COMITÉS ORGANIZADORES

RNO

Isabel Arias (Universidad de Salamanca) Enrique Conejero (Universidad de Salamanca) Ana García (Universidad de Salamanca) Carlos Hernández (Universidad de Salamanca) Warein Holgado (Universidad de Salamanca) Luis Plaja (Universidad de Salamanca) Javier Rodríguez (Universidad de Salamanca) Carolina Romero (Universidad de Salamanca) Julios San Román (Universidad de Salamanca) Íñigo Sola (Universidad de Salamanca) Maria del Carmen Vázquez (Universidad de Salamanca)

Simposio de Ciencias de la Visión

Justo Arines Piferrer (Universidade de Santiago de Compostela) María Dolores Ortiz Márquez (Universidad de Cantabria) Antonio Benito Galindo (Universidad de Murcia) Ana Gargallo Fernández (Universidade de Santiago de Compostela)

Simposio de Ciencias de la Imagen

Andrés Márquez Ruiz (Universitat d'Alacant) Pascuala García Martínez (Universitat de València) Jesús Lancis Sáez (Universitat Jaume I) Pedro Andrés Bou (Universitat de València)

Simposio de Óptica Cuántica y Óptica no Lineal

Verònica Ahufinger (Universitat Autònoma de Barcelona) Ramón Corbalán (Universitat Autònoma de Barcelona) Humberto Michinel (Universidade de Vigo) Juan P. Torres (Institut de Ciències Fotòniques) Germán J. de Valcárcel (Universitat de València)

COMITÉS CIENTÍFICOS

Sesiones paralelas de la RNO Ámbito de Color

Joaquín Campos (CSIC) Juan Luis Nieves (Universidad de Granada) Esther Perales (Universidad de Alicante)

Ámbito de la Enseñanza de la Óptica Fernando Moreno (Universidad de Cantabria) Sebastián Jarabo (Universidad de Zaragoza)

Ámbito de la Espectroscopia

María Belén Maté Naya (CSIC) Paz Sevilla Sierra (Universidad Complutense de Madrid) María Rosa López Ramírez (Universidad de Málaga)

Ámbito de la Optoelectrónica

María Teresa Flores Arias (Universidade de Santiago de Compostela) Joseba Andoni Zubía Zaballa (Universidad de Cantabria) Mª del Carmen Bao Varela (Universidade de Santiago de Compostela) Miguel Vicente Andrés Bou ((universitat de València)

Área Joven

Anna Giner (Universitat Politècnica de Catalunya) Ana Gargallo (Universidade de Santiago de Compostela) Daniel Puerto (Centre national de la recherche scientifique) Arnau Calatayud (Asociación Industrial de Óptica, Color e Imagen) Ana Isabel Gómez Varela (Universidade de Santiago de Compostela) Fco Javier Burgos (Universitat Politècnica de Catalunya) Fco Javier Martínez Guardiola (Universidad de Alicante) Vicente Ferrando (Univ. de València / Univ. Politècnica de València) Sara Perchés (Universidad de Zaragoza)

Simposio de Ciencias de la Visión Justo Arines Piferrer (Universidade de Santiago de Compostela) María Dolores Ortiz Márquez (Universidad de Cantabria) Antonio Benito Galindo (Universidad de Murcia) Ana Gargallo Fernández (Universidade de Santiago de Compostela)

Simposio de Óptica Cuántica y Óptica no Lineal

Verònica Ahufinger (Universitat Autònoma de Barcelona) Ramón Corbalán (Universitat Autònoma de Barcelona) Humberto Michinel (Universidade de Vigo) Juan P. Torres (Institut de Ciències Fotòniques) Germán J. de Valcárcel (Universitat de València)

Simposio de Ciencias de la Imagen

Andrés Márquez Ruiz (Universidad Alicante-IUFACyT ) Arturo Carnicer González (Universitat de Barcelona) Augusto Beléndez Vázquez (Universidad Alicante-IUFACyT) Carlos Ferreira García (Universidad de Valencia) Carlos Rodríguez Fernández-Pousa (Universidad Miguel Hernández) Emillio Gómez González (Universidad de Sevilla) Gabriel Cristóbal Pérez (Instituto de Óptica, CSIC) Ignacio Moreno Soriano (Universidad Miguel Hernández) Inmaculada Pascual Villalobos (Universidad Alicante-IUFACyT) Jesús Lancis Sáez (Universitat Jaume I) José López Carrascosa (Centro Nacional de Biotecnologia CNB, CSIC) Josep Lladós Canet (Centre de Visió per Computador CVC) Josep Nicolás Román (Sincrotrón ALBA) Juan Campos Coloma (Universitat Autònoma de Barcelona) Juan Luis Nieves Gómez (Universidad de Granada) María Josefa Yzuel Giménez (Universitat Autònoma de Barcelona) María Luisa Calvo Padilla (Universidad Complutense de Madrid) María Teresa Flores Arias (Universidade de Santiago de Compostela) Mario Montes-Usategui (Universitat de Barcelona) Olga Conde Portilla (Universidad de Cantabria) Pascuala García Martínez (Universidad de Valencia) Pedro Andrés Bou (Universidad de Valencia) Rafael Navarro Belsué (Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón) Rosario Martinez Herrero (Universidad Complutense de Madrid) Salvador X. Bará Viñas (Universidade de Santiago de Compostela) María Sagrario Millán-Varela (Universitat Politècnica de Barcelona) Enrique Tajahuerce Romera (Universitat Jaume I) Manuel Martínez-Corral (Universidad de Valencia) Pablo Loza-Álvarez (Institut de Ciències Fotòniques, ICFO) José Manuel Rodriguez-Ramos (Universidad de La Laguna) Filiberto Pla (Universitat Jaume I - INIT) Alberto Álvarez Herrero (Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial) Pablo Artal (Universidad de Murcia)

XI Reunión Nacional de Óptica

Conferencias Plenarias

"New Approaches in Metal Enhanced Spectroscopies (SERS and SEF): Tailoring the Size and Shape of Silver Nanoparticles with Outstanding Plasmonic Properties."

Jose Vicente García Ramos

26

"Seeing colors in nature - what do we learn from spectral imaging." Sergio M.C. Nascimento

27

"Nanophotonic approaches for live cell research: from nanoimaging to spectroscopy."

María F. García Parajo

28

"Secure communications using quantum cryptography." Marcos Curty

29

"Human Pupillary Light Reflex: responses to light between 420 and 500 nm." Mª Ángeles Bonmatí-Carrión

30

Plenarias de jóvenes ponentes

"Microscopía multifotónica para la visulacización de placas de ß-amiloide en retinas afectadas por la enfermedad de Alzheimer."

Francisco Javier Ávila

32

"Sistema gonio-hiperespectral basado en LEDs para la evaluación de pinturas de automóviles."

Francisco Javier Burgos

33

"Realce multiespectral de tejidos tumorales." Arturo Pardo

34

"Optical spectroscopy of semiconductor nanowires: Tailoring light, harvesting and emission at the nanoscale."

Diego R. Abujetas

35

"Turbidity and color sensor for remote marine measurements." Óscar Sampedro

36

"Photophoretic trapping of absorbing particles with conical refraction." Alejandro Turpin

37

Simposio de Ciencias de la Imagen (contribuciones orales)

"Diseño de un oftalmoscopio de escaneado láser equipado con óptica adaptativa para imagen de alta resolución de la retina humana."

David Merino y Pablo Loza-Alvarez

39

"Detección de anomalías en la pared aortica a través de análisis Hessiano de imágenes de Tomografía de Coherencia Óptica."

Eusebio Real, José Fernando Val-Bernal, José M. Revuelta, Alejandro Pontón, Marta Calvo Díez, Marta Mayorga, José M. López-Higuera y Olga M. Conde

40

"Eye fundus digital image restoration by space-variant blind deconvolution." Andrés G. Marrugo y María S. Millán

41

"Película Holográfica Digital generada con un Interferómetro por Difracción de un Punto."

Claudio Ramírez, Claudio Iemmi y Juan Campos

42

"Medida directa de fuerzas en pinzas ópticas holográficas y muestras Irregulares."

Frederic Català, Ferran Marsà, Mario Montes-Usategui, Arnau Farré y Estela Martín-Badosa

43

"Holografía digital con un fotodiodo." Lluís Martínez-León, Yutaka Mori, Pere Clemente, Vicent Climent, Jesús Lancis y Enrique Tajahuerce

44

"Nuevas perspectivas en la medida de fuerzas ópticas." Estela Martín-Badosa, Arnau Farré, Josep Mas, Frederic Català, Ferran Marsà, Jordi Sancho-Parramon y Mario Montes-Usategui

45

"Reduced photodamage in multiphoton imaging using pulse compression." Martin Skorsetz, Pablo Artal y Juan M. Bueno

46

"Dual collection mode optical microscope with single-pixel detection." A.D. Rodríguez, M. Fernández-Alonso, P. Clemente, E. Tajahuerce y J. Lancis

47

"Medida y mapeado de vibraciones con cámaras fotográficas de bolsillo." D. Mas, J. Espinosa, J. Pérez y B. Ferrer

48

"Formación de imágenes con luz blanca mediante Placas Zonales de Thue-Morse."

Vicente Ferrando, Walter D. Furlan y Juan A. Monsoriu

49

"Compressive imaging in turbid media." E. Irles, V. Durán, F. Soldevila, P. Clemente, E. Tajahuerce, P. Andrés y J. Lancis

50

"Zernike-like systems in polygons and polygonal facets." C. Ferreira, J.L. López, R. Navarro y E. Pérez Sinusía

51

"Fast high resolution single-pixel imaging." F. Soldevila, Eva Salvador-Balaguer, P. Clemente, E. Tajahuerce, y J. Lancis

52

"Orthogonal basis with a conicoid first mode for shape specification of optical surfaces."

E. Pérez Sinusía, C. Ferreira, J.L. López y R. Navarro

53

"Sistema óptico basado en una pantalla LCOS para la generación arbitraria de distribuciones espaciales de polarización."

Angel Lizana, Irene Estévez, Xuejie Zheng, Alba Peinado, Claudio Ramírez, J.L. Martínez, A. Márquez, I. Moreno y Juan Campos

54

"Retardadores lineales con retardo espectral programable basados en pantallas de cristal líquido."

Pascuala Garcia-Martinez, Ignacio Moreno, Jose V. Carrion, Jose Luis Martinez, Maria M. Sanchez-Lopez y Juan Campos

55

"Métodos para la generación de estados de polarización con valores controlados del grado de polarización."

Angel Lizana, Alba Peinado, Irene Estévez, Fabián A. Torres-Ruiz, Claudio Ramírez y Juan Campos

56

"Efecto de un polarizador sobre campos altamente enfocados." Rosario Martínez-Herrero, David Maluenda, Artur Carnicer e Ignasi Juvells

57

"Caracterización de una pantalla LCoS con polarimetría de Stokes promedio y aplicación a la simulación de elementos de fase."

Francisco J. Martínez, Andrés Márquez, Sergi Gallego, Manuel Ortuño, Jorge Francés, Inmaculada Pascual y Augusto Beléndez

58

"Polarímetro de Stokes instantáneo basado en la refracción cónica." Alba Peinado, Angel Lizana, Alex Turpin, Jordi Mompart y Juan Campos

59

Simposio de Ciencias de la Imagen (contribuciones como póster)

"Simplificación en la toma de datos para imágenes hiperespectrales en teledetección."

Fernando Ayala, José Federico Echávarri y Ángel Ignacio Negueruela

61

"Registro de redes diente de sierra en fotopolímeros: efecto del sellante." Roberto Fernández, Sergi Gallego, Andrés Márquez, Jorge Francés, Inmaculada Pascual y Augusto Beléndez

62

"Lentes Kinoform diseñadas con distribuciones m-Bonacci." Vicente Ferrando, Walter D. Furlan y Juan A. Monsoriu

63

"Superresolución obtenida mediante proyección de patrones de speckle desconocidos y diferentes longitudes de onda."

Omer Wagner, Ariel Schwarz, Amir Shemer, Carlos Ferreira, Javier García, y Zeev Zalevsky

64

"Sistema de visión artificial para la detección de flotantes en agua." M. Irigoyen, J.A. Sánchez-Martín, L. Vadillo, J.L. Tercero y E. Bernabeu

65

"Spontaneous Raman imaging via digital scanned light sheet microscopy and interferometric filters."

Israel Rocha-Mendoza, Jacob Licea-Rodriguez, Mónica Marro-Sánchez, Omar Olarte y Pablo Loza-Alvarez

66

"Aplicación de la imagen infrarroja para la detección en línea de producción de defectos en flejes de focos para cocinas vitrocerámicas."

Francisco J Madruga, Victor Mateo, Olga M. Conde, José M. López Higuera y Alberto Campo

67

"Modos plasmónicos en interfaces dieléctrico-metal." R. Martínez-Herrero y A. Manjavacas

68

"Hybrid diffractive-refractive architecture for getting biological images via digital lensless holography microscopy."

O. Mendoza-Yero, M. Carbonell-Leal, E. Tajahuerce, J Lancis, y J. Garcia-Sucerquia

69

"El potencial comercial de la investigación en Biofótonica: creación de la empresa de base tecnológica IMPETUX."

Arnau Farré, Ferran Marsà, Elisabet Romeu y Mario Montes-Usategui

70

"Registro de hologramas en películas de Biophotopol de 300 µm." V. Navarro-Fuster, M. Ortuño, S. Gallego, Andrés Márquez, A. Beléndez e I. Pascual

71

"Obtención de imágenes del cielo en alto rango dinámico (HDR) a través de una cámara de todo cielo."

R. Román, R. González, C. Toledano, A. Cazorla, C. Velasco-Merino, M. A. Burgos, D. Mateos, A. Calle, V. E. Cachorro y A. M. de Frutos

72

"Evolución del grado de polarización de haces parcialmente polarizados con vórtices."

J. Serna y R. Martínez-Herrero

73

"Algoritmo de recuento automático y anónimo de peatones en tiempo real." José Luis Tercero-Gomez, Francisco José Torcal-Milla, Luis Miguel Sanchez-Brea y Eusebio Bernabeu

74

Simposio de Ciencias de la Visión (contribuciones orales)

"Visión con correcciones de presbicia multifocales simuladas con un dispositivo miniaturizado de visión simultánea."

Carlos Dorronsoro, Aiswaryah Radhakrishnan, José Ramón Alonso-Sanz, Daniel Pascual, Miriam Velasco-Ocana, Pablo Perez-Merino y Susana Marcos

76

"Ablación de modelos experimentales para estudio del encurvamiento periférico en la topografía corneal post-LASIK para corrección de miopía." "José I. Velarde, Patricia Casuso, Fátima Martínez-Galdón, Javier Llorca y Dolores Ortiz

77

"Estudio de las características del parpadeo en la lectura de textos en soporte electrónico con uso de filtro de luz azul."

Marc Argilés, Lídia Tapia, Margarita Rodríguez, Genís Cardona y Elisabet Pérez-Cabré

78

"Sobre la robustez de la aberrometría con Hartmann-Shack de Apertura Sintética frente a movimientos oculares."

Justo Arines

79

"Custom computer eye model based on OCT." Martinez-Enriquez, Eduardo; Sun, Mengchan; Velasco-Ocana, Miriam; Perez-Merino, Pablo y Marcos, Susana

80

"Autofunciones de calidad de imagen en el ojo humano." Rafael Navarro, Pablo Rodríguez y Jos J. Rozema

81

"La interferometría de difracción por orificio como procedimiento de medida de curvaturas locales de frentes de onda con ruido."

Eva Acosta, Santiago Vallmitjana, Isaac Ricart y Salvador Bosch

82

"Interpretación geométrica del emborronamiento dióptrico y la magnificación en lentes oftálmicas."

Sergio Barbero y Javier Portilla

83

"Evaluación de la calidad visual con una lente intraocular multifocal antes de su implantación quirúrgica."

Anna Giner, Mikel Aldaba, Sergio O. Luque, Maria Borrat, Toni Salvadó, Montserrat Arjona y Jaume Pujol

84

"Testing vision with angular and radial multi-zone multifocal designs using Adaptive Optics."

Maria Vinas, Carlos Dorronsoro, Aiswaryah Radhakrishnan y Susana Marcos

85

"Topografía del cristalino del ojo en función de la acomodación mediante OCT 3-dimensional cuantitativo."

Velasco-Ocana, Miriam; Perez-Merino, Pablo; Martinez-Enriquez, Eduardo y Marcos, Susana

86

"Human Pupillary Light Reflex: responses to light between 420 and 500 nm." M.A. Bonmatí-Carrión, K. Hild, C. Isherwood, B. Middleton, S. Sweeney, V.L. Revell, D.J. Skene, M.A. Rol y J.A. Madrid

87

"Adaptive optics multiphoton microscopy as a promising tool to image ocular tissues in a non-invasive manner."

Juan M. Bueno, Martin Skorsetz, Geovanni Hernández y Pablo Artal

88

"Estudios psicofísicos en el rango mesópico: Líneas de investigación." Beatriz M. Matesanz, Isabel Arranz, Alejandro H. Gloriani, Pablo A. Barrionuevo, José A. Menendez, Luis Issolio, Santiago Mar y Juan A. Aparicio

89

"Valoración de la función visual y cromática de un modelo roedor de degeneración retiniana."

Segura FJ, Sánchez-Cano A y Pinilla I

90

Simposio de Ciencias de la Visión (contribuciones como póster)

"Pan-corrección de astigmatismo en combinación con miopía, hipermetropía y presbicia mediante el uso de una lámina de fase cúbica."

Citlalli Almaguer, Eva Acosta y Justo Arines

92

"Umbrales de contraste mesópico en iluminación urbana. Efecto de la edad y de la composición espectral."

Arranz I, Matesanz BM, Issolio L, Silva B, Colombo EM, Menéndez JA, Mar S y Aparicio JA

93

"Curvatura geodésica en superficies ópticas." Sergio Barbero

94

"Análisis del comportamiento de lentes intraoculares mediante trazado real de rayos."

Clara Benedí García, Jorge Ares García y M. Victoria Collados Collados

95

"Disparidad estereoscópica máxima frente a diferencias interoculares." José J. Castro, José R. Jiménez, Rosario G. Anera y Margarita Soler

96

"Medidas radiométricas en pantallas de visualización LED. Efecto de los filtros atenuadores en la banda azul."

Jaume Escofet, Elisabet Pérez y Salvador Bará

97

"Detección del fenómeno de Bell previo al reflejo pupilar a la luz." J. Espinosa, J. Pérez y D. Mas

98

"Caracterización óptica de los cristalinos de peces mediante interferometría de difracción por orificio." Ana Gargallo, Antía Blanco, Eva Acosta, Santiago Vallmitjana, Isaac Ricart y Salvador Bosch

99

"Análisis de los mecanismos visuales cromáticos con estímulo adaptado a la excentricidad."

M.Carmen García-Domene, Clara Llorens, M José Luque y Dolores de Fez

100

"Método rápido de medida de la potencia de una lente intraocular in vitro." M. Carmen García-Domene, M. Amparo Díez-Ajenjo, Cristina Peris-Martínez, Amparo Navea y José María Artigas

101

"Efecto del iluminante y de la edad en la detección de contraste supraumbral en conducción nocturna."

García E, Benito Sabater M, Arranz I, Matesanz BM, Menéndez JA, Mar S, Galarreta D y Aparicio JA

102

"Construcción y puesta a punto de un fotoestimulador visual de dos canales y cuatro primarios."

Gloriani AH, García Vesga AD, Mar S y Aparicio JA

103

"Estudio comparativo de la respuesta acomodativa mediante el PowerRef II y el Grand Seiko WAM-5500."

S. Gómez-López, M. Aldaba, M. Arjona y J. Pujol

104

"Estudio de repetibilidad de simulación de refracción subjetiva desarrollado mediante software."

Sara Perchés, Victoria Collados y Jorge Ares

105

"Influencia de la visibilidad del haz infrarrojo de medida en la determinación de la respuesta acomodativa mediante el autorrefractómetro Grand Seiko WAM-5500."

Sara Perchés, Jorge Ares y Victoria Collados

106

"Propiedades cromáticas de las lentes intraoculares multifocales difractivas." Inmaculada Ríos, María S. Millán, Fidel Vega y Francisco Alba Bueno

107

Simposio en Óptica Cuántica y Óptica No Lineal (contribuciones orales)

"Medida de pulsos amplificados mediante barrido de dispersión con los prismas del compresor."

Benjamín Alonso, Francisco Silva, Julio San Román, Íñigo J. Sola, y Helder Crespo

109

"Búsqueda y caracterización práctica de luz no clásica desde primeros principios."

Alfredo Luis

110

"Linealizacion regularizada para el estudio de sistemas cuanticos optomecanicos."

