (BP 3) and 4 (BP 4) proved to be ideal waveguides for implementation in LSCs, through the dispersion studies carried out it was possible to verify progress in the dispersion of NPs developed in the biopolymers in study and the introduction of electrolyte in the respective matrices proved to be added value for incorporation into LSCs.

Currently there are numerous advances in the medical area that lead to more accurate diagnoses. However, there is an opportunity issue in terms of timely and non-invasive diagnosis. Detecting and characterizing small particles such as viruses in the air or bacteria in food is very useful, and it has been reported that among the existing diagnostic and analysis techniques for biological samples, those based on waveguide biosensor have significant advantages, such as higher resolution and real-time detecting. The physical and geometric characteristics of the waveguide will determine its usefulness in each application. This paper presents the methodology for modeling waveguides using the free software called Metric; Silicon nitride (Si3N4) waveguides were modeled to study their potential as biosensors.

Project carried out at the MicroCommFlow Lab which is a group specialized in interaction with microorganisms. We need to interact with the living world and most of the time this is done applying some kind of physical contact. This type of connection, whilst well known and fairly robust, is too intrusive. The possibility of having wireless connections with microparticles would undoubtedly facilitate this type of interaction. In this thesis, the detection sensitivity of a microsphere by microwave, a non-intrusive technique, is studied, and a transmission line is designed for detection. Proyecto realizado en el MicroCommFlow Lab, grupo especializado en interacción con microorganismos. Necesitamos interactuar con el mundo vivo y la mayoría de las veces esto se realiza mediante algún tipo de contacto físico. Este tipo de conexión, aunque es bien conocido y bastante sólido, resulta demasiado intrusivo. La posibilidad de tener conexiones inalámbricas con micropartículas sin duda facilitaría este tipo de interacción. En esta tesis se estudia la sensibilidad de detección de una microesfera mediante microondas, una técnica no intrusiva, y se diseña una línea de transmisión para la detección. Projecte realitzat en el MicroCommFlow Lab, grup especialitzat en interaccions amb microorganismes. Necessitem interactuar amb el món viu i en la majoria dels casos això es realitza mitjançant algun tipus de contacte físic. Aquesta tipologia de connexió, tot i ser ben coneguda i bastant sòlida, resulta massa intrusiva. La possibilitat de tenir connexions sense fils amb micropartícules sense dubte facilitaria aquest tipus d'interaccions. En aquesta tesi s'estudia la sensibilitat de detecció d'una microesfera mitjançant microones, una tècnica no intrusiva, i es dissenya una línia de transmissió per a la detecció.

[ES] Actualmente, el Instituto Universitario de Tecnología Nanofotónica (NTC) y la spin-off Lumensia Sensors participan en el proyecto europeo SaPher, donde se pretende desarrollar y comercializar una plataforma de sensado lab-on-chip para la detección simultánea de varios alérgenos en matrices alimentarias. El dispositivo incluye sistemas microfluídicos y ópticos que permiten depositar las muestras alimentarias sobre un chip fotónico y detectar la presencia de determinados analitos a partir de modificaciones en las propiedades de la luz. El objetivo del NTC consiste en mejorar las prestaciones del chip fotónico en cuestión, que consta de guías de onda y anillos resonantes en tecnología de nitruro de silicio, cuyo principio de detección se basa en la onda evanescente. En este Trabajo Fin de Grado se abordan estrategias de optimización del circuito fotónico integrado actual, que funciona en la banda de longitud de onda de 1550 nm, con las guías operadas en el modo TE. Se opta por modificar el diseño de los componentes implicados en el circuito fotónico integrado para lograr el guiado del modo TM en la banda de longitud de onda de 1310 nm. El diseño y la optimización de las estructuras implica el uso de herramientas de simulación numérica, la colaboración en la fabricación en la sala limpia del NTC, así como la caracterización experimental en los laboratorios del NTC. Tras un análisis teórico y experimental, se concluye que la estrategia de optimización seleccionada permite aumentar la sensibilidad y el factor de calidad de los sensores, disminuyendo así el límite de detección. El mismo circuito fotónico integrado optimizado en este trabajo puede destinarse a otras aplicaciones únicamente modificando la biofuncionalización según el analito diana. Por tanto, los resultados obtenidos repercuten sobre otros ámbitos, además de contribuir al proyecto SaPher y dar paso a la próxima generación de biosensores fotónicos de Lumensia Sensors., [EN] Currently, the research institute Nanophotonics Technology Center (NTC) and the spin-off Lumensia Sensors participate in the European project SaPher, which aims to develop and commercialise a lab-on-chip biosensing platform for the simultaneous detection of various allergens in food matrices. The device includes microfluidics and optical systems which allow to deposit food samples on a photonic chip and to detect the presence of certain analytes based on changes in the properties of light. The main objective of NTC in the project is to improve the performance of the photonic chip under consideration, which consists of silicon nitride waveguides and ring resonators, and is based on the evanescent field biosensing principle. In this Bachelor's thesis, potential optimisation strategies are discussed to improve the performance of the current photonics integrated circuit, which works in the 1550 nm wavelength band and supports the TE mode. The chosen strategy is to modify the design of the components included in the photonics integrated circuit to enable the propagation of the TM mode in the 1310 nm wavelength band. The design and optimisation of the structures implies using numerical simulation tools, collaborating in the fabrication process at NTC's clean room, as well as performing experimental characterisations at NTC's laboratories. After a theoretical and experimental analysis, it is concluded that the selected optimisation strategy achieves an increase in the sensitivity and the quality factor of the sensors, thus reducing the limit of detection. The same photonics integrated circuit optimised in this work can be exploited for other applications by simply modifying the biofunctionalisation depending on the target analyte, hence the results obtained have an impact on other fields besides contributing to SaPher project and leading to Lumensia Sensors' next generation of photonic biosensors.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Outra Agência Este trabalho apresenta um estudo de abordagem analítica, numérica e experimental sobre a analise eletromagnética aplicada no projeto de estruturas de onda guiada. Inicialmente, são analisadas transições entre guias de onda coaxiais e retangulares homogêneos. A abordagem utilizada é de natureza analítica e denomina-se na literatura como método do casamento de modos. Este método baseia-se na expansão modal dos campo eletromagnéticos presentes nos guias de onda e aplica-se na análise e projeto de dispositivos de onda guiada. Seguidamente, na fase de simulação e experimentos, um protótipo realístico usando guias de onda e diversas antenas foi projetado como um sistema de concentração de energia micro-ondas, cujo foco é a entrega de energia eletromagnética em pontos precisos causando aquecimento, sinterização e fundição de materiais. O protótipo visa futuras aplicações na tecnologia de impressão 3D. Por outro lado, uma série de simulações e medições foram realizadas para avaliar a influencia da imersão liquida em testes de microscopia de campo próximo. Os resultados mostraram que a formação de meniscos de água nanométricos contribui na geração de imagens que revelam estruturas de resolução nanométrica. This work presents an analytical, numerical and experimental study about the electromagnetic analysis applied in the design of guided wave structures. Initially, transitions between coaxial and rectangular homogeneous waveguides are analyzed. The used approach is from analytical nature and it is named in literature as mode matching technique. This method is based on the modal expansion of the electromagnetic fields present in the waveguides and it is applied in the analysis and design of guided-wave devices. Then, in the simulation and experiments stage, a realistic prototype involving waveguides and many antennas was designed as a microwave energy concentration system. The focus of this system is the delivery of electromagnetic energy in precise spots causing over them heating, sintering, and melting of materials. The prototype targets future applications in 3D printing technology. On the other hand, a series of simulations and measurements were performed to assess the influence of liquid immersion in near-field microscopy tests. The results showed that the formation of nanometric water menisci contributes to the generation of images that reveal structures of nanometric resolution.

[ES] El continuo avance de los sistemas de comunicaciones, así como de las tecnologías asociadas a los mismos hace que sea necesario el desarrollo de estudios que permitan avalar el correcto funcionamiento de los subsistemas de comunicaciones bajo circunstancias nunca antes vistas. En concreto, el creciente uso de pico y nano satélites dentro de la industria espacial insta al proceso de diseño de dispositivos que vayan a ser embarcados en misiones de índole espacial a tener en cuenta los efectos adversos asociados a este tipo de entornos. Este proyecto presenta un estudio completo de todos aquellos fenómenos físicos a tener en cuenta a la hora de realizar misiones espaciales con el fin de demostrar la viabilidad de cuatro filtros de microondas en banda Ku fabricados y medidos expresamente para este trabajo e implementados en cuatro tecnologías planares distintas (SIW, ESIW, ADSIW y ESICL). Estos filtros serán sometidos a análisis para estudiar su comportamiento ante fenómenos de descarga de electrones, fenómenos de expansión y contracción térmica, así como para estudiar su resistencia mecánica ante elevados niveles de estrés mecánico., [EN] The continuous progress of communication systems, as well as the technologies that are associated with them makes it necessary to develop studies that allow us to endorse the correct functioning of the communication subsystems under circumstances never previously seen. In particular, the increasing use of pico and nano satellites within the spatial industry urges the process of designing devices, which will be embarked on spatial missions, to take into account the adverse effects that are associated with this type of environments. This project presents a complete study of all those physical phenomena to have into account when carrying out space missions in order to demonstrate the feasibility of four specifically manufactured and measured Ku-band microwave filters that have been implemented in four different planar technologies (SIW, ESIW, ADSIW and ESICL) for this work. These filters will be analyzed to study their behavior in front of electron discharge phenomena, thermal expansion and contraction phenomena, as well as to study their mechanical resistance to high levels of mechanical stress.

In the Materials Science field, two-dimensional materials have gained the scientific community attention in recent years. The change and the appearance of novel properties when their thickness is reduced to nanometric scale has special interest for its fundamental properties study for, from this base, the design and its implementation in devices. The wide variety of materials with the possibility of being exfoliated at the two-dimensional level opens the field to different applications, from optoelectronic devices, detection and sensing, energy storage, catalysis, medical applications and quantum information technologies, among others. This thesis gathers results in both directions: a fundamental science level study in two-dimensional materials less explored by the scientific community and its implementation in optoelectronic devices focused on different applications. In a first part, optical and electrical properties of III-VI semiconductors are studied. Photoluminescence (PL) of Gallium Selenide when thickness is reduced as well as its oxidation mechanism are discussed before its implementation. After this, electrical properties of 2D Indium Selenide (InSe) will be the focus of the study. This thesis demonstrates the usage of multiterraced nanosheets as p-n heterojunctions without joint defects. In addition, the thickness - work function dependence is studied by means of Kelvin-probe force microscopy. Finally, its usage for gas sensing due to the PL change in 2D samples is proposed and demonstrated. After its presentation, a second part of the thesis will focus on its implementation to take advantage of or to optimise the previous properties, comparing the results with monolayers of transition metal dichalcogenides (TMD) such as Tungsten Selenide or Molybdenum Selenide. Specifically, the recently demonstrated out-of-plane dipolar nature of the InSe nanosheets, which hampers its usual vertical excitation-collection performance, will be discussed. First, using silicon oxide microspheres on the 2D nanosheets, the PL collection will be enhanced. The behavior as an out-of-plane dipole will be demonstrated in 2D InSe and the low energy contribution of TMD PL emission due to the whispering gallery modes that occur in the microspheres. After this, these 2D materials will be studied in vertical heterostructures with perovskite nanocrystals, obtaining an enhancement in the PL collected in InSe nanosheets compared to that obtained with TMD, where PL detected is reduced by depositing a nanocrystalline perovskite on top, due to the orientation between perovskites emission and 2D dipolar natures. Closing this part, InSe nanosheets and TMD monolayers on photonic waveguides are studied, allowing excitation and collection in both horizontal and vertical directions. In a third and final part of the thesis two two-dimensional materials not explored in the literature will be presented: Bismuth Sulfide and Molybdenum Oxide. In the case of Bismuth Sulfide, a semiconductor material is presented that, in addition to its anisotropy between the exfoliation plane and the vertical direction, presents an unusual optical and structural anisotropy within the plane, demonstrated by several optical techniques such as Raman spectroscopy, photoluminescence, optical contrast, differential reflectivity and transmittance. The application of such anisotropy in optical fibers as a Fabry-Perot cavity in its core is demonstrated, from which results its birefringence is obtained in comparison with other reported laminar materials. Finally, Molybdenum Oxide is presented as a two-dimensional insulating material, uncommon in the two-dimensional materials field, where hexagonal Boron Nitride is the only one considered. The exfoliability of Molybdenum Oxide and its advantages over hexagonal Boron Nitride are demonstrated: its absence of low temperature defects and its almost-zero nuclear spin compared to hexagonal Boron Nitride, which hampers its usage in nuclear spintronics oriented devices. The usage of this new material as a two-dimensional insulator is demonstrated by the encapsulation of transition metal dichalcogenides monolayers within this material and studying its behavior at low temperature, from its single photon emitters behavior to the narrowing in the emission and absorption of the encapsulated semiconductor, obtained by photoluminescence and differential reflectivity at low temperature, respectively. In the Materials Science field, two-dimensional materials have gained the scientific community attention in recent years. The change and the appearance of novel properties when their thickness is reduced to nanometric scale has special interest for its fundamental properties study for, from this base, the design and its implementation in devices. The wide variety of materials with the possibility of being exfoliated at the two-dimensional level opens the field to different applications, from optoelectronic devices, detection and sensing, energy storage, catalysis, medical applications and quantum information technologies, among others. This thesis gathers results in both directions: a fundamental science level study in two-dimensional materials less explored by the scientific community and its implementation in optoelectronic devices focused on different applications. In a first part, optical and electrical properties of III-VI semiconductors are studied. Photoluminescence (PL) of Gallium Selenide when thickness is reduced as well as its oxidation mechanism are discussed before its implementation. After this, electrical properties of 2D Indium Selenide (InSe) will be the focus of the study. This thesis demonstrates the usage of multiterraced nanosheets as p-n heterojunctions without joint defects. In addition, the thickness - work function dependence is studied by means of Kelvin-probe force microscopy. Finally, its usage for gas sensing due to the PL change in 2D samples is proposed and demonstrated. After its presentation, a second part of the thesis will focus on its implementation to take advantage of or to optimise the previous properties, comparing the results with monolayers of transition metal dichalcogenides (TMD) such as Tungsten Selenide or Molybdenum Selenide. Specifically, the recently demonstrated out-of-plane dipolar nature of the InSe nanosheets, which hampers its usual vertical excitation-collection performance, will be discussed. First, using silicon oxide microspheres on the 2D nanosheets, the PL collection will be enhanced. The behavior as an out-of-plane dipole will be demonstrated in 2D InSe and the low energy contribution of TMD PL emission due to the whispering gallery modes that occur in the microspheres. After this, these 2D materials will be studied in vertical heterostructures with perovskite nanocrystals, obtaining an enhancement in the PL collected in InSe nanosheets compared to that obtained with TMD, where PL detected is reduced by depositing a nanocrystalline perovskite on top, due to the orientation between perovskites emission and 2D dipolar natures. Closing this part, InSe nanosheets and TMD monolayers on photonic waveguides are studied, allowing excitation and collection in both horizontal and vertical directions. In a third and final part of the thesis two two-dimensional materials not explored in the literature will be presented: Bismuth Sulfide and Molybdenum Oxide. In the case of Bismuth Sulfide, a semiconductor material is presented that, in addition to its anisotropy between the exfoliation plane and the vertical direction, presents an unusual optical and structural anisotropy within the plane, demonstrated by several optical techniques such as Raman spectroscopy, photoluminescence, optical contrast, differential reflectivity and transmittance. The application of such anisotropy in optical fibers as a Fabry-Perot cavity in its core is demonstrated, from which results its birefringence is obtained in comparison with other reported laminar materials. Finally, Molybdenum Oxide is presented as a two-dimensional insulating material, uncommon in the two-dimensional materials field, where hexagonal Boron Nitride is the only one considered. The exfoliability of Molybdenum Oxide and its advantages over hexagonal Boron Nitride are demonstrated: its absence of low temperature defects and its almost-zero nuclear spin compared to hexagonal Boron Nitride, which hampers its usage in nuclear spintronics oriented devices. The usage of this new material as a two-dimensional insulator is demonstrated by the encapsulation of transition metal dichalcogenides monolayers within this material and studying its behavior at low temperature, from its single photon emitters behavior to the narrowing in the emission and absorption of the encapsulated semiconductor, obtained by photoluminescence and differential reflectivity at low temperature, respectively.

[ES] Para la caracterización dieléctrica de materiales planares, como sustratos de placas de circuitos impresos, se programarán varios algoritmos algoritmos disponibles en la bibliografía y se validarán.