Rafael Garces, German J. de Valcarcel y Eugenio Roldan

111

Degenerate parametric oscillation in membrane cavity optomechanics Carlos Sánchez-Muñoz, Mónica Benito, and Carlos Navarrete-Benlloch

112

Polarization gating to generate high energy ultrashort pulses in overdenseplasmas, theory and simulation

M. Blanco, C. Ruiz and M. T. Flores-Arias

113

Electron rephasing in a laser-plasma accelerator A. Döpp, E. Guillaume, C. Thaury, K. Ta Phuoc, A. Lifschitz, J-P. Goddet, A.Tafzi, D. Douillet, G. Rey, S.W. Chou, L. Veisz, and V. Malka

114

"Estudio de pulsos de rarefacción en la ecuación no lineal de Schrödinger cúbico-quíntica en dos dimensiones."

David Feijoo, Ángel Paredes y Humberto Michinel

115

"Comportamiento electromagnético de sustratos nanoestructurados contaminados con objetos micrométricos."

A.I. Barreda, F. González y F. Moreno

116

"Analysis of spatiotemporal distortions in ultrashort light pulses of 20 femtoseconds produced by Seidel primary aberrations: Theoretical and experimental results."

Miguel Ángel González-Galicia, M. Rosete-Aguilar, J. Garduño-Mejía, y N. C Bruce

117

"Respuesta Espectral de Nanoantenas Dipolares en Campo Cercano y Lejano." Y. Gutiérrez, F. Moreno y F. González

118

"Characterization of ultrashort light pulses: chirp determination via transverse SHG in random nonlinear crystals."

J. Trull, B. Wang, I. Sola, W. Krolikowski, Y. Sheng, R. Vilaseca y C. Cojocaru

119

"Two-dimensional Spatial Adiabatic Passage of matter waves:interferometry, angular momentum and geometric phases."

R. Menchon-Enrich, A. Martínez-Cuadrado, Th. Busch, J. Mompart, y V. Ahufinger

120

"Parametric control of frequency conversion processes mediated by Raman coherence waves in hydrogen-filled kagomé photonic crystal fibre."

David Novoa, Sebastian T. Bauerschmidt, Amir Abdolvand, y Philip St.J. Russell

121

"Deformación de un pulso laser gaussiano ultraintenso al propagarse en el vacío cuántico."

Ángel Paredes, David Nóvoa y Daniele Tommasini

122

"What is the ultracold bosons simmetry memory?" A. Ferrando, M. A. Garcia-March y L. D. Carr, J. Vijande

123

"Conversión activa de imágenes al visible mediante iluminación láser en la región espectral de 1550 nm."

A. J. Torregrosa, H. Maestre, M. L. Rico y J. Capmany

124

"Laser-assisted technique for the fabrication of an oil-based nanofluid." R. Torres-Mendieta, R. Mondragón, C. Doñate-Buendía, P. Andrés, J. Lancis y G. Mínguez-Vega

125

"Extreme-ultraviolet isolated attosecond pulses with controlled polarization." Carlos Hernández-García, Daniel D. Hickstein, Tenio Popmintchev, Margaret M. Murnane, Henry C. Kapteyn, Andreas Becker, Agnieszka Jaron-Becker y Charles Durfee

126

"Reconstruction of conically refracted Gaussian beams after an obstruction." A. Turpin, Yu. V. Loiko, T. K. Kalkandjiev, y J. Mompart

127

"D-scan como Diagnóstico de Excitaciones Plasmónicas en Nanoestructuras con Pulsos Ultracortos."

Rosa Weigand y Helder Crespo

128

"Spatial-temporal model of propagation for nonlinear phenomena in BaF2 crystals."

Ferran Cambronero, Camilo Ruiz Méndez y Carmen Bao Varela

129

Simposio en Óptica Cuántica y Óptica No Lineal (contribuciones como póster)

"Multiphoton absorption in ionic liquids at 810nm." Elena López Lago, J. A. Nóvoa, B. AlGnamat, Raúl de la Fuente, J.A. Seijas, M.P. Vázquez-Tato, J. Troncoso y H. Michinel

131

"Caracterización de pulsos sub-5-fs de un compresor de fibra hueca en los dominios espacio-temporal y espacio-espectral."

Benjamín Alonso, Miguel Miranda, Francisco Silva, Vladimir Pervak, Jens Rauschenberger, Julio San Román, Íñigo J. Sola, y Helder Crespo

132

"Análisis de la fuerza de arrastre en dos ENLS cúbico-quínticas." David Feijoo, Ismael Ordóñez, Ángel Paredes y Humberto Michinel

133

"Control de interferencias de pulsos attosegundo para el modelado de espectros en el rango de ultravioleta lejano."

W. Holgado, C. Hernández-García, B. Alonso, M. Miranda , F. Silva , L. Plaja , H. Crespo y I. J. Sola

134

"Emisión de nanopartículas en los procesos de ablación con láser pulsado." Maite Irigoyen, Philip Siegmann y Eusebio Bernabeu

135

"Spatial light modulators for controlled multibeam supercontinuum generation."

J. Pérez-Vizcaíno, R. Borrego-Varillas, O. Mendoza-Yero, J.R. Vázquez de Aldana, M. Carbonell-Leal, C. D. Buendía1, y J. Láncis

136

"Generación holográfica de vórtices acromáticos con láseres de pulsos ultracortos y ultraintensos."

Julia Marín, Mª Victoria Collados, Íñigo J. Sola y Jesús Atencia

137

"Arbitrary spatial distribution of coherent filaments produced by a single diffractive optical element."

O. Mendoza-Yero, M. Carbonell-Leal, C. Doñate-Buendia, G. Mínguez-Vega, y J. Lancis

138

"On-axis Dammann lenses and femtosecond pulses: triggering non-linear effects."

J. Pérez-Vizcaíno, R. Borrego-Varillas, O. Mendoza-Yero, J.R. Vázquez de Aldana, M. Carbonell-Leal, C. D. Buendía, y J. Láncis

139

"Predicción de la eficiencia de QPM en cristales ferroeléctricos con distribuciones de dominios arbitrarias."

N. Pacheco, A. J. Torregrosa, H. Maestre y J. Capmany

140

"Filamentation dynamics with intense Bessel beams: underlying conservation and stability laws."

Miguel A. Porras

141

"Efecto Kerr óptico del grafeno en N-Metil-2-pirrolidona." M. Sánchez Balmaseda, Horacio Salavagione y Rosa Weigand

142

"Autocompresión de pulsos láser en fibras huecas rellenas de gas." A. Rodríguez, A. Sánchez, I. J. Sola, E. Conejero Jarque y J. San Román

143

"Laser-driven ion acceleration from ultrathin targets." Luca C. Stockhausen, Ricardo Torres y Enrique Conejero

144

"Vector beams and optical singularities in conical refraction." A. Turpin, Yu. V. Loiko, A. Peinado, A. Lizana, T. K. Kalkandjiev, J. Campos, y J. Mompart

145

Sesión Paralela Mixta (contribuciones orales)

"Fibra capilar de polímero PMMA como micro-resonador para la medición de la presión hidrostática de microfluidos."

Duber A. Avila Padilla, Cesar O. Torres Moreno y Cristiano M.B. Cordeiro

147

"Medida de Desplazamiento Nanométrico en Microcantilévers utilizando Interferometría Realimentada Diferencial."

Francisco J. Azcona, Ajit Jha, Carlos Yañez y Santiago Royo

148

"Self-calibration of silicon photodiodes internal quantum efficiency by using temperature sensors."

E. Borreguero, C. K. Tang, J. Gran, A. Pons, J. Campos, M. L. Hernanz, J. L. Velázquez y B. Bernad

149

"Accelerating beams with Bessel signature." Mahin Naserpour, Carlos Díaz-Aviñó, Carlos J. Zapata-Rodríguez, y Juan J. Miret

150

"Excitación de fluorescencia en fibras ópticas de plástico por medio de microfibras."

E. Rodríguez-Schwendtner, M. C. Navarrete, N. Díaz-Herrera, Ó. Esteban y A. González-Cano

151

"Metrología óptica en el CD6: aplicaciones en imagen láser." Santiago Royo, Miguel Ares, Jordi Riu, Reza Atashkshooei, Meritxell Vilaseca, Xana del Pueyo, Francisco Azcona, Ajit Jha y Carlos Yáñez

152

"Método para colimar y/o determinar el grado de colimación de un haz." Francisco José Torcal-Mill, Luis Miguel Sánchez-Brea, José María Herrera-Fernande1, Tomás Morlanes y Eusebio Bernabeu

153

"Photophysics and applications of transition metal dichalchogenide monolayers fabricated via liquid phase exfoliation."

Vega-Mayoral V.,Backes C., Vella D., Topolovsek P., Borzda T.,Hanlon D., Coleman J.N., Gadermaier C. y Mihailovic D.

154

"Ondas de superficie de Dyakonov: Novedosa plataforma en nanofotonica." Carlos J. Zapata-Rodríguez, Mahin Naserpour, J. Aitor Sorni, y Juan J. Miret

155

"Caracterización de grafeno CVD por THz-TDS." J.A. Delgado Notario, V. Clérico, E. García García, N. Campos, D. Gómez, E. Diez, J.E. Velázquez y Y.M. Meziani

156

"Estudio de procesos CT en complejos metálicos cargados con carácter dual." J. Roman-Perez, M. R. Lopez-Ramirez, C. Ruano, S. P. Centeno, J. F. Arenas, J. Soto, I. López-Tocón y J. C. Otero

157

"“Luces de otros mundos”: acercando la óptica a alumnos de Bachillerato." V. González-Fernández, D. Mateos, E. Vasallo, C. Velasco-Merino, M.A. Burgos, A. García, G. Pérez-Callejo, D. Revilla, A. Gloriani, D. González, M.T. Belmonte y B.G. del Río

158

"El patrimonio de instrumentos ópticos de la Facultad de Física de la Universidad de Barcelona. Aplicaciones en docencia y en investigación: Estudio en un telescopio refractor."

Antonio Marzoa Domínguez y Santiago Vallmitjana Rico

159

"Medida de goniofluorescencia en materiales fotoluminiscentes." B. Bernad, A. Ferrero, J. L. Velázquez, A. Pons, M.L. Hernanz1, E. Chorro, E. Perales, F.M. Martínez-Verdú, E. Borreguero y J. Campos

160

"Proyecto DIAGNOPTICS: Diagnóstico del cáncer de piel utilizando óptica." Xana Delpueyo, Miguel Ares, Meritxell Vilaseca, Santiago Royo, Ferran Sanabria, Jorge A. Herrera1, Francisco J. Burgos, Jaume Pujol, Susana Puig, Giovanni Pellacani, Jorge Vázquez, Giuseppe Solomita y Thierry Bosch

161

"Características fotométricas fundamentales de fuentes de estado sólido orgánicas (OLEDs)."

Velázquez, J. L., Ferrero A., Pons A., Campos J., Hernanz M. L., Bernad B. y Borreguero E.

162

"Optically and mechanical properties of spherical nano-sized transducers." Rafael Fuentes Dominguez, Richard J Smith, Fernando Perez Cota, Leonel Marques, Sinead Tobin, Xuesheng Chan, Ovidio Peña-Rodriguez y Matt Clark

163

Sesión Paralela Mixta (contribuciones como póster)

"Evolución del color y la composición antociánica de vinos de crianza durante la etapa de envejecimiento en botella. Efecto de distintas concentraciones de oxígeno."

José Federico Echávarri, José Miguel Avizcuri, María Pilar Sáenz-Navajas, Vicente Ferreira y María Purificación Fernández-Zurbano

165

"Influencia de los fungicidas boscalid y kresoxim-metil en el color del vino tinto."

José Federico Echávarri, Diego A. Cilla-García, María García-Pastor, Luis Vaquero-Fernández, Jesús Sanz-Asensio y María-Teresa Martínez-Soria

166

"Caracterización colorimétrica de varios dispositivos móviles para aplicaciones relacionadas con la visión."

Dolores de Fez, M. José Luque, Vicente Camps y M. Carmen García-Domene

167

"Influencia del Tamaño de Pigmento en la Distancia de Detección del Sparkle."

Omar Gómez, Esther Perales, Elísabet Chorro, Valentín Viqueira, Francisco M. Martínez Verdú, Alejandro Ferrero y Joaquín Campos

168

"Escalas para el estudio de emociones del color en muestras con textura." Ivana Tomic, Ana Carrasco-Sanz, Rafael Huertas, M. Mar Lázaro, Ana Benjumea, Li-Chen Ou y Jose A. García

169

"Comparación de las propiedades fotométricas y colorimétricas de diferentes cabinas de iluminación."

Esther Perales, Elísabet Chorro, Valentín Viqueira y Francisco Martínez-Verdú

170

"Evaluación de la fórmula de diferencia de color AUDI2000: análisis del croma."

Esther Perales, Elísabet Chorro, Omar Gómez, Valentín Viqueira, Francisco M. Martínez-Verdú, Luis Gómez-Robledo, Manuel Melgosa y Thomas Dauser

171

"Color estructural en metasuperficies." C.J. Zapata-Rodríguez, M. Naserpour, J.J. Miret, P. Rodríguez-Cantó, G. Muñoz-Matutano, J.P. Martínez-Pastor, R. Abargues, M. Kaiser y Christoph Hohle

172

"El uso de dispositivos móviles, junto con aplicaciones Web, para el estudio de luz en laboratorios docentes."

Mercedes Fernández-Alonso, Lluís Martínez-León, Jesús Lancis, Enrique Tajahuerce, Gladys Mínguez-Vega, Vicent Climent, Noemí Sanchis-Ferriols, jorge Pérez-Vizcaino, Omel Mendoza-Yero, Pere Clemente y Vicente Durán

173

"Actividades divulgativas para el Año Internacional de la Luz de USC-OSA y USC-EPS."

Ana Gargallo, A. I. Gómez-Varela, Ferran Cambronero, Tamara Delgado, María Aymerich, Ángel Luis Aragón, Ángel García-Sánchez y María T. Flores-Arias

174

"ROS, Python y OpenCV como herramientas de enseñanza en asignaturas de visión computacional."

J.M. Herrera-Fernandez, J. L. Tercero y E. Bernabeu

175

"Diseño de pruebas para la detección de dicrómatas: Práctica de laboratorio para estudiantes de Psicofísica de la Visión."

MJ Luque, D de Fez, P Capilla, A Pons y MC García-Domene

176

"Psicofísica visual fácil para estudiantes de optometría: generación y control de estímulos visuales en el aula."

MJ Luque, MC García-Domene, D de Fez, MA Díez-Ajenjo y J Malo

177

"Laboratorio remoto para diferentes niveles educativos." Carretero, Enrique; Jarabo, Sebastián; Saldaña Díaz, José Eduardo; Salgado-Remacha, Francisco Javier; Sánchez-Cano, Ana y Sevillano, Pascual.

178

"La enseñanza de Óptica y Fotónica en los grados de Ingeniería." María Ana Sáenz-Nuño, Luis Miguel Sanchez-Brea, Eusebio Bernabeu y Jesús de Vicente

179

"Implementación de una fuente laser continua y diseño y caracterización de un monocromador para un polarímetro de imagen."

A. Fernández Pérez, J. M. Saiz Vega y J. M. Sanz Casado

180

"Optimización del montaje experimental para la medida del campo eléctrico en una descarga de cátodo hueco mediante espectroscopia láser."

V. González-Fernández, K. Grützmacher, L.M. Fuentes, C. Pérez y M.I. de la Rosa

181

"Mid infrared optical constants and porosity of H2O:CH4 ices at 30 K." Belén Maté, Coen Fransen, Juan Ortigoso, S. Pilling, Jean-Baptiste Bossa

182

"Haces no uniformemente polarizados para la determinación de la matriz de Mueller de tejidos biológicos."

Gemma Piquero y J. Carlos G. de Sande

183

"Refractive index behaviour in different families of ionic liquids" Belal AlGnamat, Raúl de la Fuente, Elena López Lago

184

"Microresonador de fibra capilar de polímero PMMA para la medición de la humedad."

Duber A. Avila Padilla, Cesar O. Torres Moreno

185

"Femtosecond laser writing of 3D photonic-structure waveguides in crystals for efficient light guiding and beam manipulation."

Gabriel R. Castillo, J. R. Vázquez de Aldana, Y. Jia, C. Cheng, Y. Tan, and F. Chen

186

"Grabador fotolitográfico de bajo coste y reducido tamaño basado en Raspberry Pi y el modulador espacial de luz kopin."

J. M. Herrera-Fernandez, I. Jimenez-Castillo, F. J. Torcal-Milla, L. M. Sanchez-Brea y E. Bernabeu

187

"Medida precisa de la distancia entre pixeles de una cámara CMOS mediante el uso de una red de difracción y la función semivariograma."

J. M. Herrera-Fernandez, F. J. Torcal-Milla, L. M. Sanchez-Brea y E. Bernabeu

188

"Técnica de posicionado para ablación láser nanopulsada." M. Irigoyen, J.A. Sánchez-Martín, J.M. Herrera-Fernandez, F.J. Salgado-Remacha y E. Bernabeu

189

"Estudio de la variación en la emisión de la pluma de ablación con la distnacia focal."

Maite Irigoyen, Francisco Javier Salgado-Remacha y Eusebio Bernabeu

190

"Activación de estructuras localizadas en un VCSEL de área ancha usando guía de ondas electro-ópticas de tipo embudo."

R. Martinez-Lorente, J. Parravicini, M. Brambilla, L. Columbo, F. Prati, C. Rizza, G. Tissoni,A. J. Agranat, and E. DelRe

191

"Retrieving complex fields with a phase-only SLM." O. Mendoza-Yero, M. Carbonell-Leal, C. Doñate-Buendia, G. Mínguez-Vega, and J Lancis

192

"Perfectly-circular bottle beams." Mahin Naserpour, Carlos Díaz-Aviñó, Carlos J. Zapata-Rodríguez and Juan J. Miret

193

"Doble refracción en metamateriales con índice cero." D. Pastor, C. Díaz-Aviñó, M. Naserpour, C.J. Zapata-Rodríguez, y J.J. Miret

194

"Detección y estudio de un evento de alta turbiedad atmosférica en Castilla y León a través de medidas fotométricas."

M.A. Burgos, V.E. Cachorro, D. Mateos, C. Toledano, R. González, R. Román, C. Velasco-Merino, A. Calle, and A. M. de Frutos

195

"Simulación del comportamiento óptico de la piel húmeda con técnicas de Montecarlo."

Jesús Campoy, Ana Pilar González-Marcos

196

"Modelización del comportamiento de lentes holográficas para concentración solar."

P. Bañares, J. Marín-Saez, S. Álvarez, M.V. Collados, D. Chemisana, J. Atencia

197

"Fabricación de microlentes por medio de una tecnología híbrida láser." Tamara Delgado, Daniel Nieto, y María Teresa Flores-Arias

198

"Efecto del incendio en los Arribes del Duero (Agosto 2013) sobre las propiedades ópticas y microfísicas de la carga de aerosol."

D. Mateos, V.E. Cachorro, M.A. Burgos, C. Toledano, R. González, R. Román, C. Velasco-Merino, A. Calle, and A. M. de Frutos

199

"Development of a 3D micromachining laser system by using femtosecond laser pulses."

René I. Rodríguez-Beltrán and Pablo Moreno

200

"Diseño y optimización de retardadores superacromáticos de amplio espectro mediante el uso de láminas retardaroras."

J. L. Vilas, J.M. Herrera-Fernandez, L. M. Sanchez-Brea y E. Bernabeu

201

Conferencias Plenarias

Seeing colors in nature – what do we learn from spectral imaging

Sérgio MC Nascimento Department. of Physics, University of Minho,Braga, Portugal

Colors seen in nature are determined by the spectral and spatial properties of objects and illumination. Given the complexity of natural stimuli these properties are best evaluated by spectral imaging, a technique that records the reflecting spectral profile from each point of a scene. This talk will discuss several applications of this technique in colorimetry, e.g. the gamut and distribution of natural colors for normal [1] and for color deficient observers [2], chromatic distortion due to atmospheric conditions [3] and the variations of the spectral composition of the illumination across scenes. Spectral imaging data can also be used to synthetize stimuli for psychophysical experiments. It will be shown how these stimuli can be used to estimate the number of principal components necessary to reproduce reliably natural scenes and to measure a threshold for perceptibility of color differences in reproductions of natural scenes. Applications to color rendering will also be explored, in particular, those concerning the study of lighting optimization for artistic paintings, food displays and color deficiencies [4, 5, 6].

Figure 1.- Images of natural scenes with small gray spheres embedded to estimate the

spectrum of the local illumination at different positions and directions within the scenes.