En esta tesis se estudian algunos aspectos de la interacción de láser de femto-segundos con cristales de niobato de litio aplicada a la fabricación de guías de onda. Se analizan los campos de deformaciones residuales de la interacción que permiten generar estas guías de onda. Los principales métodos experimentales de caracterización utilizados en este análisis son: mapeos espectroscópicos μ-Raman y medidas de campo cercano de modos guiados. Las medidas experimentales se ajustaron y/ó compararon con resultados de un modelo numérico que representa una expansión arbitraria de una elipse en el seno de un material elástico. A partir de este proceso, fue posible encontrar interesantes resultados relacionados con las características de la expansión producida por la interacción. El modelo numérico utilizado se generó en entorno MATLAB y resuelve tanto el problema elástico bidimensional para una expansión arbitraria, como así también, los modos guiados originados por su deformación residual. A su vez, se presentó y aplicó un método denominado “directo” que permite obtener el campo de índice de refracción aproximado a partir de mapas μ-Raman, en guías de onda originadas por deformaciones. Este método no requiere un modelo numérico ni iteraciones. En el presente trabajo de tesis se profundiza sobre el origen de guías de onda fabricadas con láser de femtosegundos, evaluando, a su vez, distintos métodos para estudiar los campos de deformaciones y de índice de refracción. Esto tiene potencial aplicación en el diseño de dispositivos fotónicos, como así también, en el estudio del comportamiento mecánico de materiales ópticos., Facultad de Ingeniería

"Se hace el estudio teórico de la propagación de pulsos a través de un medio, descrito por las ecuaciones de Maxwell considerando las características materiales del medio, a través de la “ecuación de onda”; y se implementa un procedimiento para la obtención de una solución analítica de la misma ecuación bajo el uso de métodos supersimétricos, tal como se hace en mecánica cuántica para el caso de la ecuación de Schrödinger, ya que esta ecuación y la ecuación de onda son similares en una aproximación paraxial. El tratamiento supersimétrico nos permite proponer una aplicación tecnológica haciendo un filtrado de modos, a través de la aplicación iterativa del método de manera jerárquica. Por otra parte, en este mismo contexto óptico, se trabaja con sistemas dinámicos de óptica no lineal, tomando como sistema principal el modelo en guías de onda y fibras ópticas. Como es bien sabido, en estos sistemas ópticos generalmente se presentan soluciones que se pueden ver como soluciones de tipo onda solitaria y de tipo switcheo (kinks). Teniendo como referencia que, una de las principales aplicaciones de estos sistemas, es aquella que en sus ecuaciones la solución se presenta en el entorno de solitones ópticos, soluciones que presentan características específicas y bien definidas del pulso. Para ser exactos principalmente estas soluciones se observan en ecuaciones no lineales, como lo son las ecuaciones de Schrödinger (NLSE por sus siglas en inglés) y de Ginzburg-Landau (NLGLE). Entonces, tomando en cuenta lo mencionado anteriormente, para hacer una contribución en la obtención de soluciones de este tipo de problemas, en este trabajo se propone un método para encontrar soluciones solitónicas de las ecuaciones no lineales de Schrödinger y Ginzburg-Landau en casos generalizados de ecuaciones de coeficientes variables, en las cuales se hace el tratamiento con solitones no autónomos, mismos que están descritos bajo el manejo de dispersión y no linealidad, relacionados con ejemplos concretos en aplicaciones tecnológicas presentadas en la literatura. También, se presenta una descripción de un modelo no lineal comúnmente trabajado en óptica, pero bajo un esquema supersimétrico de factorización con ayuda del método propuesto por Rosu y Cornejo-Pérez para la factorización de ecuaciones diferenciales no lineales de segundo orden, en donde en esta tesis este problema es propuesto como una extensión del método, obteniendo soluciones solitónicas supersimétricas." "Initially, to make the theoretical study of the propagation of pulses through a medium, it is necessary to work through the development of Maxwell’s equations, contemplating the material characteristics of the medium, from which the differential equation of the second order called “wave equation”, this equation that when is solved, gives us information of the explicit form of the pulse propagation in the medium. In this thesis a procedure was implemented to obtain an analytical solution of the wave equation under the use of supersymmetric methods, as is done in quantum mechanics for the case of the Schr¨odinger equation. Classical Schr¨odinger equation and the wave equation are similar in a paraxial approximation, the supersymmetric treatment is used to obtain a solution starting from the own factorization of the method. Where you get a parametric family solution by propagation constants analogous to energy in quantum mechanics, which generate in optics “ isomodespectrality” (i.e, is obtains the same propagation constants for the waveguides by supersymmetry method except for the fundamental mode or first mode), which correspond to the real and discrete eigenvalues of the linear Schr¨odinger spectral problem in its optic paraxial treatment, at the same time, by this method a partner waveguide is obtained, represented by the index of refraction and this is called “supersymmetric waveguide”, it means we are able to generate the type of structure that will support the modes of propagation partners, also, this supersymmetric method can be applied in a hierarchical manner, with which we realize that, it is guaranteed a filtering structures of propagation modes. On the other hand, in this same optical context, we work with dynamic systems of nonlinear optics, taking the model in waveguides and optical fibers as the main system. As is well known, in these optical systems solutions are usually presented that can be seen as solutions of solitary wave type and switching type (kinks). Taking as reference that one of the main applications of these systems is that in their equations the solution is presented in the environment of optical solitons whose solutions have specific and well defined characteristics of the pulse. To be exact, these solutions are mainly observed in non-linear equations, such as the Schrödinger (NLSE) and Ginzburg-Landau (NLGLE) equations. Then, taking into account the aforementioned, to make a contribution in obtaining solutions for this type of problems, in this work we propose a method to find solitonic solutions of the non-linear equations of Schrödinger and Ginzburg-Landau in generalized cases of variable coefficients equation, in which the treatment is done with non-autonomous solitons, which are described under the dispersion and non-linearity management, related to concrete examples in technological applications presented in the literature. Finally, a description is made of a nonlinear model commonly worked in optics, but under a supersymmetric scheme of factorization with the help of the method proposed by Rosu and Cornejo-Pérez for the factorization of nonlinear second order differential equations, where in this thesis this problem is proposed as an extension of the method, obtaining solitonic supersymmetric solutions."

Este trabajo presenta nuevos resultados experimentales de fabricación y caracterización de guías de onda ópticas acanaladas, generadas mediante micromaquimado con pulsos láser de femtosegundos (fs). Dicha técnica, conocida como escritura directa con pulsos láser de femtosegundos (FLDW) se ha extendido ampliamente en el área de la fotónica integrada, ofreciendo como principales ventajas: la alta definición espacial de las estructuras fabricadas, la posibilidad de realizar una inspección de guiado in situ durante la fabricación, la reducción en los pasos de fabricación de dispositivos fotónicos, la amplia variedad de materiales transparentes accesibles a este procesamiento y la tridimiensionalidad lograda. En este trabajo se ha implementado por primera vez dicha técnica en dos materiales fotónicos gran interés: por un lado en un cristal de Cr:LiSAF y por otro lado en un cristal co-dopado de Er/YbLiNbO3, dos materiales dopados con iones activos luminiscentes (Cr3+ y Er3+ / Yb3+ respectivamente) que ya han demostrado ofrecer buenas propiedades ópticas para acción láser, amplificación óptica, modulación electro-óptica, etc. En particular se han fabricado y caracterizado exitosamente guías tipo II de doble-línea en ambos materiales mediante FLDW empleando pulsos de ∼ 120 fs el régimen da baja repetición (1 kHz), nunca antes reportadas., Facultad de Ciencias Exactas

Utilizando el software libre openEMS de modelado electromagnético mediante FDTD se pretende comprobar cómo funciona este software en el entorno MATLAB y aplicarlo a problemas de cálculo de permitividad

Submitted by Flávia Sousa (flaviabs@ufba.br) on 2019-03-20T11:40:37Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Final CD - EMANUELA.pdf: 5542522 bytes, checksum: 77cb0fe789dfe01db43e604dfa5534e0 (MD5) Approved for entry into archive by Flávia Sousa (flaviabs@ufba.br) on 2019-03-20T11:41:47Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação Final CD - EMANUELA.pdf: 5542522 bytes, checksum: 77cb0fe789dfe01db43e604dfa5534e0 (MD5) Made available in DSpace on 2019-03-20T11:41:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação Final CD - EMANUELA.pdf: 5542522 bytes, checksum: 77cb0fe789dfe01db43e604dfa5534e0 (MD5) Neste trabalho, acopladores direcionais híbridos, compostos por guias de ondas dielétricos e metálicos, foram analisados em detalhes por simulações computacionais utilizando o Método dos Elementos Finitos (MEF). A resposta dos guias simulados apresentaram dependência com variações do comprimento de onda utilizado, das dimensões dos acopladores, do índice de refração do dielétrico e do metal usado. Também foram considerados guias de onda segmentados (Periodically Segmented Waveguide - PSW). Os resultados mostram que a relação entre a distância de acoplamento e o comprimento de onda é diretamente proporcional, ou seja, quanto maior o comprimento de onda, maior a distância de acoplamento e a intensidade do campo elétrico no guia plasmônico. Com o aumento do espaçamento entre os guias, a distância de acoplamento também aumenta e consequentemente, o campo acoplado diminui. Ao comparar os resultados entre os guias segmentados e o equivalente contínuo, percebe-se que no PSW os comprimentos de acoplamento são menores, chegando a variações de 1 a 16% dependendo do metal e comprimento de onda utilizados. O esquema que apresentou menor distância de acoplamento ( = 2,185) era composto por um guia metálico de cobre com 15nm de espessura e por um guia dielétrico de largura de 400nm e índice de refração igual a 1,87, afastados de 400nm e operando a = 1,50. Enquanto que a configuração com guia de prata com 20nm de espessura e guia dielétrico de largura de 500nm e índice de refração igual a 1,87, afastados de 400nm e operando a = 1,55 apresentou maior intensidade de campo (|| = 6,9972).