References [1] Linhares, J. M. M., Pinto, P. D., Nascimento, S. M. C., “The number of discernible colors in natural scenes”, J. Opt. Soc. Am. A, 25, 2918-2924 (2008). [2] Perales E., Martínez-Verdu F.M., Linhares J.M.M., Nascimento S.M.C., “Number of discernible colors for color-deficient observers estimated from the MacAdam limits”, J. Opt. Soc. Am. A, 27, 2106 – 2114 (2010). [3] Luzón-González, R., Nascimento, S. M. C., Masuda , O., Romero, J., “Chromatic losses in natural scenes with viewing distance”, Color Res Appl, 39, 341-346 (2014). [4] Nascimento, S. M. C. & Masuda, O., “Best lighting for visual appreciation of artistic paintings—experiments with real paintings and real illumination”, J. Opt. Soc. Am. A, 31(4), 214-219 (2014). [5] Masuda, O., & Nascimento, S. M. C., “Best lighting for naturalness and preference.” J Vision, 13(7):4, 1–14 (2013). [6] Perales, E., Linhares, J. M. M., Masuda, O., Martínez-Verdú, and Nascimento, S. M. C., “Effects of high-color-discrimination capability spectra on color-deficient vision”, J. Opt. Soc. Am. A, 30(9), 1780-1786 (2013).

New Approaches in Metal Enhanced Spectroscopies (SERS and SEF):

Tailoring the Size and Shape of Silver Nanoparticles with Outstanding

Plasmonic Properties

Jose V. Garcia-Ramos, Adianez Garcia-Leis and Santiago Sanchez-Cortes Instituto de Estructura de la Materia (IEM-CSIC). Serrano, 121. 28006 Madrid. Spain.

jvicente.g.ramos@csic.es

The main purpose of our work is the fabrication of nanoscopic systems leading to high

electromagnetic field intensifications. The strategy for obtaining these systems has been the

preparation of anisotropic NPs with special morphologies leading to high field enhancement,

as triangular nanoprisms and nanostars. Progress has been made in a very special way to

develop protocols for the preparation of silver nano-shaped nanoparticles, which were not

prepared so far in silver.

The optical properties of metallic Nanoparticles (NPs) strongly depend on their size and shape. The

resonant excitation of the LSP originates a very important enhancement in the cross sections of SERS (Surface

Enhanced Raman Scattering) and SEF (Surface Enhanced Fluorescence) techniques.

The manufacture of nanoparticles (NPs) with metallic plasmonic properties, displaying advanced

spectroscopic applications is one of the tasks of our research Group. In fact, shape control of metal

nanostructures is a promising strategy to tailor their physical and chemical properties. In this context, star-shaped

NPs or metal nanostars (NS) have shown to play an extraordinary role in the intensification of the

Electromagnetic field, with promising applications in bioimaging and detection. In particular, core@shell

nanoparticles display advantageous properties to be used as SERS substrates.

Figure 1: Up- TEM images of a metallic (Ag) and hollow bimetallic (Ag@Au) nanostar. Bottom: Plasmon Resonance and

SERS spectra of ThT exciting at 532 nm and 785 nm.

The high sensitivity of these techniques makes them suitable to be employed as molecular sensing

techniques. Some examples of our recent works in this field will be presented:

i) The interaction of biomolecules with metal nanoparticles to carry out the functionalization of them may

confer greater biocompatibility. The β-amyloid peptide, related to the development of Alzheimer's disease, has

been studied. Also, it has been characterized the dye Thioflavine T by vibrational spectroscopy (IR, Raman,

SERS) and SEF. This dye is able to interact with β-amyloid allowing its detection and that of related peptides at

trace concentrations, thus allowing the early detection of this disease.

Acknowledgements: This work has been supported by the Spanish Ministerio de Economía y Competitividad

(grant FIS2014-52212-R). A.G.-L. also acknowledges CSIC and FSE for a JAE-predoctoral scholarship.

Nanophotonic approaches for live cell research: from nanoimaging to spectroscopy.

Maria F. Garcia-Parajo1,2, Mathieu Mivelle1, Thomas S. van Zanten3 and Carlo Manzo1

1ICFO-Institute of Photonic Sciences, Castelldefels (Barcelona), Spain. Maria.garcia-parajo@icfo.es

2ICREA- Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats, Barcelona, Spain 3NCBS-National Center for Biological Sciences, Bangalore, India

The quest for optical imaging of biological processes at the nanoscale has driven in recent years a swift development of a large number of microscopy techniques based on far-field optics. These, so called, super-resolution methods are providing new capabilities for probing biology at the nanoscale by fluorescence. While these techniques conveniently use lens-based microscopy, the attainable resolution and/or localization precision severely depend on the sample fluorescence properties. True nanoscale optical resolution free from these constrains can alternatively be obtained by interacting with fluorophores in the near-field. Indeed, near-field scanning optical microscopy (NSOM) using subwavelength aperture probes is one of the earliest approaches sought to achieve nanometric optical resolution1. More recently, photonic antennas have emerged as excellent alternative candidates to further improve the resolution of NSOM by amplifying electromagnetic fields into regions of space much smaller than the wavelength of light. In this contribution, I will describe our efforts towards the fabrication of different nanoantenna probe configurations as well as 2D antenna arrays for applications in nano-imaging and spectroscopy of living cells2-6. I will show examples on how these devices can be exploited to detect individual molecules at micro-molar concentrations4,5, as well as our efforts towards the study of cell membrane lipids in living cells with unprecedented resolution and sensitivity6. References: [1] P. Hinterdorfer, M.F. Garcia-Parajo, Y. Dufrene, “Single-molecule imaging of cell surfaces using near-field

nanoscopy”, Acc. Chem. Res. 45, 327-336, 2012. [2] M. Mivelle, T. S. Van Zanten, C. Manzo, M. F. Garcia-Parajo, “Nanophotonic approaches for nanoscale imaging and

single-molecule detection at ultrahigh concentrations”, Microsc. Res. Techniq. 77, 537–545, 2014. [3] M. Mivelle, T. S. van Zanten, L. Neumann, N. F. van Hulst, M. F. Garcia-Parajo, “Ultrabright bowtie nanoaperture

antenna probes studied by single molecule fluorescence”, Nano Lett. 12, 5972–5978, 2012. [4] D. Punj, M. Mivelle, S. B. Moparthi, T. S. van Zanten, H. Rigneault, N. F. van Hulst, M. F. García-Parajó, J. Wenger,

“A plasmonic ‘antenna-in-box’ platform for enhanced single-molecule analysis at micromolar concentrations”, Nature Nanotechnol. 8, 512-516, 2013.

[5] M. Mivelle, T. S. van Zanten, M. F. Garcia-Parajo, “Hybrid photonic antennas for subnanometer multicolor localization and nanoimaging of single molecules”, Nano Lett. 4, 4895-4900, 2014.

[6] V. Flauraud, T. S. van Zanten, M. Mivelle, C. Manzo, M. F. Garcia Parajo, J. Brugger, “Large-scale arrays of bowtie nanoaperture antennas for nanoscale dynamics in living cell membranes”, Nano Lett. [online DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b01335], 2015.

Secure communications using quantum cryptography

Marcos Curty Escuela de Ingeniería de Telecomunicación, Dept. of Signal Theory and Communications, University of Vigo, E-

36310 Vigo, Spain

Summary: Secure data transmission is crucial in the Internet Age, and quantum mechanics stands poised to revolutionize cryptography as we know it today. Here, we introduce the present security model of quantum cryptography together with its assumptions, strengths and weaknesses, and we review the latest developments in quantum hacking and countermeasures against it.

With the rise of the Internet, the importance of cryptography is growing daily. Each time we make an online purchase or conduct financial transactions, we should be concerned about secure communication. Unfortunately, however, the security of conventional cryptography is often based on computational assumptions and therefore is vulnerable to unanticipated advances in hardware and algorithms. In contrast, quantum key distribution (QKD), the best-known application of quantum cryptography, promises to achieve the Holy Grail of cryptography—unconditional security in communication [1,2]. By “unconditional security” we mean that the eavesdropper, Eve, is not restricted by computational assumptions, but only by the laws of physics. QKD is a remarkable solution to long-term security as, in principle, it offers security for eternity.

While the above statements are true in theory, in practice, however, implementations of QKD might not be unconditionally secure because the device models that are typically used in security proofs do not match the actual devices employed in real systems. As a result, QKD faces implementation loopholes, or so-called side-channels, which may be employed by adversaries to hack QKD without being detected. Indeed, this approach has been used in recent attacks against certain commercial and research QKD set-ups [3]. This raises the essential question about whether or not it is indeed possible to develop security proof techniques for practical QKD systems that can tackle modelling discrepancies and guarantee the security of the implementations.

The most well-known example of such security proof technique is (full) device-independent QKD [4], which does not require a description of how QKD apparatuses operate. Given that certain assumptions are satisfied, its security can be proven based solely on the violation of a Bell inequality. Its main drawback, however, is that it is currently impractical as it requires a loophole-free Bell test which at the moment is still unavailable. An alternative approach is the so-called measurement-device-independent QKD (mdiQKD) [5,6]. Its main advantage is that it allows to perform QKD with untrusted measurement devices, which can even be manufactured by Eve. In other words, mdiQKD completely removes the weakest part of a QKD realization. Also, it can be implemented using standard optical components, including low-detection-efficiency detectors and highly lossy channels, and experimental demonstrations have been already done even at a distance of 200 km over telecom fibres [7]. When mdiQKD is combined with recent results that take care of source flaws [8], it offers a clear avenue to bridge the gap between theory and practice in QKD. That is, it guarantees for the first time the feasibility of long distance provably-secure communications with arbitrarily flaw devices.

Here, we review the latest developments in this framework together with its assumptions, strengths and

weaknesses. References [1] H.-K. Lo, M. Curty, K. Tamaki, “Secure quantum key distribution”, Nature Photon. 8, 595-604 (2014). [2] M. Curty, “Quantum cryptography: know your enemy”, Nature Phys. 10, 479-480 (2014). [3] L. Lydersen, C. Wiechers, C. Wittman, D. Elser, J. Skaar, V. Makarov, “Hacking commercial quantum cryptography systems by tailored bright illumination”. Nature Photon. 4, 686–689 (2010). [4] U. Vazirani, T. Vidck, “Fully device independent quantum key distribution”, Phys. Rev. Lett. 113, 140501 (2014). [5] H.-K. Lo, M. Curty, B. Qi, “Measurement-device-independent quantum key distribution", Phys. Rev. Lett. 108, 130503 (2012). [6] M. Curty, F. Xu, W. Cui, C. C. W. Lim, K. Tamaki, H.-K. Lo, '”Finite-key analysis for measurement-device-independent quantum key distribution”, Nature Commun. 5, 3732 (2014). [8] Y.-L. Tang, et al. “Measurement-device-independent quantum key distribution over 200 km”, Phys. Rev. Lett. 113, 190501 (2014). [7] K. Tamaki, M. Curty, G. Kato, H.-K. Lo, K. Azuma, “Loss-tolerant quantum cryptography with imperfect sources”, Phys. Rev. A 90, 052314 (2014).

Human Pupillary Light Reflex: responses to light between 420 and 500 nm M.A. Bonmatí-Carrión

1, K. Hild

2, C. Isherwood

3, B. Middleton

3, S. Sweeney

2, V.L.

Revell3, D.J. Skene

3, M.A. Rol

1, J.A. Madrid

1

1Chronobiology Laboratory. Department of Physiology.University of Murcia, 30100.

Espinardo. Murcia (Spain). IMIB-Arrixaca. 2Advanced Technology Institute and

Department of Physics, University of Surrey, Guildford, Surrey, GU2 7XH 3Chronobiology, Faculty of Health and Medical Sciences, University of Surrey,

Guildford, Surrey, UK.

Summary: The pupillary light reflex was assessed in 13 healthy young subjects under nine

monochromatic, photon matched, 5-min light stimuli, ranging in 10nm increments from λmax

420 to 500 nm. Area Under the Curve (AUC) analysis revealed significantly greater pupil

constriction with 470 and 480 nm compared to 420 nm light, and with 470 and 490 nm

compared to 430 nm light (p< 0.05). Higher α-melanopic-lux induced a greater constriction

response, especially during the first minute.

For the first minute of light (which assesses the acute effects of light on PLR), there was a progressive increase

in pupil constriction from 420 to 490 nm light. These results are in accordance with Gooley et al (2012) [1].

During the last minute of light (sustained response), a significant effect of wavelength was also found (ANOVA,

p<0.05), achieving the lowest AUC under 460 nm light stimulus (Bonferroni post-hoc revealed a trend,

p=0.056). When the light stimuli used in the current studywere analyzed using the Irradiance Toolbox (v1) [2],

the lights with a higher α-melanopic-lux induced a greater constriction response, especially during the first

minute of light. In conclusion, the acute response of the pupil to light best mirrors the α-melanopic-lux profile.

Figure 1.-Area under the curve during the first (0-60s) and last (240-300s) minute of light exposure.

Figure 2.-α-opic lux parameter, indicating the activation proportion for each photoreceptor and light condition.

References

[1] Gooley, J. J., Mien, I. H., Hilaire, M. A. S., Yeo, S., Chua, E. C., Reen, E. Van, et al. "Melanopsin and Rod – Cone

Photoreceptors Play Different Roles in Mediating Pupillary Light Responses during Exposure to Continuous Light in

Humans", J Neurosci, 32, 14242 (2012)

[2] Lucas, R. J., Peirson, S. N., Berson, D. M., Brown, T. M., Cooper, H. M., Czeisler, C. A., et al . "Measuring and using light in the melanopsin age".Trends in Neurosciences, 37, 1(2014).

Plenarias de Jóvenes Ponentes

Microscopía multifotónica para la visualización de placas de

β-amiloide en retinas afectadas por la enfermedad de Alzheimer

F. J. Ávila,1,2 L. Emptage,2 M. C. W. Campbell2 and J. M. Bueno1 1Laboratorio de Óptica, Universidad de Murcia, Murcia

2Physics & Astronomy, University of Waterloo, Waterloo, CANADA

Resumen: La enfermedad de Alzheimer se caracteriza por la acumulación de placas de β-amiloide que causan distrofia en el tejido neural. La microscopía multifotónica se propone como método alternativo para la visualización de dichas placas. El análisis en profundidad permite la localización y caracterización morfológica del amiloide en el tejido retiniano.

La enfermedad de Alzheimer (EA) es un proceso patológico neurodegenerativo y progresivo con la edad, que constituye la principal causa de demencia en personas mayores. La EA está caracterizada por la formación de placas amiloides (Aβ) en el tejido neural, causando distrofia en las células adyacentes [1]. La detección y progresión de la EA pueden verse mejoradas con el análisis de los depósitos de Aβ, que se han encontrado tanto en tejido cerebral [2] como retiniano [3]. Sin embargo estos estudios se han centrado en muestras teñidas con marcadores de fluorescencia. Se ha reportado que todas las capas de la retina exhiben señal de fluorescencia a 2 fotones (TPEF, del inglés Two-Photon Excitation Fluorescence) [4]. La microscopía TPEF es intrínsecamente confocal y permite, el seccionado óptico de los tejidos sin necesidad de procesos de tinción. En este sentido, en este trabajo se propone la microscopía multifotónica como método alternativo a microscopía lineal [5] para la visualización de placas Aβ en retinas no teñidas de donantes afectados por la EA.

Para el registro de señal TPEF se ha utilizado el microscopio multifotónico desarrollado en el laboratorio de Óptica de la Universidad de Murcia [4]. Se han obtenido imágenes de retinas de donantes diagnosticados con EA (Ontario Eye Bank) y de modelo animal (perro). Las retinas desprovistas de epitelio pigmentario fueron fijadas en paraformaldehído sin el empleo de marcadores y colocadas en portaobjetos de microscopio para el registro de imágenes TPEF. Para cada retina, tras localizar los depósitos de AE, se registraron series de imágenes para distintas profundidades. Estas secciones ópticas se usaron para reconstrucciones 3D.

Los resultados muestran que los depósitos de Aβ emiten mayor señal TPEF que las estructuras colindantes pudiéndose distinguir fácilmente. La mayoría de ellos se encuentran localizados sobre la capa de fibras nerviosas (Figura 1), aunque en algunos casos se extienden hasta la capa de células ganglionares.

La microscopía multifotónica constituye un potente método alternativo para la visualización de placas de AE en tejidos retinianos sin necesidad de marcado. La técnica reduce los efectos de foto-toxicidad sobre el tejido y permite el análisis de la muestra en profundidad a alta resolución, así como la caracterización morfológica de los depósitos (localización, tamaño, densidad,…). Una futura adaptación clínica de esta técnica puede ser muy útil como método de detección precoz y de seguimiento de la EA.

Figura 1.- Reconstrucción 3D de una sección óptica de retina humana con presencia de depósito Aβ.

A la derecha se muestra el depósito aislado. Referencias [1] R. Tycko, “Progress towards a molecular-level structural understanding of amyloid fibrils,” Curr. Opin. Struct. Biology 14, 96 (2004). [2] H. Puchtler, F. S. Waldrop, and S. N. Meloan, “A review of light, polarization and fluorescence microscopic methods for amyloid,” Appl. Pathol. 3, 5 (1985). [3] M. C. W. Campbell, “Imaging of Amyloid Beta in the human retina,” 2nd International Symposium Frontiers in Neurophotonics (2010). [4] J. M. Bueno, A. Giakoumaki, E. J. Gualda, F. Schaeffel, and P. Artal, “Analysis of the chicken retina with an adaptive optics multiphoton microscope,” Biomed. Opt. Express 2, 1637 (2011). [5] M. C. W. Campbell, F. Avila, L. Emptage, M. L. Kisilak and J. M. Bueno “Polarimetry in ex vivo retina from donors with Alzheimer’s disease”, Frontiers in Optics, FW5F.4 (2013).

Sistema gonio-hiperespectral basado en LEDs para la evaluación de pinturas de automóviles.

F. J. Burgos,1 M. Vilaseca,1 E. Perales,2 E. Chorro,2 F. M. Martínez-Verdú,2 J.

Fernández-Dorado,1 J. L. Alvarez-Muñoz,3 J. Pujol1 1Centro de Desarrollo de Sensores, Instrumentación y Sistemas, Universidad Politécnica de Cataluña

Rambla de Sant Nebridi 10, 08222, Terrassa, España. 2Departamento de Óptica, Farmacología y Anatomía, Universidad de Alicante

Carretera de San Vicente del Raspeig s/n, 03690, Alicante, España. 3Departmento de Óptica y Optometría, Universidad Politécnica de Cataluña

Calle Violinista Vellsolà 37, 08222, Terrassa, España. Resumen: En este trabajo se presenta un nuevo sistema de imagen gonio-hiperespectral basado en LEDs con elevada resolución espectral para la evaluación de pinturas de automóviles que contienen pigmentos goniocromáticos. Los resultados colorimétricos han puesto de manifiesto el potencial de dicho sistema al ser éstos similares a los proporcionados por dos gonio-espectrofotómetros comerciales, el BYK-mac® y el X-Rite MA98®.

El porcentaje de pigmentos goniocromáticos empleados en el sector del automóvil crece año tras año y por ese motivo es imprescindible su caracterización más precisa [1-2]. El sistema desarrollado en este trabajo está formado por dos plataformas rotatorias motorizadas donde una controla el ángulo de iluminación y la otra el de observación; dos cámaras, una CCD con sensibilidad mejorada en el ultravioleta (200nm-1000nm) y una InGaAs (900-1700nm); la fuente de luz consta de 28 grupos de LEDs de banda estrecha, un grupo de LEDs blancos, una lente colimadora y un desplazador lineal que posiciona cada grupo de LEDs delante de la muestra de forma automatizada. Para verificar de forma preliminar el funcionamiento del sistema, se analizaron tres muestras: una sólida, una metalizada y una perlada. Cada una de estas se evaluó en seis geometrías distintas (45ºx:-60º, 45ºx:-30º, 45ºx:-20º, 45ºx:0º, 45ºx:30º and 45ºx:65º). Los valores CIELab resultantes se compararon con los obtenidos mediante dos gonio-espectrofotómetros comerciales (BYK-mac® y X-Rite MA98®). Para ello se integró la información espectral píxel a píxel proporcionada por el sistema desarrollado a lo largo de una región de medida equivalente a los de los gonio-espectrofotómetros comerciales citados.

La Figura 1 muestra los resultados para las tres muestras. Estos confirmaron el comportamiento teórico para cada tipo de muestra. Los valores de luminancia y croma se mantuvieron constantes para todas las geometrías e instrumentos en la muestra sólida. Sin embargo, la muestra metalizada exhibió principalmente cambios de luminancia mientras que la perlada destacó por variaciones de croma. Como se puede observar en la Figura 1, los resultados obtenidos con los tres instrumentos fueron muy similares.

(a) (b) (c)

Figura 1.- Diagramas CIELab de la muestra sólida (a), metalizada (b) y perlada (c). Los resultados corresponden al sistema desarrollado (azul), al BYK-Mac® (rojo) y al X-Rite MA98® (verde) para las seis geometrías.

En conclusión, se ha desarrollado un sistema de imagen gonio-hiperespectral basado en LEDs para el

análisis de pinturas de automóviles con elevada resolución espacial. A su vez, se ha probado que la evaluación colorimétrica de éste es muy similar a la ofrecida por dos dispositivos comerciales. El trabajo futuro se centrará en disminuir las pequeñas diferencias mostradas para pigmentos perlados.

Referencias [1] Maile, F. J., G. Pfaff, and P. Reynders, “Effect Pigments - Past, Present and Future”, Prog. Org. Coat. 54 (3), 150 (2005). [2] Pfaff, G., Special Effect Pigments. Norwich: William Andrew Publishers, (2008).

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Realce multiespectral de tejidos tumorales

1Arturo Pardo, 1Eusebio Real, 2Brian W. Pogue, 1José M. López-Higuera, 1Olga M. Conde 1Grupo de Ingeniería Fotónica, Universidad de Cantabria, Santander, España

2Thayer School of Engineering, 8000 Cummings Hall, Dartmouth College, Hanover, New Hampshire, USA Resumen: En un procedimiento de resección quirúrgica de cáncer convencional siempre existe cierta problemática a la hora de delimitar el contorno del tumor. Se propone un método de reconstrucción de imagen multiespectral basado en la descomposición en valores singulares de la reflectancia local del tejido, su proyección sobre la N-esfera de radio unidad y una métrica inspirada en las superficies equipotenciales electrostáticas. Este método realza el brillo/color/contraste de los tejidos elegidos por el cirujano.

En las intervenciones donde las lesiones cancerígenas a extirpar tienen contornos poco discernibles,

hasta el cirujano más experimentado está inherentemente limitado por su naturaleza humana, al trabajar en el espectro visible. Así, se puede correr el desafortunado riesgo de dejar parte del tejido maligno en el paciente. Esto sucede entre el 20%-40% de las ocasiones [1] empeorando con ello la morbilidad de los pacientes. La presente propuesta sirve para proporcionar al profesional clínico una herramienta adicional que le asista en el procedimiento de delineación tumoral y facilite este tipo de decisiones de resecación.

La herramienta de delineación de tumores trabaja sobre datos espectrales de reflectancia local de tejido de mama obtenidos con un sistema cuasi-confocal basado en fibra óptica [1]. El sistema obtuvo el espectro de la radiación retro-dispersada de 29 muestras de tejido humano de mama extirpado, con gran resolución espacial (~100 / píxel) y espectral (512 muestras por pixel en la banda de 510 a 785 nm). Debido a la configuración del sistema óptico empleado, la radiación obtenida está relacionada con el esparcimiento simple de Mie sin estar afectada por efectos de múltiple esparcimiento. De esta manera, aparece una relación entre la radiación y la morfología del tejido, es decir, la densidad y concentración de núcleos celulares.

El método de reconstrucción multiespectral propuesto (1) reduce la dimensionalidad del problema mediante descomposición en valores singulares (SVD); (2) proyecta los píxeles en este nuevo espacio de dimensión N sobre una N-esfera de radio unidad, generando un mapa (N-1) dimensional de los diferentes tipos de espectro, independientemente de la reflectancia media; (3) define una métrica relacionada con en el tejido a resaltar (introducido por el cirujano mediante un interfaz), basada en el equivalente al potencial eléctrico producido por cargas electrostáticas, que indica la diferencia entre los tejidos y los píxeles a resaltar [2]. Finalmente, la información de distancia se utiliza durante un procedimiento de reconstrucción espectral [3] para modificarla y ayudar al cirujano en la diferenciación visual de la frontera tumor-no tumor.

Figura 1.- (1) Fotografía de la muestra ex vivo. (2) Análisis histológico H&E del patólogo – se visualiza el borde del tumor.

(3) Selección de tejido no tumoral. (4) Resultado del método. El borde es muy similar al del corte histológico (2). (5) Reconstrucción multiespectral sin realzar. Los bordes son difíciles de localizar. (6) Resultado final realzado.

Referencias [1] A.M.Laughney, V.Krishnaswamy, P.B.Garcia-Allende, O.M.Conde, W.A.Wells, K.D.Paulsen, B.W. Pogue, “Automated classification of breast pathology using local measures of broadband reflectance,” J Biomed Opt 15(6), 066019-1 (2010). [2] S. Shuming, Y. Guangwen, W. Dingxing, Z. Weimin, “Potential-Based Hierarchical Clustering,” IEEE Proc. Pattern Recognition, 4, 272-275, (2002). [3] N. Hashimoto, Y. Murakami, P. A. Bautista, M, Yamaguchi, T. Obi, N. Ohyama, K. Uto, Y. Kosugi, “Multispectral image enhancement for effective visualization,” Optics Express, 19(10), 9316, (2011).

(1) (3) 3 4

(2) (4) 3 4

(5) 3 4

(6) 3 4

Optical spectroscopy of semiconductor nanowires: Tailoring light, harvesting and emission at the nanoscale

D. R. Abujetas1, R. Paniagua-Domínguez1, A. D. Van Dam2, J. Gómez Rivas2, J. A. Sánchez-Gil1

1Instituto de Estructura de la Materia, Consejo Superior de Investigaciones Científicas (IEM-CSIC), Serrano 121, 28006 Madrid (Spain)

2Center for Nanophotonics, FOM-Institute AMOLF, c/o Philips Research Labs, High-Tech Campus 4, 5656 AE Eindhoven (The Netherlands)

Resumen: Semiconductor nanowires are exploited to tailor light emission and absorption at the nanoscale. Such nanowires support optical resonances described by Mie scattering theory or by coupling into leaky/guided modes, which can be used to optimize nanowire designs to enhance light emission/absorption while controlling directionality/polarization, in particular for applications in broad band and broad angle light harvesting, and for directional/polarization-controlled photon sources.

The directional/spectral optical response of nanowires (NWs) is a fundamental property that depends on the material, geometry and dimensions of the nanostructures and that needs to be considered in the design of NW optical devices [1, 2]. In this contribution, we investigate emission and absorption from finite semiconductor NWs, theoretically and experimentally (Fourier microscopy) demonstrating their behavior as optical absorbers [3, 4] and nanoantennas [5].

The description of light absorption at finite semiconductor NWs based on Mie (theory) resonances prevails over a wide angular range, however failing at grazing incidences where leaky/guided modes begin to play a relevant role [3]. Indeed, we show theoretically from the electromagnetic mode dispersion relation and the Mie extinction cross sections of infinite NWs that formally equivalent formulas yield both leaky/guided modes and Mie resonances [4], building a bridge between these two kinds of electromagnetic resonances at grazing angles, where both overlap. Conversely, we have also demonstrated that directional emission of polarized light is governed by the NW material, geometry and dimensions, which determine the Fabry-Perot-like guided/leaky mode resonances that mediate the emission process [5]. Our results show that semiconductor NWs can efficiently emit and absorb electromagnetic radiation in defined direction/polarization/frequency, providing a solid theoretical framework to tailor the NW response to electromagnetic radiation, relevant to the design of: broad band and broad angle nanowire-based solar cells and photodetectors; and lighting devices such as LEDs, nanolasers, or single-photon sources. In the opposite sense, we have also found that coating metal NWs with a semiconductor shell with appropriate parameters drastically reduces the scattering/absorption efficiency, rendering them transparent at infrared (telecom) wavelengths [6].

Referencias [1] L. Cao, J. S. White, J.-S. Park, J. A. Schuller, B. M. Clemens, M. L. Brongersma, “Engineering Light absorption in semiconductor nanowire devices”, Nature Materials 8, 643 (2009). [2] J. Claudon, N. Gregersen, P. Lalanne, and J-M. Gérard, “Harnessing Light with Photonic Nanowires: Fundamentals and Applications to Quantum Optics”, Chem. Phys. Chem. 14, 2393 (2013). [3] G. Grzela, R. Paniagua-Domínguez, T. Barten, D. Van Dam, J. A. Sánchez-Gil and J. Gómez Rivas, “Nanowire Antenna Absorption Probed with Time-Reversed Fourier Microscopy”, Nano Lett. 14, 3227 (2014). [4] D. R. Abujetas, R. Paniagua-Domínguez, J. A. Sánchez-Gil, “Unraveling the Janus role of Mie resonances and leaky/guided modes in semiconductor nanowire absorption for enhanced light harvesting”, Submitted. [5] D. Van Dam, D. R. Abujetas, R. Paniagua-Domínguez, J. A. Sánchez-Gil, Erik P. A. M. Bakkers, Jos E. M. Haverkort and J. Gómez Rivas, “Shaping outcoupling and polarization of nanowire emission”, Submitted. [6] R. Paniagua-Domínguez, D. R. Abujetas, L. S. Froufe-Pérez, J. J. Sáenz and J. A. Sáncehz-Gil, “Broadband telecom transparency of semiconductor-coated metal nanowire: more transparent than glass”, Opt. Express. 21, 22076 (2013).

Turbidity and color sensor for remote marine measurements

Ó.Sampedro1, J.R.Salgueiro1 1Departamento de Física Aplicada, Universidade de Vigo, As Lagoas, s/n, 32004 Ourense, Spain

We describe a turbidimeter based on nephelometric scattering measurements, which uses an infrared source and, to detect color information, employs an RGB LED. The turbidimeter was tested during two months at the estuary of Vigo obtaining a periodic daily signal. On the other hand, the RGB sensor showed that the suspended marine particles were primarily green. This data demonstrated that the equipment had detected the diel vertical migration of phytoplankton.

. The apparatus has two LEDs as sources and a phototransistor as detector. The first LED is an infrared (IR)

while the second one is a triple red, green and blue (RGB) LED. Both are positioned at 90º from the phototransistor to perform nephelometric measurements [1]. To implement this configuration we designed a copper piece. This was integrated on the bottom of a commercial buoy in order to keep it immersed at a constant depth of about 30 cm. Inside the buoy there were also included the control electronics, batteries and solar panels (used to charge them). The electronics consists of a microcontroller (μC), an A/D converter, a GPS module, a satellite modem (to transmit the data worldwide and to receive telecommands), and a negative temperature-coefficient resistor (NTC) for temperature calibration.

The value of IR and RGB scattering provided by the device is the average of 5 measurements made

subtracting from every one the background illumination. Data are sent by satellite (including time, location, charge of batteries, data from the NTC, IR and RGB scattering). After that, IR data points are calibrated in temperature and turbidity is calculated in nephelometric turbidity units (NTU) [1]. Subsequently, RGB data are also calibrated in temperature and the color components of the sample are finally determined in an 8-bit scale. The device measured the turbidity and color of water every 30 minutes during a two-month test in the estuary of Vigo (NW, Spain).

The results of one day can be seen in figure 1. A periodic turbidity signal is observed, arising its peaks

around 12:00 GMT. This variation can be caused by the diel vertical migration of phytoplankton [2]. Since green color stands above the rest, color measurements confirm that hypotesis. In addition, the reduction of the blue to green reflectance ratio (B/G) indicates an increment in chlorophyll-a concentration [3]. On the other hand, the increase of the reflectance of the red component with respect to the blue one, indicates the presence of colored dissolved organic matter (CDOM a yellow substance also known as marine humus) which is a product from the photosynthetic activity.

Figure 1.- Variation of the turbidity (a) and color components of water (b) during one day.

References [1] A. F. Bin Omar, M. Z. Bin MatJafri, Sensors 9 (10) (2009) 8311–8335. [2] F. L. Figueroa, F. X. Niell, F. Figueiras, M. Villarino, Mar. Biol. 130 (3) (1998) 491-499. [3] L. Goddijn-Murphy, D. Dailloux, M. White, D. Bowers. Sensors 9 (7) (2009) 5825-5843.

a) b)

Trapping of absorbing particles with conical refraction

A. Turpin1, V. Shvedov2, C. Hnatovsky2, Yu. V. Loiko3, T. K. Kalkandjiev1,4, W. J. Mompart1, and W. Krolikowski2,5

1. Departament de Física, Universitat Autònoma de Barcelona, E-08193 Bellaterra, Spain 2. Laser Physics Centre, Australian National University, B4 7ET Canberra, Australia

3. Aston Institute of Photonic Technologies, School of Engineering& Applied Science Aston University, B4 7ET Birmingham, United Kingdom

4. Conerefringent Optics S.L., Avda Cubelles 28, E-08800 Vilanova i la Geltrú, Spain 5. Science Program, Texas A&M University at Qatar, Doha, Qatar

Abstract: Biaxial crystals can be used to generate optical bottles throughout the phenomenon of conical refraction. At the intermediary region of the optical bottle the transverse pattern forms a pair of concentric bright rings whose polarization is linear at every point but every pair of diametrically opposite points are orthogonally polarized. We take profit of this polarization distribution to load and unload efficiently absorbing macroscopic particles by means of the photophoretic force.

When a circularly polarized focused Gaussian beam propagates through a biaxial crystal and parallel to one of the optic axes it is transformed into a pair of concentric bright rings split by a null intensity ring at the focal plane of the system, as long as , where and are the radius of the dark ring and the waist radius of the focused input beam respectively [1]. At this plane, all the points of the rings are linearly polarized with the azimuth of polarization rotating such that every two diametrically opposite points are orthogonally polarized. As a consequence, for a linearly polarized input beam it is found an azimuthal null-intensity point corresponding to the point on the ring with orthogonal polarization to the input beam’s one. The whole evolution of CR beam along the axial direction forms an optical bottle.

Here we present the trapping of absorbing macroscopic particles by using CR beams as photophoretic potentials [2,3]. The force of photophoresis works as follows: when an absorbing particle is illuminated, it heats and radiates energy to its surroundings. If the particle is inside a medium, the radiated heat increases the kinetic energy of the molecules of that medium, which exchanges linear momentum with the illuminated particle. As a consequence, the particle is launched away from illuminating source. However if the particle is illuminated symmetrically, it receives statistically the same amount of linear momentum in all directions and is confined in a region of space by the light field. In this communication, we generate a reconfigurable optical bottle by means of CR and demonstrate optical trapping of absorbing particles up to 100 µm by using the photophoretic force. Particles are allowed to enter into the bottle by using linearly polarized light, see Fig.1(a). Then we change the state of polarization of the input beam from linear to circular and confine the particle, as shown in Fig.1(b). Eventually, the bottle is opened at the bottom and gravity helps the particles to leave the trap, see Fig.1(c,d).

Figure 1.- (a)-(c) Sequence of the unloading of an absorbing glass shell of 40 µm of diameter trapped at the ring plane

of CR by means of the photophoretic force.

References [1] M.V. Berry and M. R. Jeffrey, “Conical diffraction: Hamilton's diabolical point at the heart of crystal optics,” Prog. Opt. 50 13 (2007). [2] A. S. Desyatnikov, V. G. Shvedov, A. V. Rode, W. Krolikowski, and Y. S. Kivshar, "Photophoretic manipulation of absorbing aerosol particles with vortex beams: theory versus experiment," Opt. Express 17, 8201 (2009). [3] A. Turpin, V. Shvedov, C. Hnatovsky, Yu. V. Loiko, J. Mompart, and W. Krolikowski, "Optical vault: A reconfigurable bottle beam based on conical refraction of light," Opt. Express 21, 26335 (2013).

Simposio de Ciencias de la

Imagen (orales)

Diseño de un oftalmoscopio de escaneado láser equipado con óptica

adaptativa para imagen de alta resolución de la retina humana

David Merino, Pablo Loza-Alvarez ICFO, Castelldefels, Barcelona

Resumen: En este trabajo se detallan los parámetros de diseño de nuestro oftalmoscopio de escaneado laser, equipado con óptica adaptativa. El sistema ha sido específicamente diseñado para realizar imágenes de alta resolución in vivo de la retina en humanos, y para ser utilizado en la clínica: no solo ha de estar lo más libre de aberraciones posible, sino que ha de ser transportable, compacto, y ser capaz de corregir las prescripciones de los sujetos y pacientes a estudiar.

El oftalmoscopio de escaneado laser (SLO por sus siglas en inglés) es una técnica de imagen de retina que se utiliza comúnmente en la clínica. Esta técnica está basada en una configuración confocal en la que un haz de luz se envía al ojo, que lo enfoca en la retina. La calidad de las imágenes que se pueden obtener con un SLO está fundamentalmente limitada por la calidad óptica de la córnea y el cristalino. Óptica adaptativa (AO por sus siglas en inglés) ha sido combinada con éxito con este tipo de equipos en el pasado, permitiendo la observación de conos y de bastones, en la retina humana in vivo, no solo de sujetos sanos, sino de pacientes [1].

Tradicionalmente, debido a las limitaciones en las características de los elementos activos (en general espejos deformables) la prescripción del usuario se corrige utilizando lentes de prueba, que pueden introducir reflexiones no deseadas e interferir así con las medidas del sensor de frente de onda del equipo. Estas reflexiones son la razón por la cual en los sistemas de AO-SLO se intenta evitar el uso de lentes, y se construyen con espejos esféricos. De esta manera se consigue evitar la aberración cromática además de estas reflexiones no deseadas, como las de las lentes. Los espejos esféricos en este tipo de sistemas introducen astigmatismo, que puede ser minimizado usando un diseño del camino óptico que no esté limitado a mantenerse en un plano [2].

Los modelos más recientes de espejos deformables que se pueden encontrar en el mercado no sólo permiten correcciones de unos 80µm, sino que además cuentan con un tamaño de pupila activa muy similar a la del ojo humano. Esto permite utilizar el propio espejo deformable para compensar la prescripción del sujeto, eliminando las lentes de prueba, y las reflexiones y aberraciones no deseadas que puedan introducir. También permite reducir el tamaño del diseño final del sistema.

De acuerdo con los puntos detallados anteriormente, hemos diseñado un sistema que cabe en una mesa óptica de 90x75cm, sensiblemente más pequeño que los que existen en la literatura con características similares. Con el sistema hemos conseguido obtener una aberración residual de unos 8nm, valor que está en concordancia con las especificaciones del espejo deformable.

El sistema va a ser utilizado para obtener imágenes tanto de sujetos sanos como de pacientes afectados por diferentes enfermedades degenerativas de la retina, con la intención de observar como se desarrollan estas enfermedades a nivel celular.

Figura 1.- Proyecciones del camino óptico de nuestro sistema AO-SLO en el plano de la mesa (izquierda) y en un plano

vertical (derecha). Referencias 1. D. Merino, J. L. Duncan, P. Tiruveedhula, and A. Roorda, "Observation of cone and rod photoreceptors in normal

subjects and patients using a new generation adaptive optics scanning laser ophthalmoscope," Biomedical Optics Express 2, 2189 (2011).

2. A. Gómez-Vieyra, A. Dubra, D. Malacara-Hernández, and D. R. Williams, "First-order design of off-axis reflective ophthalmic adaptive optics systems using afocal telescopes," Opt. Express 17, 18906 (2009).

Detección de anomalías en la pared aortica a través de análisis Hessiano de

imágenes de Tomografía de Coherencia Óptica

1Eusebio Real, 2José Fernando Val-Bernal, 3José M. Revuelta, 4Alejandro Pontón, 4Marta

Calvo Díez, 2Marta Mayorga, 1José M. López-Higuera, 1Olga M. Conde 1Grupo de Ingeniería Fotónica, Universidad de Cantabria, Santander, España

2IDIVAL y Departamento de Anatomía Patológica, HUMV y Universidad de Cantabria, Santander, España 3Departamento de Ciencias Médicas y Quirúrgicas, Universidad de Cantabria, Santander, España

4Servicio de Cirugía Cardiovascular, HUMV, Santander, España

Resumen: La degradación de la arteria aorta se debe a malformaciones estructurales del

tejido. Estas anomalías son visibles en forma de irregularidades y manchas cuando se

interroga el tejido con tomografía de coherencia óptica. La delimitación de estas

irregularidades es compleja debido a su carencia de forma determinada, ruido de medida y

falta de definición de las fronteras. La aplicación de la matriz Hessiana de la imagen permite

identificar y delimitar las anomalías de forma precisa.

El aneurisma de la arteria aorta se origina al degradarse la pared arterial debido a la pérdida de células musculares y fibras elásticas, produciendo huecos cuyo lugar es remplazado por mucopolisacáridos ácidos. Esto

implica una pérdida de elasticidad y resistencia. La severidad de esta malformación es proporcional a la cantidad

de tejido afectado, y por tanto al número de huecos o regiones producidos [1].