Dissertação de mestrado em Técnicas de Caracterização e Análise Química, Tecnologias como as células solares sensibilizadas por corante os concentradores solares luminescentes representam uma alternativa promissora na geração de energia fotovoltaica, sendo uma maneira eficiente e económica de converter diretamente a energia solar em energia elétrica e assim diminuir o recurso às energias não renováveis, como os combustíveis fósseis. A presente dissertação teve como tema principal o estudo e caracterização de filmes finos funcionais para aplicação nestes sistemas com o objetivo de conferir propriedades óticas melhoradas e, assim, dar uma resposta mais eficiente à crescente procura deste tipo de tecnologia fotovoltaica em sistemas de integração arquitetónica. Posto isto, diferentes tipos de luminóforos foram incorporados em matrizes poliméricas, usadas como guias de onda, de forma a absorverem e converterem a luz solar por processos de conversão por downshifting. Esta abordagem resultou no aumento da densidade de corrente e da eficiência dos sistemas em estudo, diminuindo também o risco de degradação dos seus componentes sob radiação UV. Adicionalmente, desenvolveramse soluções para implementar nestes sistemas revestimentos com funções de barreira térmica de forma a proporcionar um maior conforto térmico no ambiente interior. Os resultados mais promissores foram obtidos com uma estrutura de TiO2/Al/TiO2 com características mínimas de refletância que garantem a redução da temperatura interna do edifício bem como a transmitância mínima no visível para integração em janelas e fachadas transparentes de edifícios. Este trabalho baseou-se na síntese de materiais e na caracterização dos filmes desenvolvidos, metálicos e de base polimérica, através de diversas técnicas como: espetroscopia UV-Vis NIR, espetroscopia de fluorescência, espetroscopia de Infravermelho com transformada de Fourier, análise termogravimétrica, microscopia ótica e perfilómetria. Para além da análise química e morfológica dos materiais, o desempenho dos protótipos de conversão de energia solar foi avaliado com base na determinação das curvas características I-V (corrente vs. potencial) que permitem estudar o funcionamento destes sistemas em condições normalizadas de irradiância e temperatura., Technologies such as dye-sensitized solar cells and luminescent solar concentrators represent a promising alternative for the generation of photovoltaic energy. They are an efficient and economical way to directly convert solar energy into electric energy, reducing the use of nonrenewable energy such as fossil fuels. The present dissertation aimed at the study and characterization of functional thin films for application in these type of systems, improving their optical properties and providing alternative solutions for the growing demand of photovoltaic technology in architectural integrated systems. Different types of luminophores were incorporated into the polymeric matrix used as a waveguide to absorb and convert sunlight, re-emitting at higher wavelengths through a downshifting conversion processes. In this way, an increase in the spectral absorption range and, consequently, in the energy efficiency conversion of the photovoltaic system is expected, in combination with better resistance to UV photodegradation of its components. To use this technology in building integrated windows and to provide better thermal comfort in the building internal environment, solutions have been developed to implement coatings with thermal barrier function. The most promising results were obtained with a multilayer film structure of TiO2/Al/TiO2 with adequate reflection and transmission spectra in the NIR and visible region, respectively, to ensure thermal comfort and light transmission in windows and transparent building façades. This work was based on the synthesis of materials and the development of metallic and polymeric based films. A characterization of the prepared films was made by UV-Vis NIR spectroscopy, fluorescence spectroscopy, Fourier-transform infrared spectroscopy, thermogravimetry, optical microscopy and profilometry. In addition to the materials’ chemical and morphological analysis, the performance of the solar energy conversion prototypes was evaluated based on the I-V (current vs. voltage) characteristic curves determination, enabling the study of the operation of these systems under irradiance and temperature standard conditions., Esta dissertação foi desenvolvida no âmbito do projeto WINNER – Smart windows for zero carbon energy buildings, financiado pelo programa ERA-NET LAC (América Latina, Caribe e União Europeia, ELAC2014/ESE-0146), e pelo Ministério da Ciência, Tecnologia e Ensino Superior via FCT - Fundação Nacional Portuguesa para Ciência e Tecnologia (Ref. ERANETLAC / 0007/2014).

La investigación para el muestreo de muestras biológicas ha avanzado buscando sacar la mejor sensibilidad i métodos que no dañen las muestras o incluso las destruyan. Una rama de métodos que es posible que puedan llegar a un buen compromiso entre estos dos son los sensores de microondas que obtienen datos de la muestra analizando su permisividad dieléctrica y que no provocan ningún daño en la muestra además de proporcionar una buena sensibilidad. En este proyecto nos centramos en investigar un tipo de tecnología de microondas llamada SIW que puede reproducir una guía de ondas en un tamaño mucho más pequeño. El objetivo era demostrar que con un SIW se podía crear el equivalente a un sensor de microondas con sus mismas prestaciones pero a escala más reducida y más fácil de fabricar. Los resultados obtenidos con las simulaciones y las pruebas nos dan buenas señales para implementar esta tecnología para sensores. Podemos determinar que aunque el rango de operación y las perdidas limitan el buen funcionamiento, es posible determinar la permisividad comparando los datos medidos con las simulaciones y documentos de anteriores investigaciones. The research for sampling biological samples has been moving forward looking for to get out the best of sensibility and methods that don't damage the samples or rather destroy them. A branch of methods that can possible arrive a good compromise between those two are microwave sensors that get data from permittivity analysis and don't cause any sample damage and also have a good sensibility. In this project we were focusing on researching a type of microwave technology called SIW that is able to reproduce a waveguide in a much smaller size. The aim was to prove that with a SIW we could create an equivalent waveguide sensor that had the same performance but much smaller size and is easier to create. The results obtained with simulations and testing give us a good approach to implement this technology for sensors. We determine that although the range of operation and losses that restrict a good performance, it is possible to determine the permittivity by comparing measured data with simulations and previous research papers. La investigació per al mostreig de mostres biològiques ha avançat buscant treure millor sensibilitat i els mètodes que no facin malbé les mostres o més aviat destruir-les. Un seguit de mètodes que es possible que arribin a un bon compromís entre aquestes dues són els sensors de microones que obtenen dades de la mostra analitzant la seva permitivitat i no provoquen cap dany en la mostra a més de proporcionar una bona sensibilitat. En aquest projecte ens vam centrar en investigar un tipus de tecnologia de microones anomenada SIW que pot reproduir una guia d'ones en una mida molt més petita. L'objectiu era demostrar que amb un SIW es podia crear un equivalent a un sensor fet amb una guia d'ones amb les mateixes prestacions però molt més petit i més fàcil de fabricar. Els resultats obtinguts amb les simulacions i les proves ens donen bons indicadors per implementar aquesta tecnologia per a sensors. Podem determinar que encara que el rang d'operació i pèrdues que limiten el bon funcionament, és possible determinar la permitivitat comparant les dades mesurades amb les simulacions i documents anteriors recerques.