La técnica de tomografía óptica (OCT) permite ver el tejido en profundidad, con una penetración de unos 2

mm y resolución de 12 micras en profundidad. A través de un barrido de puntos se crea una imagen transversal

de la pared de la aorta, lo que permite ver parte de las deformaciones como alteraciones del nivel de intensidad

en la imagen. Estas imágenes presentan cierto ruido debido a que se trata de un medio turbio de difícil

penetración y por la naturaleza de las anomalías en la pared, sus límites son difusos y amorfos. Por tanto, para

cuantificar la degradación del vaso arterial es necesario cuantificar el nivel de degradación, por lo que es esencial

delimitar correctamente las anomalías presentes.

El análisis aquí propuesto se centra en la obtención de la matriz Hessiana de la imagen OCT, y el posterior determinante de esta matriz [2]. Este análisis consiste en la obtención para cada pixel de una matriz de derivadas

segundas parciales en el eje vertical y horizontal, a través de la convolución por las derivadas de una función

Gaussiana. A modo de filtrado, se obtiene para cada pixel de la imagen una ponderación con los pixeles

adyacentes, de acuerdo a ese núcleo Gaussiano. Aplicando diferentes tamaños del núcleo Gaussiano, se pueden

detectar diferentes tamaños de anomalías, y con ello ajustar la sensibilidad del método para diferentes tamaños

de anomalías así como evitar el ruido. Finalmente, se aplica el método de Otsu para detectar automáticamente

los bordes de cada anomalía [3]. Los resultados obtenidos delinean con precisión la extensión de la degradación,

lo que facilita el diagnóstico posterior.

Figura 1.- Izquierda: derivadas de la función Gaussiana. Derecha: resultado aplicado a una imagen de OCT en la aorta.

Referencias [1] E. Real, J.F Val-Bernal, J.M. Revuelta, A. Pontón, M. Calvo Díez, M. Mayorga, J.M. López-Higuera y O. M. Conde, “Identification of vessel wall degradation in ascending thoracic aortic aneurysms through OCT,” Biomed Opt Express 5(11) 4089 (2014) [2] A.F. Frangi, W.J. Niessen, R.M. Hoogeveen, T. Van Walsum y M.A. Viergever, “Model-based quantitation of 3-D magnetic resonance angiographic images,” IEEE Transac Medical Imaging 18(10), 946 (1999).

[3] N. Otsu, "A Threshold Selection Method from Gray-Level Histograms," IEEE Sys Man Cyb 9(1), 62 (1979)

Eye fundus digital image restoration by space-variant blind deconvolution

Andrés G. Marrugo1, María S. Millán2

1Dept. Ing. Mecánica y Mecatrónica, Universidad Tecnológica de Bolívar, Cartagena, Colombia

2Dept. de Óptica y Optometría, Universidad Politécnica de Cataluña, Terrassa, España

Resumen: In this work, we propose the use of multi-channel blind deconvolution with space-variant blur estimation for the restoration of retinal images from highly astigmatic eyes. We study the possibilities and limitations of the proposed method. The restoration method was tested on artificially and naturally degraded retinal images. The results show an important enhancement revealed by the increased visibility of small details like small blood vessels.

Retinal fundus imaging is an important tool for the diagnosis of many diseases such as diabetes, glaucoma, and cardiovascular conditions. Ophthalmology, in particular, can profit greatly from the analysis of digital images because they can aid in establishing an early diagnosis even before the first symptoms appear.!But many problems may arise along the imaging pipeline of fundus photography requiring a variety of image processing techniques, a field that is commonly referred to as retinal image analysis [1].!Digital retinal image analysis can be effective and cost-efficient for disease management, computer-aided diagnosis, screening and telemedicine and applicable to a variety of disorders [2].

Because the optics of the eye is part of the optical imaging system, the aberrations of the eye are a common source of image quality degradation that limit the achievable resolution and contrast of image details. Most commercial eye fundus cameras include a focusing system to compensate for spherical refractive errors, but not for astigmatism. Astigmatism contributes to a decline in image quality in the form of a space-variant degradation. In this work, we propose the use of multi-channel blind deconvolution [3] with space-variant blur estimation [4] for the restoration of retinal images from highly astigmatic eyes. We study the possibilities and limitations of the proposed method. The restoration method was tested on artificially and naturally degraded retinal images. The results show an important enhancement revealed by the increased visibility of small details like small blood vessels. In the current and future research, we consider other cases of ocular disorders prone to produce degraded retinal images that could benefit from this image analysis technique.

Referencias [1] A. G. Marrugo, “Retinal Image Analysis Oriented to the Clinical Task,” Electronic Letters on Computer Vision and Image Analysis 13(2), 54-55 (2014). [2]!A. G. Marrugo, M. S. Millán, G. Cristóbal, S. Gabarda, M. Sorel, F. Sroubek, “Toward computer-assisted diagnosis and telemedicine in ophthalmology,” SPIE Newsroom, doi: 10.1117/2.1201205.004256, 2012. [3] A. G. Marrugo, M. Sorel, F. Sroubek, and, “Retinal image restoration by means of blind deconvolution,” J. Bio. Opt. 16, p.116016 (2011) [4] A. G. Marrugo, M. S. Millán, M. Sorel, and F. Sroubek, “Restoration of retinal images with space-variant blur,” J. Bio. Opt. 19, p. 016023 (2014).

Película Holográfica Digital generada con un Interferómetro por Difracción de un Punto

Claudio Ramírez1, Claudio Iemmi2, Juan Campos1

1Universitat Autònoma de Barcelona, Departamento de Física, Bellaterra, Spain, 08193 2Universidad de Buenos Aires, FCEyN - CONICET, Departamento de Física, Buenos Aires, Argentina, 1428

Resumen: Describimos un método para obtener una película holográfica digital mediante un interferómetro de difracción de un punto. Implementamos la técnica interferométrica de desplazamiento de fase utilizando una placa de cristal líquido con alineamiento paralelo. La placa tiene un área micrométrica que no introduce desplazamiento de fase. Podemos reenfocar cada cuadro digitalmente y reconstruir diferentes planos de un objeto tridimensional. Cambiando de cuadro podemos reenfocar el objeto en un tiempo diferente y observar su movimiento.

Describimos un método para obtener una película holográfica digital por medio de un interferómetro por difracción de un punto (PDI). El PDI es un interferómetro de camino común (en línea), donde los frentes de onda del objeto y el de referencia viajan por el mismo camino óptico. Esto lo hace más compacto y menos sensible a vibraciones y flujos de aire. Además, tolera el uso de luz parcialmente coherente. El holograma se genera por la interferencia entre los frentes de onda objeto y de referencia y se registra con un sensor (CCD o CMOS). Debido a la configuración en línea del PDI, en la etapa de reconstrucción digital de un frente de onda, el término de DC, la imagen real enfocada y la imagen conjugada desenfocada se superponen. Implementamos la técnica interferométrica de desplazamiento de fase para evitar la superposición de imágenes en el PDI.

En el montaje experimental, una lente positiva L1 forma la imagen de la fuente de iluminación en el punto central de una placa de onda de cristal líquido con alineamiento paralelo (LCWP). La placa tiene un área central micrométrica inactiva que no introduce desplazamiento de fase cuando se le aplica voltaje [1,2]. De esta forma, obtenemos la transformada de Fourier de cualquier objeto puesto entre L1 y la LCWP en el plano donde está colocada la placa (plano de Fourier). Otra lente positiva L2 forma la imagen del diafragma D en la CCD. Este elemento es importante para determinar el valor medio (término DC) de la onda objeto. Después del plano de Fourier, el frente de onda del objeto interfiere con la onda esférica generada por el punto central de la LCWP. El polarizador lineal LP orientado paralelo al eje extraordinario de la LCWP provee una adecuada polarización de la luz para obtener modulación pura de fase. Para obtener la distribución compleja del frente onda objeto empleamos el algoritmo de desplazamiento de fase de cuatro pasos. Un convertidor analógico-digital (DAC) controla la amplitud de los voltajes necesarios para producir cuatro desplazamientos de fase de 0, π/2, π y 3π/2. Un segundo DAC sincroniza cada cuadro registrado por el sensor con un diferente interferograma. La CCD toma imágenes con una frecuencia de 40Hz, pero por cada cuadro del holograma se necesitan 4 imágenes para implementar el algoritmo de desplazamiento de fase de cuatro pasos (Fig. 1). Por lo tanto, el montaje óptico es capaz de operar a 10 cuadros por segundo. Cada cuadro del objeto puede ser reenfocado para reconstruir diferentes planos del objeto tridimensional. Cambiando el cuadro del objeto podemos reenfocar en un tiempo diferente [3].

Figura 1.- Dos conjuntos de interferogramas. El intervalo de tiempo entre dos interferogramas consecutivos es de 0.025s, y

entre las dos filas de 10s. Referencias [1] C. Ramírez, E. Otón, C. Iemmi, I. Moreno, N. Bennis, J. Otón, J. Campos, “Point diffraction interferometer with a liquid crystal monopixel,” Opt. Express 21, 8116-8125 (2013) [2] C. Ramírez, B. Karakus, A. Lizana, J. Campos, “Polarimetric method for Parallel Aligned LCDs characterization in presence of LC fluctuations,” Opt. Express 21, 3182-3192 (2013). [3] C. Ramírez, C. Iemmi, J. Campos, “Digital holographic movie by using a point diffraction interferometer,” Opt. Engineering 21, enviado (2015).

Medida directa de fuerzas en pinzas ópticas holográficas y muestras irregulares

Frederic Català1, Ferran Marsà2, Mario Montes-Usategui1,2,3, Arnau Farré2, Estela Martín-Badosa1,3

1Optical Trapping Lab – Grup de Biofotònica, Departament de Física Aplicada i Òptica, Universitat de Barcelona, Martí i Franquès 1, 08028 Barcelona

2Impetux Optics S.L., Trias i Giró 15 1-5, 08034 Barcelona3Institut de Nanociència i Nanotecnologia (IN2UB), Martí i Franquès 1, 08028 Barcelona

Resumen: La medida de fuerzas basada en la determinación directa del intercambio de momento lineal entre la luz y la partícula atrapada puede utilizarse en muestras irregulares y con haces exóticos, en concreto en sistemas de múltiples trampas holográficas, cilindros atrapados con más de una pinza y microesferas atrapadas con haces cogwheel.

La posibilidad de analizar cuantitativamente las fuerzas de atrapamiento en pinzas ópticas hace de ellas una herramienta de interés en múltiples campos de la física y la biología [1]. A diferencia de procedimientos indirectos, el método directo de medida de fuerza consiste en la determinación del intercambio de momento lineal entre los fotones del haz y la muestra atrapada [2]. Este principio permite la medida de fuerzas en situaciones en las que los procesos de calibración de las trampas son más complejos o inexistentes, facilitando su aplicación, por ejemplo, con muestras no esféricas y haces no gaussianos.

Es de especial interés la compatibilidad de este método de medida con las pinzas ópticas holográficas [3], con las que es posible la creación de múltiples trampas, así como la generación de haces exóticos [4]. Con la intención de investigar la combinación de ambas técnicas, hemos medido fuerzas de arrastre generadas por un flujo mediante un actuador piezo-eléctrico y comparado los resultados con las predicciones teóricas basadas en las fórmulas de Stokes. Primero, determinamos la fuerza total aplicada a un sistema de múltiples microesferas atrapadas en una matriz de trampas ópticas. En este sistema, consideramos que la fuerza ejercida es igual a la suma de fuerzas individuales. A continuación, atrapamos microcilindros con dos trampas y medimos los coeficientes de fricción transversales y longitudinales, que son finalmente comparados con su correspondiente modelo hidrodinámico. Finalmente, atrapamos microesferas en trampas cogwheel generadas holográficamente por superposición de dos haces Laguerre-Gauss de helicidad opuesta. En todos los experimentos, hemos usado el mismo sistema de medida, sin calibración previa alguna, demostrando así la robustez de la medida de fuerzas en base a la determinación directa del cambio de momento del haz.

Figura 2.- (a) Comparación de los resultados para esferas de 5µm atrapadas en trampas cogwheel con los valores teóricos esperados. Estos haces se obtienen de la superposición de dos haces doughnut con helicidad opuesta. (b) Medida de los coeficientes de fricción transversales y longitudinales para una serie de cilindros de longitudes distintas y, superpuesta, la

curva teórica calculada por la ecuación de Stokes correspondiente.

Referencias[1] A. Ashkin, “Acceleration and trapping of particles by radiation pressure,” Phys. Rev. Lett. 24(4), 156-159 (1970).[2] A. Farré y M. Montes-Usategui, “A force detection technique for single-beam optical traps based on direct measurement of light momentum changes,” Opt. Express 18(11), 11955-11968 (2010).[3] I. Verdeny et al, “Optical trapping: A review of essential concepts,” Opt. Pura Apl. 44(3), 527-551 (2011).[4] A. Jesacher et al, “Size selective trapping with optical “cogwheel” tweezers,” Opt. Express 12(17), 4129-4135 (2004).

Holografía digital con un fotodiodo

Lluís Martínez-León1, Yutaka Mori2, Pere Clemente1, Vicent Climent1,

Jesús Lancis1, Enrique Tajahuerce1 1GROC·UJI, Instituto de Nuevas Tecnologías de la Imagen, Universitat Jaume I, 12071 Castellón, España

2Graduate School of Systems Engineering, Wakayama University, 640-8510 Wakayama, Japón

Resumen: Presentamos un sistema de holografía digital cuyo sensor de luz es un simple fotodiodo. La clave del dispositivo consiste en el muestreo del campo complejo con patrones de fase estructurada y el empleo de técnicas de muestreo compresivo. El método combina las ventajas inherentes a las cámaras de un solo pixel, tales como la simplicidad del detector o la visión a través de medios turbios, con las de la proyección de patrones de fase.

Las técnicas de imagen con detectores de un único píxel proporcionan ciertas ventajas sobre las convencionales en condiciones de bajo nivel de luz, en aplicaciones de visión a través de medios turbios, o para formar imágenes en rangos espectrales donde es difícil emplear detectores con estructura espacial [1]. Dada la simplicidad del sensor, es posible diseñar sistemas sencillos que miden múltiples propiedades de la luz tales como la polarización o la fase. Además, son técnicas que están muy bien adaptadas para la aplicación de métodos de muestreo compresivo (compressive sensing), lo que permite reducir el tiempo de adquisición.

Recientemente hemos descrito una técnica holográfica capaz de reconstruir la amplitud y la fase de un patrón difractado mediante sensores de un único píxel y métodos de muestreo compresivo [2]. La técnica está basada en un interferómetro Mach-Zehnder. El plano del patrón difractado que se desea medir se muestrea con una secuencia de máscaras de amplitud utilizando un modulador espacial de luz. En nuestra aplicación estas máscaras son distribuciones binarias de amplitud correspondientes a patrones de Hadamard. Un fotodiodo mide la intensidad total resultado de la interferencia entre la luz muestreada por las máscaras y el haz de referencia. El patrón de difracción complejo se obtiene computacionalmente mediante algoritmos de muestro compresivo.

En esta comunicación presentamos un nuevo sistema holográfico más compacto, basado en un interferómetro de Michelson, en el que los patrones de Hadamard se codifican en fase y no en amplitud. De este modo el sistema proporciona resultados con mejor relación señal ruido [3]. Además, el mismo modulador espacial de luz que codifica los patrones de fase permite aplicar técnicas interferométricas de desplazamiento de fase (phase shifting). El muestreo con fase estructurada puede realizarse directamente sobre el haz de referencia, sin manipular el haz objeto, y determina la posición axial del patrón complejo que se desea medir. Mostramos resultados experimentales tales como la reconstrucción de un objeto de fase, obtenido con menos de un 20% del total de proyecciones de la base de Hadamard, o imágenes obtenidas a través de un medio difusor.

 

Píx

eles

Píxeles

Fase(rad)

Reconstrucción de un objeto de fase

 Figura 1.- Sistema óptico para adquirir hologramas digitales con un simple fotodiodo sin estructura espacial. El modulador

espacial de luz es de fase. La imagen muestra la reconstrucción de un objeto de fase codificado en el propio modulador. Referencias [1] M.F. Duarte, M.A. Davenport, D. Takhar, J.N. Laska, T. Sun, K.F. Kelly, y R.G. Baraniuk, “Single-pixel imaging via compressive sampling”, IEEE Signal Process. Mag. 25, 83 (2008). [2] P. Clemente, V. Durán, E. Tajahuerce, P. Andrés, V. Climent, y J. Lancis, “Compressive holography with a single-pixel detector”, Opt. Lett. 38, 2524 (2013). [3] C.M. Watts, D. Shrekenhamer, J. Montoya, G. Lipworth, J. Hunt, T. Sleasman, S. Krishna, D.R. Smith y W.J. Padilla, “Terahertz compressive imaging with metamaterial spatial light modulators”, Nature Photon. 8, 605 (2014).

Nuevas perspectivas en la medida de fuerzas ópticas

Estela Martín-Badosa

1Optical Trapping Lab – Grup de Biofotònica, Departament de Física Aplicada i Òptica, Universitat de Barcelona, Martí i Franquès 1, 08028 Barcelona (

1,2, Arnau Farré3, Josep Mas1, Frederic Català1, Ferran Marsà3, Jordi Sancho-Parramon4, Mario Montes-Usategui1,2,3

http://biopt.ub.edu) 2Institut de Nanociència i Nanotecnologia (IN2UB), Martí i Franquès 1, 08028 Barcelona

3Impetux Optics, S. L., Trias i Giró 15 1-5, 08034 Barcelona 4Ruđer Bošković Institute, Bijenička cesta 54, 10000 Zagreb, Croacia

Resumen: La evaluación del cambio de momento sufrido por la luz en experimentos de atrapamiento con pinzas ópticas permite medir fuerzas sin las restricciones de los métodos de medida tradicionales, en concreto sobre muestras no esféricas, en medios no homogéneos y con haces de luz no gaussianos. Destaca la medida de las fuerzas ejercidas por proteínas motoras en el interior celular.

La fuerza ejercida por una trampa óptica puede determinarse de manera directa y sencilla a partir del intercambio de momento entre el haz de atrapamiento y la partícula [1]. La constante de proporcionalidad α entre la lectura V en un sensor de posiciones y la fuerza F (F=αV) sólo depende de parámetros macroscópicos del sistema de medida (tamaño y eficiencia del detector, focal del sistema óptico). Esto permite superar las limitaciones de los métodos tradicionales, que determinan la fuerza indirectamente a través de una calibración previa que depende de las características de la muestra y que sólo es válida bajo restrictivas condiciones experimentales: muestras esféricas, medios homogéneos y viscosos y haces de atrapamiento gaussianos.

El trabajo reciente del grupo Optical Trapping Lab – Grup de Biofotònica de la Universitat de Barcelona se ha centrado en la medida de fuerzas ópticas en entornos y muestras complejos y con haces de luz exóticos generados mediante tecnología holográfica. Particularmente interesante y prometedora es la medida de las fuerzas ejercidas por proteínas motoras (kinesina, dineína) en el interior de células vivas, que hasta ahora sólo se había podido realizar in vitro o bien in vivo de manera ardua e inexacta [2], por ser el citoplasma celular un medio heterogéneo y viscoelástico.

Figura 1.- (a) La fuerza medida sobre una gran variedad de muestras y entornos (microesferas de diferente tamaño e índice

de refracción, vesículas en el interior celular, cilindros en dos trampas holográficas, haces exóticos), utilizando la misma constante universal α, se corresponde con la fuerza hidrodinámica aplicada. (b) Células A549 con direcciones de movimiento

de los motores moleculares kinesina y dineína e histograma de la fuerza máxima de la kinesina, con perfil de fuerza típico.

Referencias [1] A. Farré y M. Montes-Usategui, “A force detection technique for single-beam optical traps based on direct measurement of light momentum changes,” Opt. Express 18, 11955-11968 (2010). [2] Y. Jun, S. K. Tripathy, B. R. J. Narayanareddy, M. K. Mattson-Hoss, S. P. Gross, “Calibration of optical tweezers for in vivo force measurements: how do different approaches compare?,” Biophys. J. 107, 1474-1484 (2014).

0 2 4 6 8 10 12 140

2

4

6

8

10

12

14

16

drag force (pN)

mea

sure

d fo

rce

(pN

)

3µm polystrene microbead, Gaussian5µm polystrene microbead, cogwheel2µm silica microbead, Gaussian1µm lipid dropletsilica cylinder, held by two traps

OutwardInward

kinesin

dynein

+ end - end

A549

Nucleus (green)

Membrane (blue)

(a) (b)

Reduced photodamage in multiphoton imaging using pulse compression

Martin Skorsetz, Pablo Artal and Juan M. Bueno Laboratorio de Óptica, Universidad de Murcia, Campus Espinardo, 30100 Murcia, Spain

Abstract: When femtosecond (fs) laser pulses travel through the optics of a microscope, they are broadened in time. This reduces the performance of multiphoton microscopy (MPM) techniques. A customized MPM has been modified to include a variable 2 prism pulse compressor into the illumination path way. A precompensation operation allowed to reduce the temporal duration of the fs pulse and to reduce the laser power. This may help to improve the performance of ophthalmic-imaging multiphoton based devices.