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T21:02:45Z No. of bitstreams: 1 Tese_Marcio_Versao_Final.pdf: 907527 bytes, checksum: b34314dfab475b2149dae69a6df15c84 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T21:02:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_Marcio_Versao_Final.pdf: 907527 bytes, checksum: b34314dfab475b2149dae69a6df15c84 (MD5) Previous issue date: 2016-12-13 Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro Within the experimental context, analysis of the physical-chemical nature of samples is one of the most traditional studies and relates to work with analytical techniques. Among this group, there is the X-ray fluorescence spectrometry. Within it, there is a subset of interest techniques, one of them being based on the optical phenomenon of total reflection. However, the study of radiation within experimental context carries a series of obstacles, that can be treated by the simulation technique through Monte Carlo method.It is considered the most practical simulation method that exists and a viable alternative to study about the phenomenon of total reflection. It can also include high performance computing as work front. The research has as its starting point the simulator developed at the Armando Dias Tavares Institute of Physics of the Rio de Janeiro State University. It was established as objectives the incorporation of the total reflection mechanism in the simulator and the computational analysis of waveguides based on this phenomenon. For each objective, a specific system model was used. In order to evaluate the simulator in terms of the first objective, two specific sets of four reflectors were modeled, whose simulation results were compared and confirmed with specific literatures, proving the consistency of the coding. Efficiency of six different types of waveguides was also evaluated, applying the phenomenon of total reflection through the simulator and contemplating the last objective of the research. Dentro do âmbito experimental, a análise da natureza físico-química de amostras é um dos estudos mais tradicionais e se relaciona ao trabalho com técnicas analíticas. Dentro deste grupo, destaca-se a espectrometria por fluorescência de raios X. Dentro dela, existe um subconjunto de técnicas de interesse, sendo uma delas baseada no fenômeno óptico de reflexão total. Porém, o estudo da radiação dentro do âmbito experimental traz consigo uma série de obstáculos, que podem ser tratados por meio da técnica de simulação via método de Monte Carlo. Sendo considerado o método de simulação mais prático que existe, Monte Carlo se releva uma alternativa viável para o estudo acerca do fenômeno de reflexão total. Pode-se incluir também a computação de alto desempenho como frente de trabalho. A pesquisa desta tese tem como ponto de partida o simulador desenvolvido no Instituto de Física Armando Dias Tavares da Universidade do Estado do Rio de Janeiro. Estabeleceu-se como objetivos a incorporação do mecanismo de reflexão total no simulador e a análise computacional de guias de onda baseada neste fenômeno. Para cada objetivo, foi utilizado um determinado modelo de sistema. Com o intuito de avaliar o simulador em termos do primeiro objetivo, modelou-se dois conjuntos específicos de quatro refletores, cujos resultados da simulação foram comparados e confirmados com literaturas específicas, comprovando a consistência da codificação. E também avaliou-se a eficiência de seis diferentes tipos de guias de onda, concretizando a aplicação do fenômeno de reflexão total por meio do simulador e contemplando o último objetivo da pesquisa.

En aplicaciones espaciales se emplea habitualmente la tecnología basada en guías de onda (de sección transversal tanto rectangular como circular) para implementar filtros con respuesta paso-banda, y multiplexores basados en dichos filtros de canal. Tradicionalmente, estos componentes pasivos se diseñan con respuestas de características (frecuencia central y ancho de banda) fijas, pero sería deseable (por la posible solución de defectos en el mecanizado de las piezas, o para dar respuesta a las futuras necesidades del sector en cuanto a cargas útiles reconfigurables) poder disponer de soluciones senciallas que permitan re-sintonizar o re-configurar las respuestas de los citados dispositivos (filtros, diplexores y multiplexores). En esta TFM se investigará en novedosas soluciones (sencillas de implementar y con los menores posibles efectos nocivos) para reconfigurar o resintonizar las respuestas de filtros paso-banda (en guía rectangular y circular), así como de los diplexores y multiplexores (en configuración de tubo múltiple o manifold) que hagan uso de dichos filtros. También se investigará la posibilidad de implementar soluciones avanzadas de conmutadores en tecnología guiada, que puedan incorporar a su vez respuestas filtrantes. Para diseñar las diferentes topologías novedosas de estos filtros y multiplexores con respuestas reconfigurables, se hará uso de programas comerciales de simulación electromagnética disponibles en el grupo de investigación de acogida (el Grupo de Aplicaciones de Microondas, del Instituto de Telecomunicaciones y Aplicaciones Multimedia, iTEAM, de la UPV). En la medida de lo posible se intentará fabricar también prototipos para realizar una validación experimental de las nuevas ideas que se desarrollen en este TFM.

The adaptive finite-element method (FEM) is an iterative variant of the FEM where, in a first step, an initial mesh with few and low-order elements is generated, the corresponding algebraic problem is solved and the error in the solution is estimated in order to add degrees of freedom in those regions of the domain with the biggest error estimation. This process is repeated until an ending condition is reached. The two basic stages in this method are the error indication and the mesh enrichment. In this paper, within the analysis of waveguiding structures, a new error indicator based on the curl recovery is described. In addition, an overview on refinement techniques is presented, and the h-refinement employed in this study is briefly described. Results obtained with the curl-recovery indicator are discussed and compared with the classical nonadaptive FEM and two previously developed error indicators: the residual and flux continuity indicators.

El RbTiOPO4 és un cristall de òptica no lineal amb alts coeficients electró-òptics i un llindar de dany òptic elevat, això el converteix en un material potencial per aplicacions electro-òptiques. Actualment hi ha un interès en el desenvolupament de components òptics basats en materials dielèctrics, identificat com un tema de recerca punter per Europa Horitzó 2020. La finalitat d’aquesta tesis és explorar el RTP com a plataforma dielèctrica per dispositius fotònics, que tenen aplicacions en les telecomunicacions i en el sensat biològic. En aquesta tesis s’han crescut materials monocristal•lins en volum de RTP, K:RTP i Na:KTP pel mètode de Top seeded solution growth. Els cristalls obtinguts són òptims per ser utilitzats com a plataforma per fabricar guies d’ona i com a substrats pel creixement de capes epitaxials. Capes epitaxials de (Yb,Nb):RTP sobre RTP(001), RTP sobre K:RTP(001) i K.:RTP(100), i KTP sobre Na:KTP(001) s’han crescut per la metodologia de liquid phase epitaxy. Aquesta metodologia ha permès obtenir capes monocristal•lines amb una interfase d’alta qualitat cristal•lina La fabricació de guies d’ona ha esta realitzada per RIE i ICP-RIE. Es reporta en aquesta tesis, un avanç en el coneixement del procés de etching del RTP. El mètode d’intercanvi iònic, amb Cs+ com ió, s’ha utilitzat per produir guies rectes, corbes i MZ. Degut a l’alta conductivitat iònica del RTP al llarg de la direcció c cristal•logràfica, l’ intercanvi iònic és altament factible i gairebé unidireccional. S’ha obtingut exitosament el procés de guiat de llum en totes les guies d’ona fabricades. Pels Y-splitters i els MZ fabricats sobre els cristalls RTP/(Yb,Nb):RTP/RTP(001) estructurats amb RIE sobre la capa activa o bé el substrat, la guia obtinguda és monomode amb polarització TM a 1550 nm. Les pèrdues de propagació són de 3.5 dB/cm. Per les guies d’ona rectes fabricades sobre RTP/(Yb,Nb):RTP/RTP(001) per estructuració del recobriment per ICP-RIE, les pèrdues de propagació són 0.376 dB/cm a 1550 nm., El RbTiOPO4 es un cristal de óptica no-lineal con altos coeficientes electro ópticos y un límite de daño óptico elevado, eso lo convierte en una potencial material para aplicaciones electrópticas. Actualmente existe un gran interés en el desarrollo de componentes ópticos basados en materiales dieléctricos, esto ha sido identificado como un tema puntero de investigación por Europa Horizonte 2020. La finalidad de esta tesis es explorar el RTP cómo plataforma dieléctrica para dispositivos fotónicos, que tienen aplicaciones en les telecomunicaciones y en el sensado biológico. En esta tesis, se han crecido materiales monocristalinos en volumen de RTP, K:RTP y Na:KTP por el método de Top seeded solution growth. Los cristales crecidos son óptimos para ser utilizados como plataforma para fabricar guías de onda y como sustratos para el crecimiento de capas epitaxiales. Capas epitaxiales de (Yb,Nb):RTP sobre RTP(001), RTP sobre K:RTP(001) yK.:RTP(100), i KTP sobre Na:KTP(001) se han crecido mediante la metodología de liquid phase epitaxy. Esta metodología ha permitido obtener capes monocristalinas con una interfase de alta calidad cristalina. La fabricación de guías de onda se ha hecho por RIE y ICP-RIE: Se reporta en esta tesis un avance en el conocimiento del proceso de etching en el RTP. El método de intercambio iónico, con Cs+ como ion, se ha utilizado para producir guías de onda rectas, curvas y MZ. Debido a la alta conductividad iónica del RTP a lo largo de la dirección c cristalográfica, el intercambio iónico es altamente factible y casi unidireccional. Se ha obtenido el guiado con éxito en todas las guías de onda fabricadas. En los Y-Splitters y MZ fabricados sobre los cristales RTP/(Yb,Nb):RTP/RTP(001) estructurados con RIE sobre la capa activa o bien el sustrato, la guía obtenida es monomodo con la polarización TM a 1550 nm. Las pérdidas de propagación son de 3.5 dB/cm. Para las guías de onda rectes fabricadas sobre RTP/(Yb,Nb):RTP/RTP(001) por estructuración del recubrimiento por ICP-RIE, las pérdidas por propagación son de 0.376 dB/cm a 1550 nm., RbTiOPO4 is a non-linear optical crystal with high electro-optic coefficients and high optical damage threshold, which makes it suitable for electro-optic applications. There’s a current interest in developing dielectric based photonic components for integrated optics, identified as a topic of research by the Europe Horizon 2020. The aim of this thesis is to explore RTP for dielectric based photonic platforms, which have applications in telecommunications and biosensing. In this thesis is reported the successful grow of bulk single crystals of RTP, K:RTP and Na:RTP by Top Seeded Solution Growth technique. The crystals obtained are suitable to be used as platforms to fabricate optical waveguides and for substrates for growth of epitaxial layers. Epitaxial layers of (Yb,Nb):RTP were grown on RTP(001), RTP was grown on K:RTP(001) and K:RTP(100) and KTP was grown on Na:KTP(001) by Liquid phase epitaxy. This methodology allows obtaining a single crystalline layer, with high quality crystalline interface. Waveguide fabrication was performed by RIE and ICP-RIE. Advancement in this etching process on RTP is reported in this thesis. Cs+ ion exchange method was used to produce straight, bends and MZ waveguides. Due to the RTP high ionic conductivity along the c crystallographic direction, ion exchange is highly feasible and almost unidirectional. Waveguiding of the fabricated channel waveguides has been successful. For the Y-Splitter and MZ waveguides fabricated on the RTP/(Yb,Nb):RTP/RTP(001) crystals, by structuring the active layer or the substrate by RIE, the waveguides obtained were single mode in TM polarization at 1550 nm. The propagation loss was 3.5 dB/cm. For straight waveguides fabricated on the RTP/(Yb,Nb):RTP/RTP(001), by structuring the cladding by ICP-RIE, the propagation losses were 0.376 dB/cm at 1550 nm. The waveguides fabricated by Cs+ ion exchange have larger losses due to inhomogeneity on the Cs exchange among different ferroelectric domains present in the structure.

El presente trabajo de fin de grado trata el desarrollo de un m´odulo para efectuar c´alculos de gu´ıa de onda en la herramienta de simulaci´on electromagn´etica newFASANT. Se realizar´a un dise˜no de los componentes que tendr´a que tener la aplicaci´on y se ofrecer´a una implementaci´on que haga uso de los conceptos te´oricos sobre gu´ıas de onda y alimentaci´on por puertos a fin de poder realizar estudios posteriores sobre las gu´ıas., This final degree project will present the development of a waveguide calculation module that will be added to the EM simulation software newFASANT. A design of the components that will be added will be presented, and a final implementation will be developed applying theorical concepts about waveguides in order to create a tool that allows to analyze waveguide parameters., Grado en Ingeniería Informática

Projecte realitzat en el marc d’un programa de mobilitat amb la King's College London i Mediwise -Medical Wireless Sensing- [ANGLÈS] Diabetes is a metabolic disease that affects millions of people in the world. To control the status of this disease, diabetic patients have to measure continuously their glucose levels during all day. Nowadays, the method to monitor the glucose content in blood is called finger prick test. This method is very accurate, but it is also painful and invasive and, over the long term, it can damage the finger tissue. For this reason, this thesis presents two new and non-invasive methods to determine the glucose content in blood without any harmful effect. These new methods present two different forms to detect the glucose content using microwaves in the frequency range between 50 GHz and 75 GHz. The first method is based in a waveguide structure consisting of two waveguides and a tank containing the sample between them. The second method uses a similar structure to the first method, but instead of using waveguides, it uses antennas. To study both methods the CST simulation software package has been used. CST's versatility allowed us to perform various realistic electromagnetic (EM) simulations and extract the desired S-parameters for each scenario. The analysis of the first method has shown that the simulation results and the experimental results are really similar. This first analysis has also shown that plane wave propagation is necessary in order to apply the post processing analysis employed in this work. To satisfy the plane wave requirement, a second setup based on antennas in the far field has been used. In this case, the results of the post processing part were not as good as expected. This might result from the association of the TRL calibration and NRW algorithm for fulfil the plane wave requirement. For this reason, further analysis involving the development of our own calibration procedure will be required. [CASTELLÀ] La diabetes es una enfermedad metabólica que afecta a gran parte de la población mundial. Para poder controlar el estado de la enfermedad, los pacientes deben controlar continuamente sus niveles de glucosa durante el todo día. Actualmente, el método utilizado para la monitorización del contenido de glucosa en la sangre, está basado en una técnica invasiva llamada punción digital. Este método determina la cantidad de glucosa con precisión. Sin embargo, es un método doloroso y su uso reiterado puede dañar el tejido de donde se realiza la punción. Por ello, este proyecto presenta dos nuevos métodos para poder detectar los niveles de glucosa de manera no invasiva y, por lo tanto, evitando los problemas derivados del uso de la punción digital. Los dos nuevos métodos tratados en este proyecto, presentan dos maneras diferentes de detectar los niveles de glucosa de manera no invasiva utilizando frecuencias de microondas, específicamente entre 50 GHz y 75 GHz. El primer método utiliza una estructura compuesta por dos guías de onda y un contenedor con la muestra situado entre ellas. El segundo método utiliza una estructura similar a la del primer método, pero en este caso se emplean antenas en vez de guías de onda. Para estudiar ambos métodos se ha usado un software de simulación llamado CST que permite el estudio de los parámetros S y los diferentes campos electromagnéticos. Tras el análisis del primer método, se ha demostrado que las simulaciones presentan resultados similares a los resultados de los experimentos previos realizados por MediWiSe. Tras este primer análisis también se puede concluir que para el uso de nuestras técnicas de post procesado (TRL y NRW) es necesario el uso de ondas planas. Por otro lado, en el estudio de la estructura basada en antenas, aunque se esperaba que los resultados del post procesado fueran buenos, los resultados que se obtienen no acaban de ser satisfactorios. Esto puede ser debido al hecho de que no se cumple el requisito de tener ondas planas necesario para aplicar la calibración TRL y el algoritmo NRW. Por esta razón, de cara al futuro se propone realizar una calibración propia que solvente estos problemas. [CATALÀ] La diabetis és una malaltia metabòlica que afecta a gran part de la població mundial. Per tal de controlar l'estat de la malaltia, totes aquelles persones que la pateixen han de controlar els seus nivells de glucosa constantment. Actualment, el mètode utilitzat per la monitorització del contingut de glucosa en la sang està basat en una tècnica invasiva anomenada punció digital. Aquest mètode determina la quantitat de glucosa amb precisió. Tot i així, és un mètode dolorós que amb el seu ús reiterat pot danyar el teixit de la zona on es realitza la punció. Per intentar evitar això, aquest projecte presenta dos nous mètodes per poder detectar els nivells de glucosa de manera no invasiva i, d'aquesta manera, evitar els problemes derivats de la utilització de la punció digital. El dos nous mètodes tractats en aquest projecte presenten dues maneres diferents de detectar els nivells de glucosa de manera no invasiva utilitzant microones, especificament entre 50 GHz i 75 GHz. El primer mètode estudiat utilitza una estructura composta per dues guies de ona i un contenidor amb la mostra situat entre elles. El segon mètode, utilitza una estructura similar a la del primer mètode, però en aquest cas, les guies d'ona son substituïdes per dues antenes. Per estudiar els dos mètodes, s'ha utilitzat un software de simulació anomenat CST que permet l'estudi dels paràmetres S i dels diferents camps electromagnètics. Després de l'anàlisi del primer mètode, s'ha demostrat que les simulacions presenten resultats similars als resultats de l'experiment realitzat prèviament per MediWiSe. Amb aquest primer anàlisis, també s'ha demostrat que per poder utilitzar les tècniques de post processat (TRL i NRW) és necessari utilitzar ones planes. Finalment, per tal d'aconseguir ones planes es va decidir utilitzar la segona estructura basada en antenes, però tot i que s'esperava que els resultats del post processat fossin bons, els resultats obtinguts no acaben de ser satisfactoris. Això pot ser degut al fet de que no es compleix el requeriment d'ones planes necessari per aplicar la calibració TRL i l'algoritme NRW. Per això, de cara al futur, es proposa realitzar un calibratge propi que solucioni aquesta problemàtica.