Multiphoton microscopy is a powerful tool for imaging ocular tissues due to its inherent optical sectioning and deep penetration capabilities. The small focal volume provides three dimensional images with minimal photo damage to the tissue [1].

Femtosecond (fs) laser provide short pulses with high peak power, used for multiphoton processes. These fs pulses are broadening in time when traveling through the optics of the microscope and the sample. This reduces the peak power and consequently the nonlinear effects. Then, higher laser power is needed to improved nonlinear effectiveness. This increases the risk of non-controlled thermal side effects and photodamage that should be avoided especially when imaging biological samples.

Broadening effects can be reduced by pre-compensating the dispersion induced by the microscope optics and the sample. A pair of prisms can be used for this goal [2]. Pre-compensated beams can also use a lower average power to obtain the same image quality as uncompensated beams, resulting in less photo-bleaching.

Here we report on the use of a 2 prism pulse compressor in the illumination pathway of a custom multiphoton microscope [3]. The pulse width was broadened up to 400 fs at the entrance of the microscope. With the help of the pulse compressor this could be reduced to approximately 150 fs. Non-biological and biological thick samples providing both two-photon excitation fluorescence (TPEF) and second harmonic generation (SHG) signal were involved in the experiment. Special attention was paid to ocular tissue imaging. We found that a pre-compensated laser beam produces similar images as uncompensated laser beam but with less laser power that reduce photo damage (~45% reduction).

The combination of pulse compression and multiphoton microscopy has big potential for biomedical imaging and may further improve the performance of the ophthalmic-imaging oriented multiphoton microscopy.

Figura 1.- Laser power reduction in SHG images. Image C with pulse compression and lower laser power is similar to image A (without pulse compression). Image B shows the improvement of non-linear signal efficiency due to the pulse compression. Sample: non-stained ex-vivo rabbit cornea. Image sizes: 180x180 µm2. References [1] W. Denk, J. H. Strickler and W. W. Webb, “Two-photon laser scanning fluorescence microscopy,” Science 248, 73 (1990). [2] R. L. Fork,O. E. Martinez and J. P. Gordon, “Negative dispersion using pairs of prisms,” Opt. Lett. 9, 150 (1984). [3] J. M. Bueno, A. Giakoumaki, E. J. Gualda, F. Schaeffel, and P. Artal, “Analysis of the chicken retina with an adaptive optics multiphoton microscope,” Biomed. Opt. Express 2, 1637 (2011).

Dual collection mode optical microscope with single-pixel detection

A. D. Rodríguez1, M. Fernández-Alonso1, P. Clemente2, E. Tajahuerce1 and J. Lancis1 1Institut de Noves Tecnologies de la Imatge (INIT), Universitat Jaume I, Castelló, 12071, Spain

2Servei Central d’Instrumentació Científica (SCIC), Universitat Jaume I, Castelló, 12071, Spain

Abstract: We have developed a single-pixel optical microscope that provides both reflection

and transmission images of the sample under test by attaching a diamond pixel layout DMD to

a commercial inverted microscope. Besides, in contrast with a conventional system, in our

microscope both images belong, unequivocally, to the same plane of the sample. Furthermore,

we have designed an algorithm to modify the shape of the projected patterns to prevent artifacts

produced by the diamond pixel architecture.

In this work we have developed a system able to retrieve images of reflection and transmission modes focused

on the same plane of the sample. This can be advantageous in samples containing transparent and opaque regions.

Both modes benefit from the advantages present in single-pixel [1] as low-light sensitivity as well as

multidimensional capability through the use of specialized sensors [2]. Single-pixel can also be advantageous in

the presence of optical aberrations and optical imperfections in between the sample and the sensor [3]. In our case,

this is a clear advantage as the mode of transmission has to go through the entire sample before reaching the sensor.

Our system also benefits from the advantages of compressive sensing, reducing the measure time by 50% without

affecting resolution.

Diamond pixel layout DMDs have the advantage that the incident beam and the output beam are in a

horizontal plane, when the DMD is placed vertically. This allows getting a more precise alignment and permits to

configure a setup parallel to the table. Nevertheless, this pixel architecture does not use a conventional orthogonal

axis system. Therefore an inadequate codification results in a deformation of the image and other artifacts. In this

work we have designed an algorithm to modify the shape of the projected patterns that improves the resolution

and prevents the artifacts produced by the diamond pixel architecture.

(a)

Figure 1. (a) Experimental setup. (b-e) Experimental results of the USAF test (groups 6 and 7). Images of transmission (b)

and reflection (c) modes with 50% compression. Images of transmission (d) and reflection (e) modes with no compression.

With the aim of analyzing the optical resolution in both transmission and reflection modes, a negative USAF test

chart (USAF 1951 2x2) is employed as object. The experimental results are shown in Fig. 1. The images were

obtained as follows. The patterns of the basis (Hadamard patterns) were projected sequentially onto the object

plane by the microscope objective, while the intensity transmitted and reflected by the object for each patter were

capture simultaneously by two PMT.

References

[1] M. F. Duarte, M. a Davenport, D. Takhar, J. N. Laska, K. F. Kelly, R. G. Baraniuk, and J. Romberg, "Single-Pixel Imaging

via Compressive Sampling," IEEE Signal Process. Mag. 25, 14, (2008).

[2] F. Soldevila, E. Irles, V. Durán, P. Clemente, M. Fernández-Alonso, E. Tajahuerce, and J. Lancis, "Single-pixel

polarimetric imaging spectrometer by compressive sensing," Appl. Phys. B 113, 551 (2013).

[3] A. D. Rodríguez, P. Clemente, E. Irles, E. Tajahuerce, and J. Lancis, "Resolution analysis in computational imaging with

patterned illumination and bucket detection.," Opt. Lett. 39, 3888 (2014).

(b) (c)

(d) (e)

Medida y mapeado de vibraciones con cámaras fotográficas de bolsillo

D. Mas1, J. Espinosa1, J. Pérez1, B. Ferrer2 1Inst. Univ. Fisica Aplicada a las Ciencias y Tecnologías

2Depto. Ingeniería Civil Universidad de Alicante, Ap. Correos 99, 030380 Alicante

Resumen: El abaratamiento de los dispositivos basados en CCDs así como el aumento de sus prestaciones (velocidad de proceso y almacenamiento) ha posibilitado la aparición de cámaras de bolsillo capaces de grabar secuencias de vídeo en alta velocidad. A partir de estas secuencias y mediante un procesado sencillo de posible medir la frecuencia de vibración de diferentes objetos presentes en la secuencia e incluso elaborar un mapa de vibraciones.

La disponibilidad de cámaras de alta velocidad a bajo coste ha permitido su popularización en diferentes áreas científicas, sobre todo para estudios cualitativos de fenómenos dinámicos. Lamentablemente, muchos de estos dispositivos presentan una calidad de imagen limitada (baja resolución, degradación por algoritmos de compresión) lo que ha impedido su utilización en sistemas de medida cuantitativos.

La aplicación de técnicas sub-píxel en el procesado de imágenes de escenas adquiridas con estas cámaras permite su aprovechamiento para la detección de movimientos y vibraciones [1]. En general, estas técnicas se basan en el reconocimiento y seguimiento de objetos en una escena. Mediante interpolación de imagen o análisis de formas es posible obtener resoluciones por debajo del píxel, aunque a costa de introducir procedimientos de cálculo intensivos.

Nuestra propuesta consigue determinar el movimiento de un objeto sin necesidad de detección previa de forma o interpolación de imagen. Si consideramos una secuencia de imágenes binarias y admitimos condiciones ideales, en las que el objeto es indeformable y todo el entorno es estático, resulta evidente que el movimiento del objeto se detectará mediante cambios en los píxeles activados o desactivados. Si la escena proviene de una imagen real discretizada y binarizada, las características de la imagen binaria dependerán de la cantidad de luz difundida por el objeto. Un pequeño movimiento de menos de un píxel podría cambiar esta cantidad de luz produciendo cambios en la matriz binaria [2,3].

Nuestra propuesta consiste en seleccionar un entorno local y contabilizar los cambios de estado en los píxeles binarios. Si el movimiento que se produce es de carácter periódico aparecerá un patrón subyacente cuya frecuencia será detectable. Aunque en principio la propuesta produce resultados razonables, la elección del umbral de binarización es crítica ya que, en función de éste, la imagen resultante podría ser muy ruidosa o, al contrario, no detectar ningún movimiento.

Con el fin de minimizar estos efectos, la propuesta se ha implementado mediante umbralizaciones multinivel: entre los niveles máximo y mínimo de luminosidad se toman varios umbrales de binarización, de modo que se trabaja con varias secuencias binarias simultáneamente. Una vez se ha obtenido la variación temporal de píxeles binarios de cada nivel, se procede a la combinación de las señales obtenidas mediante una media ponderada por la inversa de la varianza de cada señal. De este modo, las secuencias con más relación señal-ruido pesarán menos en la señal compuesta final. La redundancia de información en las señales permite obtener picos más limpios, a la vez que diluye los efectos del ruido aleatorio.

Esta técnica se ha implementado en secuencias de video analizando diferentes entornos locales en una secuencia completa de modo simultáneo. Asimismo, se ha extendido de modo que se toda la imagen se ha dividido en un mosaico, permitiendo el análisis de toda la escena de modo simultáneo. Referencias [1] D. Mas, J. Espinosa, A.B. Roig, B. Ferrer, J. Pérez, C. Illueca “Measurement of wide frequency range structural microvibrations with a pocket digital camera and sub-pixel techniques” Appl. Opt. 51, 2664 (2012) [2] D. Mas, B. Ferrer, J. T. Sheridan, J. Espinosa “Resolution limits to object tracking with subpixel accuracy” Opt. Lett. 37 4877 (2012) [3] B. Ferrer, J. Espinosa, A. B. Roig, J. Pérez, D. Mas “Vibration frequency measurement using a local multithreshold technique” Opt. Express, 21, 26198 (2013)

Formación de imágenes mediante Placas Zonales de Thue-Morse

Vicente Ferrando1,2, Walter D. Furlan1 y Juan A. Monsoriu2

1Departamento de Óptica, Universitat de València, E-46100 Burjassot, Spain 2Centro de Tecnologías Físicas, Universitat Politècnica de València, E-46022 Valencia, Spain

Resumen: En este trabajo se presenta un nuevo tipo de placas zonales diseñadas utilizando la

secuencia de Thue-Morse. Estas lentes difractivas proporcionan un par de focos con gran

profundidad de foco gracias a los cuales pueden obtenerse imágenes con luz blanca, en dos

planos diferentes, con una baja aberración cromática. Se presentan resultados experimentales

que confirman las predicciones teóricas.

Una Placa Zonal de Fresnel (PZF) consiste en un conjunto de anillos alternos transparentes y opacos con una

distribución periódica en la coordenada radial elevada al cuadrado (el área de cada anillo constante en toda la

placa zonal). Una Placa Zonal de Thue-Morse (PZTM) se obtiene substituyendo la secuencia periódica por la

secuencia de Thue-Morse. Dicha secuencia binaria se obtiene partiendo del orden cero, S0=A, y reemplazando en

cada iteración el elemento A por el elemento AB y el B por BA [1], donde A y B serán las zonas transparentes y

opacas respectivamente en la PZTM resultante.

En la Fig. 1.a) se muestra la irradiancia axial producida por la PZTM de orden S7 y la generada por su PZF

equivalente, para diferentes longitudes de onda. Esta propiedad de focalización sugiere que, con luz blanca, sea

posible un aumento de la profundidad de foco y una reducción de la aberración cromática para cada foco. Para

analizar esta cualidad se evalúa el comportamiento de las PZs bajo iluminación policromática en términos de los

valores triestímulo [2]:

𝑋(𝑧) = ∫ 𝐼(𝑧; 𝜆) 𝑆(𝜆) 𝑥 𝜆2

𝜆1

𝑑𝜆 , 𝑌(𝑧) = ∫ 𝐼(𝑧; 𝜆) 𝑆(𝜆) 𝑦 𝜆2

𝜆1

𝑑𝜆 , 𝑍(𝑧) = ∫ 𝐼(𝑧; 𝜆) 𝑆(𝜆) 𝑧 𝜆2

𝜆1

𝑑𝜆 ,

donde 𝑆(𝜆) la distribución espectral de la fuente, (𝑥 , 𝑦 , 𝑧 ) las tres funciones cromáticas de la sensibilidad del

detector y (𝜆1, 𝜆2) el intervalo de longitudes de onda considerado. En la Fig. 1.b) se muestra la iluminancia axial

normalizada, 𝑌(𝑧) , para la PZTM de orden S7 y su PZF equivalente; considerando el iluminante C y las

funciones de sensibilidad del ojo humano (CIE 1931). En la Fig. 1.c) se muestran las coordenadas cromáticas

alrededor de los focos.

Para el estudio experimental de las propiedades de focalización de la PZTMs se han utilizado lentes construidas

por técnicas de fotolitografía. En la Fig. 1.d) se muestran las imágenes de un objeto test (TM7) en el infinito

formadas por una PZTM de orden S7 y su PZF bajo la iluminación de un LED blanco-frio en tres planos axiales

diferentes. Se puede observar claramente la menor aberración cromática de la PZTM frente a la PZF.

Figura 1- a) Irradiancia axial normalizada para diferentes longitudes de onda. b) Iluminancia axial normalizada. c)

Coordenadas cromáticas para los diferentes focos. d) Imágenes formadas a través de las diferentes PZs alrededor de cada uno

de sus focos.

Referencias

[1] E. Maciá, “The role of aperiodic order in science and technology,” Rep. Prog. Phys. 69, 397 (2006).

[2] M. J. Yzuel y J. Santamaria, “Polychromatic optical image. Diffraction limited system and influence of the longitudinal

chromatic aberration,” Opt. Acta 22, 673 (1975).

Compressive imaging in turbid media

E. Irles,1 V. Durán,2 F. Soldevila,1 P. Clemente,1 E. Tajahuerce,1 P. Andrés3 and J. Lancis1

1GROC·UJI, Institute of New Imaging Technologies, Universitat Jaume I, 12070 Castelló, Spain2Microtechnology and Nanoscience Department (MC2), Chalmers University of Technology, SE 41296,

Gothemburg, Sweden3Departamento de Óptica, Universitat de València, 46100 Burjassot, Spain

Abstract: We combine structured incoherent illumination and bucket detection for imaging anobject completely embedded in a scattering medium. A sequence of microstructured lightpatterns is launched onto the object, whose image is reconstructed through the lightfluctuations measured by a single-pixel detector. Compressive sensing can be used to speedup the acquisition process. We experimentally retrieve the image of a transilluminated targetsandwiched between two holographic diffusers or embedded in chicken breast tissue.

The most widespread principle for high-resolution imaging through inhomogeneous media is the isolationof photons that have not experienced scattering. This idea is at the heart of so diverse approaches such asscanning multiphoton microscopy or imaging techniques based on time-resolved, coherence-gated andpolarization-sensitive detection [1]. The penetration depth of these methods, irrespective of their operationprinciple, is limited by the fact that the intensity of the unscattered light decreases exponentially with distance.As a consequence, imaging inside a turbid medium begins to be difficult or unfeasible at penetration depthslarger than the transport mean free path, the mean distance that photons travel before they become diffusive.Imaging techniques that model the random propagation of diffusive photons, such as multispectral optoacoustictomography or hybrid fluorescence molecular tomography, can reach greater penetration depths (>1 cm intissue), but they only enable macroscopic imaging due to their relatively low resolution. Recently, it has beendemonstrated a non-invasive approach that uses diffusive photons while preserving optical resolution [2]. Thismethod is based on the angular correlation (“memory effect”) inherent to the speckle patterns generated byphoton scattering. However, current implementations are restricted to thin scattering media, since thememory-effect range is inversely proportional to the medium thickness.

In this contribution, we present a “scattering-free” wide-field imaging approach based on the concept ofsingle-pixel camera. It combines a variable structured illumination, coming from an incoherent light source, andnon-pixelated “bucket” photodetection. Our method relies on the ‘image-bearing’ light component that preservesthe illumination structure along the propagation path. The interaction between this component, which is maskedby a strong diffuse background, and an absorbing object embedded in the scattering medium produces afluctuating bucket signal. The object image is simply reconstructed from the correlations between the measuredlight fluctuations and the sequentially generated illumination patterns. In this way, a detailed characterization ofthe scattering parameters of the medium is not required.

Our technique uses non-diffuse photons at the illumination stage, but takes advantage of the total photonflux at the detection step. This feature distinguishes our single-pixel camera from time-gating or coherenceimaging techniques, where the useful signal is composed exclusively of “image-bearing” photons arriving at thedetector after passing through a scattering medium. Such an advance represents a significant step towards the useof single-pixel imaging in more realistic scenarios, especially in biophotonics applications.

Figure 1.- Imaging inside a biological tissue: experimental results. (a) Single-pixel reconstruction of a binary amplitudeobject. For this reconstruction, the object was immersed in air. (b) Photograph of one of the 3-mm thick samples of chicken

breast that were used in this experiment. (c) Image reconstruction when the object was embedded in chicken breast.

References[1] V. Tuchin, Tissue Optics Light Scattering Methods and Instruments for Medical Diagnostics, SPIE Press (2010).[2] J. Bertolotti et al., ”Non-invasive imaging through opaque scattering layers”, Nature 491, 232 (2012).

Zernike-like systems in polygons and polygonal facets

C. Ferreira1, J.L. López2, R. Navarro3, E. Pérez Sinusía1

1 Universidad de Zaragoza, Departamento de Matemática Aplicada & IUMA, Zaragoza, 50009, Spain 2 Universidad Pública de Navarra, Departamento de Ingeniería Matemática e Informática & INAMAT,

Pamplona, 31016, Spain 3 Consejo Superior de Investigaciones Científicas & Universidad de Zaragoza, ICMA, Zaragoza, 50009, Spain

Abstract: Zernike polynomials are commonly used to represent the wavefront phase on circular optical apertures, since they form a complete and orthonormal basis on the unit disk. We present a generalization that provides a unique solution, of the Zernike basis, for a variety of important optical apertures. The method is based on an appropriate diffeomorphism between the unit disk and the new optical aperture, paying special attention to the polygonal facets present in segmented mirror telescopes.

The circle is the most common optical aperture, but more complex geometries have gained interest such as segmented mirror telescopes (SMTs). An SMT is an array of smaller mirrors designed to act as facets of a single large mirror. The facets can have diverse shapes, from planar squares to curved asymmetric polygons.

In this work, we propose a mapping that transforms the unit circle into the desired geometry. We focus our attention in the geometries required for the SMTs: polygons and ensembles of polygonal facets.

Any planar optical aperture may be mathematically described as a set M in the plane piece-wise diffeomorphic to the unit disk D. With this idea, in [2] we proposed a mapping that transforms the unit circle into the desired geometry, and obtained a new Zernike-like basis in M.

We particularize this general formulation to polygonal domains, that is, the set M is a polygon of 3≥p

sides and radius 0R centered at the origin. . Then, we define the mapping ϕ that transforms the unit disk into the

polygon M as )))/(arctan()),/(arctan((),(),( uvvRuvuRvuyx aaϕ == , with .122 ≤+ vu In this formula, the

variable radius aR is given by

πφaaaφφφ

φa

φ aa

a 20,22

)(,))(cos(

cos)( 0 <≤

+

−≡≡ UU

RR .

From this, we have that the family

nnnnmnxyR

yxyR

xZyxK mn

mn ,,4,2,,2,1,0;

))/(arctan(,

))/(arctan(),( 22 +−+−−==

=

aa

is a complete orthonormal system in )(2 ML with respect to )))./(arctan(/( 2 xyRdxdyd J aπµ ≡ Then, any function

)(2 MLF ∈ can be written a.e. in the form ∑∑∞

= −=

≡0n

n

nm

mn

mn KcF .

Figure 1.- Level sets for the first few polygonal zernikes functions in an octagon Finally, we consider the set composed by the union of equal polygons of p sides and test the expansion obtained for a realistic simulation of a wavefront distorted by an atmospheric turbulence at the pupil plane of a very large ground based telescope. The results suggest that the accuracy of the estimations is reasonable. References [1] B. R. A. Nijboer, The diffraction theory of aberrations, Ph.D. thesis, University of Groningen, (1942). [2] R. Navarro, J.L. López, J. A. Díaz, E. Pérez Sinusía, “Generalization of Zernike polynomials for regular portions of circles and ellipses”, Optics Express, 22, n. 18, 21263-21279 (2014).