[ANGLÈS] RSoft Design is a software used by researchers, system integrators, manufacturers and service providers, thanks to its tools which provide a wide range of applications, from the design of photonic components to planning and design of systems and networks. Regarding the design of photonic components it is possible to model active and passive components, for both purposes there is a Device Suit, and each one includes a CAD environment, simulation engines with one with a different calculation method, and an optimization utility. The targeted photonic component to be designed was the MMI Coupler, that follows the selfimaging principle of multimodal waveguides, the application of this kind of devices has grown due to the interest of its effects in integrated optics and its advantages, this component specifically offers higher fabrication tolerances and polarization independent results, both features of great convenience regarding the different applications of this component in integrated circuits. The MMI Coupler falls into the category of a passive photonic component, and from the series of engines which could be applied, the BeamPROP engine, based on the Beam Propagation Method, is implemented for its accuracy in the final results of the simulations, and its outstanding computational performance. The design of the Coupler was based on the Fraunhofer IZM model for waveguides, which is a SOI structure with specific standard dimensions, and as simulations were performed particular geometric characteristics, were implemented to obtain an optimized result. The geometric characteristics mentioned before are the choosing of an appropriate width for the MMI section which resulted in the best possible output, the tapering of the access segments between the MMI section and the monomode waveguides to create a better balance between the different outputs and to obtain a higher power in the same point, and finally, when necessary the tapering of the MMI section to avoid cross-talk between the monomode segments after the coupling section. [CASTELLÀ] RSoft Design es un software usado por investigadores, integradores de sistemas, fabricantes y proveedores de servicios, gracias a sus herramientas que ofrecen un rango considerablemente amplio de aplicaciones, desde el diseño de componentes fotónicos hasta la planificación y diseño de sistemas y redes. En lo referente al diseño de componentes fotónicos es posible modelar componentes activos y componentes pasivos, y en ambos casos se puede contar con un Device Suit, un medio CAD, motores de simulación, cada uno con diversos métodos de cálculo, y utilidades de optimización. El componente fotónico a ser diseñado fue el acoplador de Interferencia Multimodal, que sigue los principios de autoimagen característicos de las guías de onda multimodal, la aplicación de estos dispositivos ha aumentado enormemente debido al interés de sus efectos en las ópticas integradas y sus ventajas, este componente ofrece específicamente una tolerancia de fabricación considerablemente elevada y resultados que son independientes de la polarización usada, ambas características convenientes en la aplicación de este componente en ciruitos integrados. El acoplador antes mencionado se encuentra categorizado como un componente fotónico pasivo, y de la serie de motores utilizables para estos modelos, el motor BeamPROP, basado en el Método de Propagación del Haz, es implementado, por su precisión en los resultados finales de las simulaciones y por el excepcional rendimiento compucional que presenta. El diseño del acoplador se basó en el modelo de guía de ondas de Fraunhofer IZM, el cual es una estructura SOI con dimensiones estándares específicas, y al llevar a cabo numerosas simulaciones fueron introducidas ciertas particularidades geométricas para obtener resultados optimizados. Las características geométricas mencionadas previamente fueron la escogencia de una anchura apropiada para la sección MMI que produjese el mejor resultado posible, la disminución o aumento gradual de los segmentos de entrada, entre la sección MMI y las guías de onda monomodo para así crear un mejor balance entre las diferentes salidas y asi obtener en el mismo punto una potencia más elevada, y finalmente, cuando fuese necesario la disminución o aumento gradual de la sección MMI para evitar diafonía entre los segmentos monomodo luego del sector de acoplamiento. [CATALÀ] RSoft Design és un programari usat per investigadors, integradors de sistemes, fabricants i proveïdors de serveis, gràcies a les seves eines que ofereixen un rang considerablement ampli d'aplicacions, des del disseny de components fotònics fins a la planificació i disseny de sistemes i xarxes. Pel que fa al disseny de components fotònics és possible modelar components actius i components passius, i en ambdós casos es pot comptar amb un Device Suit, un mitjà CAD, motors de simulació, cadascun amb diversos mètodes de càlcul, i utilitats d'optimització. El component fotònic a ser dissenyat va ser l'acoblador d'Interferència Multimodal, que segueix els principis d'autoimatge característics de les guies d'ona multimodal, l'aplicació d'aquests dispositius ha augmentat enormement a causa de l'interès dels seus efectes en les òptiques integrades i els seus avantatges, aquest component ofereix especificament una tolerància de fabricació considerablement elevada i resultats que són independents de la polarització utilitzada, ambdues característiques convenients en l'aplicació d'aquest component en circuits integrats. L'acoblador abans esmentat està categoritzat com un component fotònic passiu, i de la sèrie de motors utilitzables per aquests models, el motor BeamPROP, basat en el Mètode de Propagació del Feix, és implementat, per la seva precisió en els resultats finals de les simulacions i per l'excepcional rendiment compucional que presenta. El disseny de l'acoblador es va basar en el model de guia d'ones de Fraunhofer IZM, el qual és una estructura SOI amb dimensions estàndards específiques, i en dur a terme nombroses simulacions van ser introduïdes certes particularitats geomètriques per obtenir resultats optimitzats. Les característiques geomètriques esmentades prèviament van ser la tria d'una amplada apropiada per a la secció MMI que produís el millor resultat possible, la disminució o augment gradual dels segments d'entrada, entre la secció MMI i les guies d'ona monomode per així crear un millor balanç entre les diferents sortides i així obtenir en el mateix punt una potència més elevada, i finalment, quan fos necessari, la disminució o augment gradual de la secció MMI per evitar diafonia entre els segments monomode després del sector d'acoblament.

The aim of the thesis is the fundamental study, design, fabrication and characterisation of photonic structures for spatial optic and, particulary, the interconnexion of optical devices. The research explored technologies and substrates for the fabrication of photonic structures based on the guided propogation of light and its application to research and development of integrated optical devices and improving the functionality of communication systems, which realises intelligent optical operations based on Fourier spatial transformed and image formation properties.At the same time, aims to explore new technologies for fabrication ofphotonic structures; which are repeatibility and not contaminants; and the product of well-defined charactericstics and low price.

A l'interior dels màstils de les embarcacions a vela d'esbarjo i competició es troben cables de radiofreqüència que són portadors dels senyals transmeses i/o recollides per les antenes que es troben en les parts mes altes d'aquest. En el projecte es pretén estudiar la viabilitat de propagar les senyals a traves del interior del màstil reduint el nombre de cables que circulen pel seu interior el pes del conjunt. Per això, dividirem l'estudi en dues fases. La primera, revisar la propagació d'ones a l'interior d'estructures canoniques com son la guia circular i la guia rectangular amb l'objectiu d'obtenir confiança en els resultats del simulador, i tot seguit fer el mateix anàlisi electromagnètic per a models de màstils reals. Aixi doncs, començarem estudiant els modes de propagacio i les seves freqüències de tall. Tot seguit analitzarem l'atenuació del màstil com a guia d'ones en funció del material utilitzat i el compararem amb els cables coaxials estandards. A continuació detallarem com alimentar l'estructura i si aquesta pot radiar. Per últim, farem un anàlisi dels resultats i presentarem alguns dels aparells que formen part del vaixell i que afectaran al nostre disseny tot i que en aquest primer estudi no hem pretès tenir-ne en compte tota la casuística en consideració.

Se explica el procedimiento para encontrar la expresión qeu permite el cálculo de la constante de atenuación que aparece en un modo guiado cuando el dieléctrico por el que se transmite el modo no es ideal y presenta pérdidas., Escuchar atentamente los pasos seguidos en la deducción de la expresión final, parando y repitiendo aquellas partes que resulten más dificiles de comprender.

En este objeto de aprendizaje se estudia como se deben imponer las condiciones de contorno de una pared eléctrica y una pared magnética para el análisis de los modos TE y TM de una guía de ondas.

[ES] El objetivo primero de este trabajo es conocer las caracter sticas principales de la banda de frecuencias de los THz y el estado del arte del guiado de onda en dicha banda. En segundo lugar se pretende realizar un estudio completo del guiado de onda super cial, el cual se per la como soluci on optima para aquellas aplicaciones que requieran de transmisi on guiada de un gran ancho de banda. Ser a de especial inter es el conocer qu e tipos de gu as, y bajo que condiciones, consiguen guiar energ a electromagn etica de forma super cial. Por una parte, se pretende implementar un software capaz de realizar una parametrizaci on r apida y que adem as sea robusto, pues se van a considerar situaciones muy distintas para cada una de las gu as analizadas. Por otra parte, estos resultados deber an ser interpretados para comprender el fen omeno de guiado super cial y establecer una relaci on de conceptos entre las gu as analizadas. Aprovechando este conocimiento, se tiene como objetivo nal el comprobar la viabilidad del empleo de transiciones entre guiado super cial y guiado con nado con tal de evitar los principales problemas asociados a las gu as de super cie., [EN] The recently considered THz band is expected to allow several applications in areas such as medicine, biology, pharmacology, civil security, etc., in next years. However, at this moment, there is a lack in guided media, which are necessary to develop these applications. The reason for this lack lies in the high losses at THz frequencies of both, conductors and dielectrics, which make a challenge the design of low-loss waveguides. Thereby, the conventional approach of microwaves or optics cannot be successfully used and alternative solutions must be considered. This work analyzes several surface waveguides and shows them as a wide band solution for e cient waveguiding at THz. Main interest is focused on obtaining the optimum design of this kind of waveguides to avoid common problems associated to surface waveguiding

Se discute la guía dieléctrica en banda invertida como modificación capaz de aumentar el factor de calidad de la guía dieléctrica rectangular. En su configuración abierta se emplea para su estudio el método de la constante dieléctrica efectiva; se optimiza la geometría para conseguir el mayor ancho de banda posible y se discute la posibilidad de naturaleza espuerea para una parte de los modos encontrados. Se comprueba que el sistema de excitación clásico para guías dieléctricas no resulta valido para la guía en banda invertida y se optimiza un sistema de tipo cornete. Mediante un sistema de sonda móvil se mide la constante de propagación en la guía obteniéndose un buen acuerdo con las predicciones teóricas. Se estudia la guía dieléctrica cerrada en una caja mediante el método de Schelkunoff comprobándose la existencia de modos EH., The inverted band dielectric waveguide is proposed as an alternative to the classical open dielectric waveguide, providing a higher quality factor. The dielectric effective constant method is used to study the open waveguide. In order to get the highest bandwith, the geometry is optimised, finding not real modes in the waveguide. It has been necessary to use a new excitation method of waveguide using a horn as transition. The measurement of the propagation constant has been made by means of an electric probe. The agreement with the theoretical predictions is very good. Finally the closed guide is studied by the Schelkunoff's method: modes EH were observed.

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais We study a CPT- and Lorentz-odd electrodynamics in (3+1) dimensions, obtained by adding a Chern-Simons-like term to the usual Maxwell model, as described by the radiation sector of the Standard Model Extension. Once this term is proportional to a constant background "4-vector", (kAF)µ, wich selects a preferred direction in the spacetime (breaking its isotropy), Lorentz and CPT symmetries no longer hold. We start by revisiting the model to analyse the behavior of classical electromagnetic waves coming from this modified electrodynamics when propagating in free space, establishing important results for future use when considering the radiation constrained to propagate inside hollow conductor waveguides, open along z. There, we find that geometrical features combined with boundary conditions yield effects that can strongly deviate from the standard results, despite the smallness of the breaking parameter itself. Particularly, if (kAF)µ points along x (or y) direction, with (kAF)0 = 0, only transverse electric modes, with Ez = 0, should be observed propagating throughout the guide, whereas all the transverse magnetic, Bz = 0, should be absent. Such a strong mode suppression makes waveguides quite suitable to probe these symmetry violations using a simple and easily reproducible apparatus. Nevertheless, by recalling the non-observation of such macroscopic effects in this widely used apparatus, our results inevitably witness against these claimed violations; otherwise, all of these experiments would have been performed in reference frames with (kAF)0 diferente de 0. If this is the case, our results remarkably provide an appropriate and relatively easy way to definitely probe for such symmetry-breakings: these same experiments performed in reference frames where (kAF)0 = 0 would undoubtedly detect those large effects in the electric and magnetic fields associated to these confined waves. Estudamos uma eletrodinâmica em (3+1) dimensões, com violação das simetrias de Lorentz e CPT, obtida ao adicionarmos um termo tipo-Chern-Simons ao modelo de Maxwell usual, contido no setor de radiação (eletromagnética) do Modelo Padrão Estendido. Uma vez que este termo é proporcional a um "vetor" de fundo constante, (kAF)µ, que seleciona uma direção fixa no espaço-tempo (quebrando sua isotropia), as simetrias de Lorentz e CPT não são mais verificadas. Inicialmente, revisitamos o modelo para analisar o comportamento de ondas eletromagnéticas clássicas, satisfazendo esta eletrodinâmica modificada, propagando-se no espaço livre, estabelecendo importantes resultados para uso futuro, quando consideramos esta radiação restrita a propagar-se dentro de guias retangulares, abertos ao longo da direção z. Nesta situação, encontramos que aspectos de geometria combinados às condições de contorno geram efeitos que podem conduzir a fortes desvios dos resultados da eletrodinâmica convencional, independente de quão pequeno o parâmetro de violação seja. Particularmente, se (kAF)µ apontar ao longo da direção x (ou y), enquanto (kAF)0 = 0, apenas modos transversos elétricos, com Ez = 0, devem ser observados propagando-se ao longo do guia, enquanto que todos modos transversos magnéticos, Bz = 0, estão ausentes. Esta forte supressão de modos torna guias de onda bastante adequados para testar essas violações de simetria, usando-se aparatos simples e facilmente reprodutíveis. Contudo, dada a não-observação de tais efeitos macroscópicos nestes aparatos largamente utilizados, estes resultados inevitavelmente testemunham contra este tipo proposto de violação ou,de outro modo, todos experimentos já realizados teriam sido feitos em referenciais onde (kAF)0 ≠ 0. Se este último for o caso, nossos resultados notavelmente provêem uma maneira apropriada e relativamente fácil de se testar estas quebras de simetria: estes mesmos experimentos, se realizados em referenciais onde (kAF)0 = 0, deveriam, sem dúvidas, detectar esses grandes efeitos sobre os campos elétrico e magnético associados a estas ondas confinadas.

In this paper, a numerical method has been proposed for the analysis of highlydispersive linear and non-linear metamaterial structures. Initially, pulse propagation along non-linear composite right/left-handed transmission line (CRLH TL) has been carefully studied. For this purpose, a dispersive CRLH line has been loaded with hyper abrupt diodes to achieve non-linearity. The characteristic impedance and propagation constant of each unit cell of the CRLH TL is then varied at each time-step, and the nonuniform line is analyzed. A novel interpolation scheme, based on the smooth behaviour of the propagation constant with small variations of the shunt capacitor has been proposed. This scheme has provided an 80% reduction of the computational cost maintaining high accuracy. A general example which combines dispersion and nonlinearity has finally been presented, validated and discussed. Secondly, the impulseregime radiation of a leaky-wave antenna has been analyzed and employed to describe a real-time spectrogram analyzer (RTSA). A calibration method for the system, which takes into account the directivity variation of the antenna with frequency, has been introduced. Numerical results have shown that the proposed technique provides an extremely fast and accurate tool to characterize leaky-wave based RTSA systems. This work was partially supported by the Spanish Ministry of Education and Science under Grant FPU-AP2006-015 and with the Project TEC2007-67630-C03-02.

La búsqueda de nuevos materiales para la preparación de películas altamente transparentes a través de todo el espectro visible para aplicaciones en comunicaciones es de gran importancia. En particular para la generación de guías de ondas dopadas con tierras raras, usadas como amplificadores ópticos, es necesario ampliar sus límites por lo que en este trabajo presentamos una forma de reforzar la intensidad de la fluorescencia por un fenómeno resonante entre el Er3+ y las nanopartículas junto con el efecto dieléctrico de la matriz. En este trabajo presentamos la preparación de films de SiO2-K2O-MgO, dopados con nanopartículas y tierras raras, para producir guías de onda planas. Las nanopartículas de Ag incorporadas son preparadas por un método de reducción química en medio continuo, y aisladas del medio mediante modificadores superficiales anclados a su superficie y químicamente compatibles con la composición de la matriz elegida. Presentamos un estudio del método de preparación de las guías codopadas con Er3+ y Ag0 y su caracterización. Analizamos el rol de los parámetros de síntesis en las propiedades finales y comparamos con guías hechas en otras composiciones de matrices The search of new materials for the preparation of highly transparent films throughout the complete visible spectra for communication developments is of great importance. In particular for the generation of planar waveguides doped with rare earth, used as optical amplifiers, is necessary to expand their limits. For this reason in this work we present a way to reinforce the fluorescence intensity due to a resonant phenomena between Er3+ and the nanoparticles with the dielectric effect of the matrix. In this work we present the SiO2-K2O-MgO films preparation, doped with nanoparticles and rare earths to obtain planar waveguides. Ag nanoparticles were prepared by chemical reduction in a continuous media and they were isolated using surface modifiers attached to the surface who have chemichal affinity with the matrix composition. We present an study of the preparation method of Er3+,Ag codoped waveguides and their characterization. We analize the role of the synthesis parameters on the final properties and we compare this material with others waveguides made of different compositions Fil: Roldán, M. V.. Universidad Nacional de Rosario - CONICET. Instituto de Física de Rosario (IFIR). Santa Fe. Argentina Fil: Pellegri, N.. Universidad Nacional de Rosario - CONICET. Instituto de Física de Rosario (IFIR). Santa Fe. Argentina Fil: Sanctis, O. de. Universidad Nacional de Rosario - CONICET. Instituto de Física de Rosario (IFIR). Santa Fe. Argentina