Fast high resolution single-pixel imaging

F. Soldevila, Eva Salvador-Balaguer, P. Clemente, E. Tajahuerce, and J. LancisGROC·UJI, Institute of New Imaging Technologies, Universitat Jaume I, 12070 Castelló, Spain

Abstract: During the past few years, the emergence of spatial light modulators operating attens of kHz has enabled new imaging modalities based on single-pixel photodetectors. Thenature of single-pixel imaging enforces a reciprocal relationship between frame rate andimage size. Here, we introduce an adaptive compressive technique based on wavelet trees tobetter suit the needs for real time operation.

In the latter years, single-pixel imaging has established as a powerful tool in life sciences. One of the maincharacteristics of the technique is that it uses very simple sensors (bucket detectors such as photodiodes) andmathematical algorithms to recover an image [1]. This reduction in complexity on the device causes an increaseof computational time to recover an image, compared to conventional techniques. In the visible region of thespectrum, where pixelated sensors have acquired very high performances with low costs, this may not seem likea good trade-off. Nevertheless, in conditions where light is scarce or scattered by biological mediums,single-pixel imaging is able to provide good quality images [2]. Furthermore, in other regions of the spectra,such as infrared and terahertz, where pixelated sensors do not have such good specifications, this technique canprovide huge benefits [3].

Single-pixel imaging needs to project the scene onto a basis of functions, whose size depends on the desiredresolution of the image. For low resolution images of 64 × 64 pixels, this requires 4096 projections. Even if fastspatial light modulators such as digital micromirror devices are used, this limits the speed of the acquisition time.In order to solve this problem, compressive sensing techniques propose a method to recover the images with anumber of measurements lower than the total number of pixels [4]. Despite lowering the total number ofprojections, the reconstruction algorithms require high computational times, which also limits the technique tolow resolution images if the user wants high speed acquisition and display (video rate). Here we propose a novelmethod that recovers pictures with a number of measurements lower than the number of pixels of the scene, withhigher quality than compressive sensing techniques and lower reconstruction times. Our method is based onsmart sampling of the scene with patterns of different resolutions and recovering the information by using fastwavelet transforms. Both numerical and experimental examples (Fig. 1), are shown with resolutions up to onemegapixel.

Figure 1.- Adaptive compressive imaging. (a) Single-pixel camera scheme. A series of patterns are projected onto the object.The reflected light is measured with a bucket detector. (b) 512 × 512 image acquired using only 42% of the total number of

measurements required by single-pixel conventional techniques.

References[1] M. F. Duarte, M. A. Davenport, D. Takhar, J. N. Laska, T. Sun, K. F. Kelly, and R. G. Baraniuk, “Single-pixel imaging viacompressive sampling,” IEEE Signal Process. Mag. 25(2), 83 (2008).[2] E. Tajahuerce, V. Durán, P. Clemente, E. Irles, F. Soldevila, P. Andrés, and J. Lancis, “Image transmission throughdynamic scattering media by single-pixel photodetection,” Opt. Express 22, 16945 (2014).[3] C. M. Watts, D. Shrekenhamer, J. Montoya, G. Lipworth, J. Hunt, T. Sleasman, S. Krishna, D. R. Smith, and W. J. Padilla,“Terahertz compressive imaging with metamaterial spatial light modulators,” Nat. Photonics 8, 605 (2014).[4] E. J. Candès and M. B. Wakin, “An introduction to compressive sampling,” IEEE Signal Process. Mag. 25(2), 21 (2008).

Orthogonal basis with a conicoid first mode for shape specification of optical surfaces

E. Pérez Sinusía1, C. Ferreira1, J.L. López2, R. Navarro3

1 Universidad de Zaragoza, Dpto. de Matemática Aplicada & IUMA, Zaragoza, 50009, Spain 2 Universidad Pública de Navarra, Dpto. de Ingeniería Matemática e Informática, Pamplona, 31016, Spain

3 Consejo Superior de Investigaciones Científicas & Universidad de Zaragoza, ICMA, Zaragoza, 50009, Spain

Abstract: A new system of orthogonal functions (or shape modes) is proposed to represent optical surfaces. The method is general so it can be applied to different initial shapes and different polynomials. Here we present results with conicoids as first mode. This type of basis is generalized to non-axially symmetric surfaces and applied to corneal topography.

It is essential to have robust and efficient methods of specifying the shape of aspherical or free-form optical surfaces. That shape specification should be physically meaningful and invariant for the different stages of design, fabrication and testing. Forbes [1] analyzed this issue, and proposed orthogonal basis for describing departures for spheres or conicoids in axially symmetric surfaces. Here we propose two possible improvements: 1. In the case of axial symmetry, the surface sag in cylindrical coordinates ),,( zr is )(rfz . A new system of orthogonal functions (or shape modes) is designed to represent optical surfaces. The method for finding the orthogonal basis )(rqn , so that )()( rqcrf nn , consists of specifying the first function of the orthogonal basis

0q and choosing a system of orthogonal polynomials )(xpn . Then, one finds the unique change of variables rx which guarantees the orthogonality of functions )(rqn

. The method is general so it can be applied to different initial shapes (spheres, conicoids, etc.) and different polynomials. Here we present results when the first mode is a conicoid and for the particular case of Legendre polynomials. The new basis is given by

,)/()( 222220 rLabssbrq ),1)22(

2

2(

2

222)( 222

22

2

22

222

rLa

La

rp

La

rLaCrq nnn

here the coordinate ]1,0[r is normalized to the semi-diameter of the surface L, )(xpn are Legendre

polynomials, 1nC for 1n and 2/)/(2 22220 LabssbC (see Fig.1). From this construction, the basis

functions are not only orthogonal between them, but also with the conicoid, thus avoiding cross-talk between the specification of the conicoid and of the departures from it.

Figure 1.- Basis functions for n =0,..,4 when the first mode is a sphere and pi are Legendre polynomials. 2. This type of basis is generalized to non-axially symmetric surfaces, which enables the potential application to more general free-form surfaces. We believe that this type of orthogonal systems can be useful in surface metrology, and in particular corneal topography [2]. In general, for non-symmetric surfaces, we apply the same method, but now to 2-dimensional (2D) systems, such as spherical harmonics ),( xpm

n which are normalized products of the associated Legendre polynomial with either )sin( m or )cos( m . References [1] G. W. Forbes, “Shape specification for axially symmetric optical surfaces”, Opt. Express 15, 5218‐5226(2007). [2] P. Rodríguez, R. Navarro, J. Rozema, “Eigencorneas: application of principal component analysis to corneal topography”, Ophthalm. & Physiol. Opt., 34, 667-677 (201

n=0,1,2,3,4

Sistema óptico basado en una pantalla LCOS para la generación arbitraria

de distribuciones espaciales de polarización

Angel Lizana1, Irene Estévez

1, Xuejie Zheng

1, Alba Peinado

1, Claudio Ramírez

1, J.L.

Martínez2, A. Márquez3,4, I. Moreno2 y Juan Campos1

1Departamento de Física, Universidad Autónoma de Barcelona, Bellaterra 08193, España

2Departamento de Ciencia de Materiales, Óptica y Tecnología Electrónica, Universidad Miguel Hernández de

Elche, 03202 Elche, España 3Depto. de Física, Ingeniería de Sistemas y Teoría de la Señal, Universidad de Alicante, 03080 Alicante, España

4I.U. Física Aplicada a las Ciencias y las Tecnologías, Univ. de Alicante, 03080 Alicante, España

Resumen: Presentamos un montaje experimental para la generación de distribuciones

espaciales de polarización. Mediante un sistema óptico se consigue reflejar un haz de luz

incidente sobre la mitad de una pantalla LCOS, y posteriormente, tras una rotación adecuada

del plano de polarización, sobre la mitad restante. De este modo se consigue la generación de

cualquier estado de polarización. Mediante un alineamiento preciso pixel a pixel, se consigue

implementar distribuciones espaciales de polarización, como radiales o acimutales.

Correo electrónico de contacto: angel.lizana@uab.es

Presentamos un montaje experimental capaz de generar distribuciones espaciales de polarización [1]. La

técnica está basada en un sistema óptico que permite que el haz incidente al sistema se refleje dos veces en una

pantalla LCOS con alineamiento paralelo. Primero, se ilumina la mitad de la pantalla LCOS con un haz de luz

polarizado lineal a 45 grados del eje extraordinario del modulador. En esta configuración podemos controlar el

retardo introducido entre las componentes del haz reflejado, modificando espacialmente la distribución de

polarización a la salida del mismo. A continuación, un sistema óptico basado en una combinación de prismas,

lentes y láminas retardadoras permite rotar adecuadamente la distribución de polarización generada, y

posteriormente redirigirla para iluminar la segunda mitad de la pantalla LCOS. Gracias a este doble paso

controlado, y a partir de una calibración precisa de la relación entre el voltaje enviado a cada mitad de la pantalla

LCOS y la modulación introducida en el haz de luz, podemos generar cualquier estado de polarización a la salida

del sistema óptico. Mediante un alineamiento pixel a pixel entre las dos mitades de la pantalla del modulador,

podemos generar cualquier distribución espacial de polarización, con una resolución espacial limitada por el

tamaño del píxel. Para generar de forma eficiente las distribuciones espaciales de polarización, es vital conseguir

un alineamiento pixel a pixel muy preciso. Por ello, se ha establecido un protocolo de alineamiento basado en la

generación de diferentes hologramas digitales (redes binarias, objetos geométricos, segmentos verticales-

horizontales, etc.). Finalmente, el sistema óptico se ha implementado experimentalmente, mostrando su

capacidad para generar distribuciones arbitrarias de polarización, como por ejemplo, distribuciones radiales (Fig.

1(a)), acimutales (Fig. 1(b)) o distribuciones cuadráticas (Fig. 1(c)). El sistema propuesto en este trabajo puede

ser de interés en múltiples aplicaciones, como por ejemplo, bajo focalización con lentes de gran apertura [2] o

debido a la relación de ciertos patrones de polarización con el momento orbital angular de la luz [3].

Figura 1.- Proyección sobre un analizador lineal de una distribución espacial de polarización generada con el sistema óptico

basado en una pantalla LCOS: (a) distribución radial; (b) distribución acimutal; (c) distribución cuadrática.

Referencias

[1] X. Zheng, A. Lizana, A. Peinado, C. Ramírez, J.L. Martínez, A. Márquez, I. Moreno and J. Campos, "Compact LCOS-SLM based polarization pattern beam generator", accepted in J. Lightwave Technol, (2015).

[2] S. Quabis, R. Dorn, M. Eberler, O. Glöckl, and G. Leuchs, “Focusing light into a tighter spot,” Opt. Commun.,

vol. 179, pp. 1–7, 2000.

[3] J.P. Torres, “Quantum engineering of light,” Opt. Pura Apl., vol. 44, pp. 309-314, 2011.

Retardadores lineales con retardo espectral programable basados en pantallas de cristal líquido

Pascuala García-Martínez1, Ignacio Moreno2, José V. Carrión3, José Luis Martínez2, María M.

Sánchez-López4 y Juan Campos5

1Departament d’Òptica, Universitat de València, 46100 Burjassot, Spain 2Dept. C. Materiales, Óptica y Tec. Electrónica, Univ. Miguel Hernández, 03202 Elche, Spain

3Département Micro Nano Sciences et Systèmes, Institute FEMTO-ST, 25030 Besançon, France 4Instituto de Bioingeniería, Universidad Miguel Hernández, 03202 Elche, Spain

5Dept. Física, Universidad Autónoma de Barcelona, 08029 Cerdanyola del Vallés, Spain

Los retardadores (desfasadores) lineales son elementos cruciales en cualquier sistema óptico que requiera un control del estado de polarización de la luz [1]. Típicamente se pueden clasificar en láminas de orden cero u de orden múltiple y ambas están diseñadas para operar en una longitud de onda específica. Las láminas de orden múltiple introducen un número elevado de múltiples ciclos 2 en el retardo entre la componente ordinaria y la extraordinaria del material anisótropo del que están fabricadas. Sin embargo, presentan una elevada dispersión ya que el retardo depende fuertemente de la longitud de onda. Las láminas de orden cero presentan una reducida dispersión y así son menos sensibles a cambios en la longitud de onda y en la temperatura. Sin embargo, en aplicaciones en las que se requiera un ancho rango espectral, siguen sin ser útiles. En respuesta a esta demanda, las láminas retardadoras acromáticas son una solución. Están fabricadas combinando dos materiales con dispersión espectral opuesta de forma que suelen dar el mismo retardo para dos longitudes de onda de diseño y así presentan poca dispersión un determinado intervalo de longitudes de onda. En este trabajo se presenta un sistema óptico basado en una pantalla de cristal líquido en silicio (LCoS) reflectivo que actúa como una lámina de onda con una función de retardo espectral programable [2]. Un haz láser supercontínuo ilumina una red de difracción que dispersa las diferentes componentes espectrales que iluminan a la pantalla de LCoS y programándola adecuadamente proporciona un retardo espectral a voluntad. Posteriormente el haz es recombinado y así todas las componentes espectrales se unen en el mismo orden de difracción. En la Figura 1 se muestra una de las múltiples aplicaciones generadas con nuestro sistema. En concreto mostramos un sistema retardador en el que una lámina de onda completa onda actúa entre 475nm y 600 nm, mientras que entre 600nm y 800 nm lo hace como lámina de media onda. La operación entre polarizadores paralelos y cruzados, orientados a 45º del eje director del cristal líquido, muestra este efecto.

. Figura 1.- Espectro programable diseñado para un retardador de onda completa desde 475-600nm y una retardador de media

onda entre 600-800nm.

Este comportamiento muestra cómo de forma abrupta en 600nm cambiamos el retardo introducido por la lámina retardadora programable. Nótese que este comportamiento es imposible de conseguir con láminas retardaroras disponibles en el mercado. Nuestro sistema óptico es capaz de actuar como un retardador en el que el retardo puede ser adaptado en tiempo real para cada longitud de onda. Aplicaciones como: imagen hiperespectral, polarimetría espectral, elipsometría, interferometría y colorimetría entre otras muchas que puedan beneficiarse del control total del retardo espectral. Agradecemos la financiación de los proyectos FIS2012-39158-C02-01 y 02. Referencias [1] E. Collet, Field Guide to Polarization (SPIE, 2005). [2] I. Moreno, J. V. Carrión, J. L. Martínez, P. García-Martínez, M. M. Sánchez-López and J. Campos, “Optical retarder system with programable spectral retardance,” Opt. Lett. 39, 5483-5486 (2014).

0.E+00

5.E+06

1.E+07

2.E+07

2.E+07

3.E+07

3.E+07

475 500 525 550 575 600 625 650 675 700 725 750 775 800

Longitud de onda (nm)

Paralelos

Cruzados

Intensidad

 Espectral(u.a.)

Métodos para la generación de estados de polarización con valores

controlados del grado de polarización

Angel Lizana1, Alba Peinado

1, Irene Estévez

1, Fabián A. Torres-Ruiz

2,3, Claudio Ramírez

1 y

Juan Campos1

1Departamento de Física, Universidad Autónoma de Barcelona, Bellaterra 08193, España

2Departamento de Ciencias Físicas, Universidad de La Frontera, Temuco, Casilla 54-D, Chile

3Center for Optics and Photonics, Universidad de Concepción, Casilla 4012, Concepción, Chile

Resumen: Presentamos dos montajes experimentales válidos para la generación arbitraria de

estados de polarización con control del grado de polarización. La arquitectura de ambos

montajes se basa en la combinación de dos módulos diferenciados: un sistema generador de

estados de polarización y un sistema para el control del grado de despolarización. Los

montajes propuestos se han implementado experimentalmente, probando su validez. Los

dispositivos ópticos propuestos pueden ser de interés en diferentes aplicaciones, como por

ejemplo, para el testeo de polarímetros.

Correo electrónico de contacto: angel.lizana@uab.es

Presentamos dos montajes experimentales para la generación arbitraria de estados de polarización con control

de su grado de polarización (DOP) asociado. El primer montaje se basa en el uso de una lámina de cristal líquido

ferroeléctrico (FLC), que presenta dos posiciones estables en la orientación de las moléculas de cristal líquido en

función del voltaje aplicado. Por ello, iluminando la lámina FLC con un estado de polarización lineal, en función

del voltaje aplicado se pueden generar secuencialmente a la salida dos estados linealmente polarizados

ortogonales entre sí. Con un control preciso de los tiempos de integración correspondientes a cada uno de los dos

estados, que se suman incoherentemente en el detector, el grado de polarización queda totalmente determinado.

En el segundo montaje se utilizan varios cubos polarizantes divisores de haz, que definen dos brazos ópticos. En

cada brazo se genera un estado de polarización lineal, siendo estos ortogonales entre sí. Iluminando la entrada de

este sistema con un estado de polarización lineal con la orientación apropiada, las intensidades de los dos brazos

pueden controlarse. Posteriormente los dos haces son recombinados de forma incoherente, gracias a que la

diferencia de camino recorrido por los dos haces es mayor que la longitud de coherencia de la fuente utilizada.

Así pues, se controla el grado de polarización mediante promedios de estos dos estados ortogonales que se

suman incoherentemente en un detector, y cuya intensidad relativa puede ser controlada. El rango de valores

experimentales obtenidos para el DOP se muestra en la Fig. 1, tanto para el primer montaje propuesto (Fig. 1(a))

como para el segundo (Fig. 1(b)). Mientras el método temporal proporciona un rango de (1-0.14), el método

basado en la arquitectura de dos brazos alcanza un mínimo de 0.003. En ambos casos, mediante un conjunto de

láminas retardadoras a la salida, es posible generar el estado de polarización deseado. Los montajes propuestos

pueden ser útiles para el testeo de polarímetros, en óptica cuántica [1], en metrología de speckle [2], entre otros.

Figura 1.- DOP experimental (puntos) y teórico (líneas) en función: (a) del tiempo t1 de uno de los estados linealmente

polarizados en un período T; (b) de la orientación del estado de polarización lineal incidente al sistema.

Referencias

[1] A.G. White, D.F.V. James, P.H. Eberhard and P.G. Kwiat, “Non-maximally entangled states: production, characterization

and utilization”, Phys. Rev. Lett. 83, 3103-3107 (1999).

[2] P. Réfrégier, M. Zerrad and C. Amra, “Coherence and polarization properties in speckle of totally depolarized light

scattered by totally depolarizing media”, Opt. Lett. 37 (11), 2055-7 (2012).

Efecto de un polarizador sobre campos altamente enfocados

Rosario Martínez-Herrero(1)

, David Maluenda(2)

, Artur Carnicer(2)

e Ignasi Juvells(2)

(1)

Departamento de Óptica, Facultad de Ciencias Físicas, Universidad Complutense de Madrid,

Ciudad Universitaria s/n, 28040 Madrid (2)

Universitat de Barcelona (UB), Departament de Física Aplicada i Òptica, Facultat de Física,

Martí i Franquès 1, 08028 Barcelona

Resumen: En este trabajo se analiza el efecto de un polarizador ideal sobre un haz de luz

altamente enfocado. El estudio se realiza utilizando el formalismo del espectro angular de

ondas planas. Además de la expresión exacta se introducen ecuaciones aproximadas. Los

resultados se aplican a campos con diferentes estados de polarización y a sistemas ópticos con

distintas aperturas numéricas.

Habitualmente los polarizadores ideales se describen mediante una matriz Jones 2x2. Esta descripción es válida

en el dominio paraxial donde se supone despreciable la componente del campo en la dirección de propagación.

En los últimos años los campos altamente enfocados son objeto de gran interés por su amplio abanico de

aplicaciones [1]. Sin embargo, para este tipo de campos la componente sobre en la dirección del eje es

importante, y por tanto se hace necesaria una descripción mas rigurosa de la forma de actuación de un

polarizador. En este trabajo abordamos el problema expresando el campo altamente enfocado en términos de la

integral de Richards-Wolf [2] y describiendo el efecto de un polarizador sobre una onda plana cuya dirección de

propagación no es perpendicular al plano del polarizador [3]. Los resultados obtenidos se aplican a campos con

diferentes estados de polarización y a sistemas ópticos con distintas aperturas numéricas. También se proponen

aproximaciones que permiten, en su rango de validez, obtener expresiones mas sencillas.

Referencias

[1] L. Novotny, and B. Hecht. Principles of nano-optics. Cambridge University Press, New York (2012).

[2] B. Richards, and E. Wolf. “Electromagnetic diffraction in optical systems. II. Structure of the image field in an aplanatic

system,” Proc. R. Soc. London, Ser. A (253) 358-379 (1959).

[3] A. Aiello, C. Marquardt, and G. Leuchs, "Nonparaxial polarizers," Opt. Lett. 34, 3160-3162 (2009).

Caracterización de una pantalla LCoS con polarimetría de Stokes promedio y aplicación a la simulación de elementos de fase

Francisco J. Martínez,1,2 Andrés Márquez,1,2, * Sergi Gallego,1,2 Manuel Ortuño,1,2 Jorge

Francés,1,2 Inmaculada Pascual,2,3 and Augusto Beléndez,1,2 1Dept. de Física, Ingeniería de Sistemas y Teoría de la Señal, Univ. de Alicante, 03080 Alicante, España

2I.U. Física Aplicada a las Ciencias y las Tecnologías, Univ. de Alicante, 03080 Alicante, España

3Dept. de Óptica, Farmacología y Anatomía, Univ. de Alicante, 03080 Alicante, Spain

Resumen: Recientemente demostramos una técnica de caracterización, la polarimetría de Stokes promedio, que permite obtener tanto el retardo en función del voltaje como la amplitud del flicker que presentan muchas pantallas de cristal líquido sobre silicio de alineación paralela (PA-LCoS). En este trabajo mostramos que conociendo ambas magnitudes podemos simular y diseñar elementos ópticos de fase multinivel para ser enviados a la pantalla PA-LCoS, con una muy buena capacidad predictiva. Correo electrónico de contacto: andres.marquez@ua.es

Las pantallas de cristal líquido sobre silicio de alineación paralela (PA-LCoS) permiten modulación pura de

fase del frente de onda. Recientemente demostramos una técnica de caracterización, la polarimetría de Stokes promedio [1], que permite obtener tanto el retardo en función del voltaje como la amplitud del flicker que presentan muchas de estas pantallas. Conociendo ambas magnitudes demostramos que podemos simular y diseñar los elementos ópticos de fase multinivel, tales como redes blazed [2], a enviar al PA-LCoS con una buena capacidad predictiva. Se analiza tanto el comportamiento promedio como el nivel de estabilidad temporal.

En la Fig. 1(a) mostramos los resultados de la calibración del retardo promedio y la amplitud del flicker para una pantalla PA-LCoS de direccionamiento digital, ampliamente usadas en multitud de aplicaciones que implican la modulación espacial de amplitud, fase y/o estado de polarización de frentes de onda. Diversos parámetros de la señal eléctrica enviada a la pantalla son configurables, tales como el formato de la secuencia digital o la amplitud de los pulsos. De este modo, vemos los resultados para dos configuraciones eléctricas diferentes, ambas con un rango dinámico de retardo de unos 360º, apropiado para modulación de sólo fase, y mostrando una de ellas un grado menor de flicker (configuración etiquetada “5-5 633 2pi linear”).

En la Fig. 1(b) mostramos los resultados obtenidos de eficiencia de difracción producida por una serie de redes blazed puras de fase, con diferente número de niveles (eje de abscisas) y profundidad de fase de 360º, diseñadas usando la calibración del retardo frente a voltaje (nivel de gris) de la Fig. 1(a). A medida que aumenta el número de niveles la eficiencia de difracción se acerca al 100%. La configuración “5-5 633 2pi linear”, de menor flicker, proporciona valores mayores respecto a la otra configuración y muy cercanos al valor ideal (sin flicker). El acuerdo entre valores simulados y experimentales es muy bueno, lo cual indica la capacidad predictiva de la calibración. En otros experimentos hemos comprobado cómo a pesar del flicker la estabilidad temporal de la señal de difracción mejora a medida que el número de niveles de fase del elemento aumenta [2].

(a) (b) Figura 1.- (a) Retardo promedio y flicker para =633nm y configuraciones “18-6 633 2pi linear” (guiones) y “5-5 633 2pi

linear” (continua); (b) Resultados experimentales y simulados para redes blazed con diferentes niveles de cuantización.

Referencias [1]F.J.Martínez,A.Márquez,S.Gallego,J.Francés,I.PascualandA.Beléndez,“Retardanceandflickermodelingandcharacterizationofelectro‐opticlinearretardersbyaveragedStokespolarimetry,”Opt.Lett.34,1011‐1014(2014).[2]F.J.Martínez,A.Márquez,S.Gallego,M.Ortuño,J.Francés,I.Pascual,A.Beléndez,“PredictivecapabilityofaverageStokespolarimetryforsimulationofphasemultilevelelementsontoLCoSdevices,”Appl.Opt.54,1379‐1386(2015).

Financiado por Min.Trab.Comp. (FIS2011-29803-C02-01 y FIS2011-29803-C02-02), Gen. Valenciana (PROMETEO/2011/021, ISIC/2012/013 y GV/2014/076), y Universidad de Alicante (GRE12-14).

0

10

20

30

40

50

60

0

60

120

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240

300

360

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0 50 100 150 200 250

Flu

ctuatio

n am

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de (º)

Ave

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tard

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(º)

Gray level

Polarímetro de Stokes instantáneo basado en la refracción cónica

Alba Peinado, Angel Lizana, Alex TurpinDepartamento de Física, Universidad Autónoma de Barcelona, Bellaterra 08193, España

Resumen: Se presenta el diseño de un polarímetro de Stokes completo basado en el fenómeno de la refracción cónica. Como consecuencia de sestáticos, el instrumento permite obtener medidas instantáneas de polarización con una alta redundancia de datos. Tras obtener unapolarímetro se ha implementado experimentalmente. Medidas experimentales confirman su capacidad para realizar medidas polarimétricas de haces de luz puntuales.

Los polarímetros de Stokes son instrumentos básicos para información polarimétrica es importante en numerosas aplicaciones, comomejora del contraste de imagen en tejidos cancerígenosen astronomía para la medida del campo magnético de estrellas o la materiales, para la obtención de las propiedades dieléctricas de materiales así como de grosor de una muestra [3].

Por otro lado, el fenómeno de la refracción cónica (RC) eje óptico de un cristal biáxico, en dos anillos concéntricos de luz.del haz de luz incidente y la distribución de intensidintensidad se puede modelizar como el resultado de proyectar polarización lineal cuya orientación varía linealmente de 0 a

Este trabajo presenta el diseño de un polarímetro de Stokes permite obtener medidas de polarización instantáneasanillos de la RC. El diseño incluye biáxico, y por lo tanto proyecta el haz incidente contiene una lámina retardadora y un cristal biáxico, y de polarización elípticos. La combinación de los datos obtenidos en ambos brazos permite determinar todos los parámetros del estado de polarización. Una interesante ventaja de este polarímetro existentes es la posibilidad de aumentar la redundancia de datos sin aumentar el tiempo de medida de la polarización.

Para la mejora del polarímetro, spresente en el segundo brazo. A continuación, se ha implementado el montaje del instrumento (ver Figura 1). Se han realizado medidas de diferentes estados de polarizaciónparcialmente despolarizada. Los resultados experimentalesbasados en la RC.

Figura 1.- Montaje experimental del polarímetro basado en la refracción cónica. Beam-Splitter, L: Lens, QWP: Quarter Wave

Referencias [1] M. Anastasiadou, et al., "Polarimetric imaging for the diagnosis of cervical cancer," [2] D. Gisler, et al., "CHEOPS/ZIMPOL: a VLT instrument study for the polarimetric search of scattered light from extrasolar planets," in Proc. SPIE 5492, 463[3] R. Chipman and A. Peinado, "The Mystery of the Birefringent Butterfly," [4] M. V. Berry, M. R. Jeffrey, and J. G. Lunney, "Conical diffraction: observations and theory," Eng. Sci. 462, 1629 (2006).

Polarímetro de Stokes instantáneo basado en la refracción cónica

, Angel Lizana, Alex Turpin, Jordi Mompart y Juan CamposDepartamento de Física, Universidad Autónoma de Barcelona, Bellaterra 08193, España

Se presenta el diseño de un polarímetro de Stokes completo basado en el fenómeno

Como consecuencia de su diseño óptico, basado en elementos estáticos, el instrumento permite obtener medidas instantáneas de polarización con una alta

Tras obtener una configuración optimizada mediante simulaciónpolarímetro se ha implementado experimentalmente. Medidas experimentales confirman su capacidad para realizar medidas polarimétricas de haces de luz puntuales.

son instrumentos básicos para la medida de la polarizaciónación polarimétrica es importante en numerosas aplicaciones, como por ejemplo en biomedicina

tejidos cancerígenos, en particular para el diagnóstico de cáncer de cérvixmedida del campo magnético de estrellas o la detección de exoplanetas

, para la obtención de las propiedades dieléctricas de materiales así como para la obtención del mapa

eno de la refracción cónica (RC) [4] transforma un haz de luz incidente paralen dos anillos concéntricos de luz. Existe un vínculo directo entre la polarización

del haz de luz incidente y la distribución de intensidad de los anillos de la RC. En concreto, el patrón de como el resultado de proyectar un haz incidente sobre un conjunto de estados de

cuya orientación varía linealmente de 0 a π a lo largo del círculo complEste trabajo presenta el diseño de un polarímetro de Stokes basado en elementos ópticos

permite obtener medidas de polarización instantáneas a partir del análisis de la distribución de intensidad de los dos brazos analizadores de polarización. El primer brazo contiene un cristal el haz incidente sobre estados de polarización lineal

contiene una lámina retardadora y un cristal biáxico, y de este modo, el haz incidente se proyecta sobre estados La combinación de los datos obtenidos en ambos brazos permite determinar todos los

parámetros del estado de polarización. Una interesante ventaja de este polarímetro respecto oes la posibilidad de aumentar la redundancia de datos sin aumentar el tiempo de medida de la

polarímetro, se ha optimizado el retardo y la orientación de la lámina retardadora ndo brazo. A continuación, se ha implementado el montaje del instrumento (ver Figura 1). Se

han realizado medidas de diferentes estados de polarización incidentes, incluyendo luz polarizada así como parcialmente despolarizada. Los resultados experimentales muestran el gran potencial de los polarímetros

Montaje experimental del polarímetro basado en la refracción cónica. PSG: Polarization State Generator, B

Splitter, L: Lens, QWP: Quarter Wave-Plate, BC: Biaxial Crystal, CCD: Camera CCD.

, "Polarimetric imaging for the diagnosis of cervical cancer," Phys. status solidiD. Gisler, et al., "CHEOPS/ZIMPOL: a VLT instrument study for the polarimetric search of scattered light from

, 463 (2004). R. Chipman and A. Peinado, "The Mystery of the Birefringent Butterfly," Opt. Photonics News 24

[4] M. V. Berry, M. R. Jeffrey, and J. G. Lunney, "Conical diffraction: observations and theory," Proc. R. Soc.

Polarímetro de Stokes instantáneo basado en la refracción cónica

, Jordi Mompart y Juan Campos Departamento de Física, Universidad Autónoma de Barcelona, Bellaterra 08193, España

Se presenta el diseño de un polarímetro de Stokes completo basado en el fenómeno u diseño óptico, basado en elementos

estáticos, el instrumento permite obtener medidas instantáneas de polarización con una alta mediante simulación, el

polarímetro se ha implementado experimentalmente. Medidas experimentales confirman su

de la polarización de la luz. La en biomedicina, para la

diagnóstico de cáncer de cérvix [1], planetas [2] o en ciencia de para la obtención del mapa

transforma un haz de luz incidente paralelo al Existe un vínculo directo entre la polarización

En concreto, el patrón de sobre un conjunto de estados de

írculo completo. basado en elementos ópticos estáticos, que

a partir del análisis de la distribución de intensidad de los dos brazos analizadores de polarización. El primer brazo contiene un cristal

sobre estados de polarización lineales. El segundo brazo se proyecta sobre estados

La combinación de los datos obtenidos en ambos brazos permite determinar todos los respecto otras configuraciones

es la posibilidad de aumentar la redundancia de datos sin aumentar el tiempo de medida de la

orientación de la lámina retardadora ndo brazo. A continuación, se ha implementado el montaje del instrumento (ver Figura 1). Se

, incluyendo luz polarizada así como muestran el gran potencial de los polarímetros

PSG: Polarization State Generator, B-S: Plate, BC: Biaxial Crystal, CCD: Camera CCD.

Phys. status solidi 5, 1423 (2008). D. Gisler, et al., "CHEOPS/ZIMPOL: a VLT instrument study for the polarimetric search of scattered light from

24, 52 (2013). Proc. R. Soc. A Math. Phys.

Simposio de Ciencias de la

Imagen (póster)

Simplificación en la toma de datos para imágenes hiperespectrales en teledetección

Fernando Ayalaa, José Federico Echávarria, Ángel Ignacio Negueruelab

a Departamento de Química, Universidad de La Rioja (UR), c/ Madre de Dios 51, 26006 Logroño, La Rioja. bDepartamento de Física Aplicada (Facultad de Ciencias). Universidad de Zaragoza

Resumen: La cantidad de datos que se adquieren en la toma de imágenes hiperespectrales en teledetección, es muy elevada. Debido a ello, el almacenamiento y el ancho de banda de transmisión deben ser muy grandes o, bien, deben comprimirse los datos. En este trabajo proponemos un método para rebajar esa adquisición de datos a un número mucho menor, sin una pérdida significativa de información, evitando tanto la compactación como las grandes capacidades y anchos de banda.

La gran resolución espectral de los datos hiperespectrales obtenidos en teledetección [1] ofrece la posibilidad de crear herramientas con un gran potencial en la identificación de materiales [2] pero también conlleva el problema de adquisición y almacenamiento de grandes cantidades de datos. Estos datos deben ser almacenados a bordo y/o enviados a tierra para ser procesados, lo que obliga a tener gran capacidad de almacenamiento y grandes anchos de banda para su transmisión. En la bibliografía se han tratado diversos aspectos del problema como la reducción de la dimensión [3] y la compresión de imágenes [4]. En general, estos métodos se aplican en la aeronave a los datos adquiridos y, una vez enviados a tierra, se procesan para obtener de nuevo los datos originales con una, grande o pequeña pero inevitable, pérdida de datos.

Hemos aplicado el Análisis de Componentes Principales a la base de 1500 espectros de Aster Spectral Library, versión 2.0, del Jet Propulsion Laboratory, reducidos a 185 canales de reflectancia (400 – 2149 nm) y obtenido una nueva base de 32 componentes principales que permite reconstruir cada espectro original a partir de las medidas de reflectancia en sólo 32 longitudes de onda. Como validación externa del método, hemos aplicado las expresiones obtenidas para reconstruir los espectros del bien conocido “AVIRIS Cuprite data set”.

Todos los espectros han sido adquiridos por la máquina AVIRIS en tres partes de 29, 64 y 92 medidas. Después de realizar los cálculos necesarios para optimizar las reconstrucciones, se han obtenido los 185 valores de los espectros a partir de las medidas en 32 longitudes de onda seleccionadas: seis para la parte 1, nueve para la parte 2 y diecisiete para la parte 3. Para comprobar la bondad de esta reconstrucción, se han obtenido los valores del índice RMSE entre los espectros originales y reconstruidos logrando buenos resultados, como puede apreciarse en la Figura1.

Con el método que presentamos, es suficiente adquirir un número reducido de los datos que, posteriormente, pueden expandirse para obtener el espectro completo. La aplicación del método permitiría rebajar el volumen de almacenamiento y aumentar la velocidad de transmisión de los datos.

Figura 1.- (a) Imagen utilizada en el estudio. (b) Mapa de valores RMSE entre los espectros originales y reconstruidos.

Referencias [1] J. Chanussot, M. M. Crawford, and B.-C. Kuo. “Foreword to the special issue on hyperspectral image and signal processing”. IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., 48(11): 3871, (2010). [2] A. Plaza, Q. Du, J. Bioucas-Dias, X. Jia, and F. Kruse. “Foreword to the special issue on spectral unmixing of remotely sensed data”. IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., 49(11): 4103, (2011). [3] James E. Fowler. “Compressive-Projection Principal Component Analysis”. IEEE Transactions on Image Processing, 18(10): 2230, (2009). [4] Q. Du and J. E. Fowler, “Low-complexity principal component analysis for hyperspectral image compression,” International Journal of High Performance Computing Applications 22, 273, (2009).

Registro de redes diente de sierra en fotopolímeros: efecto del sellante

Roberto Fernández, Sergi Gallego, Andrés Márquez, Jorge Francés, Inmaculada Pascual,

Augusto Beléndez

Instituto Universitario de Física Aplicada a las Ciencias y las Tecnologías, Universidad de Alicante. Apartado 99, 03080 Alicante, Spain

Resumen: Los fotopolímeros son unos materiales fotosensibles interesantes para el registro de elementos ópticos difractivos. No obstante el registro de perfiles de fase abruptos, como las redes de diente de sierra, presenta problemas por los rápidos cambios que tienen lugar en la superficie de estos materiales. En este trabajo se propone la utilización de sellantes con un índice de refracción promedio del fotopolímero para mejorar el registro de elementos difractivos abruptos.

Los fotopolímeros son unos materiales de registro de fase clásicamente utilizados en holografía debido a sus buenas propiedades ópticas, como son su bajo scattering, alta modulación del índice de refracción y el amplio rango de frecuencias espaciales para las que pueden ser utilizados [1].

Para evitar los efectos cambios observados en la superficie del material se ha propuesto utilizar líquidos cuyo índice de refracción sea muy similar al de la película de fotopolímero. Con estos experimentos se ha demostrado que la difusión del monómero es 100 veces menor que lo estimado en los primeros trabajos y por ello se es posible almacenar perfiles abruptos de frecuencias espaciales bajas, procediendo posteriormente a una cura del material antes de que la difusión tenga lugar. En el trabajo presentado se utiliza un modulador espacial LCoS para modular en amplitud un haz verde, 532nm, a la que es sensible el material y proyectarlo sobre el fotopolímero. La composición del material utilizado es la misma que la empleada en la referencia [2] y para recubrir el material se utiliza un portaobjetos de microscopio junto a una parafina con un índice de refracción 1.477, ya que el índice de refracción de dicho fotopolímero antes de ser expuesto es de 1.478. Se ha comprobado recientemente que se puede alcanzar una profundidad de fase de 2π, por lo que si el perfil de la red fuera ideal se podría tener toda la energía del haz incidente en el orden 1 llegando a un rendimiento del 100%.

En la figura 1, donde se muestran los resultados obtenidos introduciendo el recubrimiento y el sellante, se eliminan los efectos del cambio de espesor, se observa cómo se llegan a RD el elevados del orden 1, un 70%, frente al 30% del material sin sellante, dichos resultados también muestran que posiblemente con profundidades de fase mayores estos resultados se podrían mejorar.

0

20

40

60

80

100

0 100 200 300 400 500

RD

(%)

Tiempo (s)

Orden 0

Orden 1

Figura 1.- Rendimiento en difracción de los órdenes 0 y 1 para una red de fase diente de sierra con parafina como sellante.

Referencias

[1] M. S. Weiser, F. K. Bruder, T. Fäcke, D. Hönel, D. Jurbergs and T. Rölle, Self-processing, diffusion-based photopolymers for holographic applications. Macromolecular Symposia,” 296: 133–137 (2010).

[2] S. Gallego, A. Márquez, M. Ortuño, J. Francés, A. Beléndez, and I. Pascual, “Relief diffracted elements recorded on absorbent photopolymers,” Opt. Express 20, 11218-11231 (2012).

Lentes Kinoform diseñadas con distribuciones m-Bonacci

Vicente Ferrando1,2, Walter D. Furlan1 y Juan A. Monsoriu2 1Departamento de Óptica, Universitat de València, E-46100 Burjassot, Spain

2Centro de Tecnologías Físicas, Universitat Politècnica de València, E-46022 Valencia, Spain

Resumen: En este trabajo estudiamos las propiedades de focalización de lentes kinoform

basadas en las secuencias de Fibonacci, Tribonacci y Tetrabonacci. Estas lentes forman parte

de una familia (m-Bonacci) en la que cada elemento produce un par de focos cuyas posiciones

relativas se pueden modificar ajustando un parámetro de diseño.

Una sequencia de m-Bonacci es una generalización de la secuencia de Fibonacci [1] en la que la variable es

el número de elementos concatenados m. En particular, estudiamos las propiedades de focalización de lentes de

tipo kinoform basadas en las secuencias de Fibonacci (𝑚 = 2), Tribonacci (𝑚 = 3) y Tetrabonacci (𝑚 = 4).

Cada una de estas secuencias se obtiene, partiendo de 𝑚 semillas previamente seleccionadas, como la

concatenación de los 𝑚 órdenes anteriores. De esta forma, la secuencia de Fibonacci obtenida partiendo de las

semillas 𝑆0 = {B} y 𝑆1 = {A} es 𝑆2 = {ABA}, 𝑆3 = {ABAAB}, …. En la Fig. 1.a) se muestra la construcción

geométrica de las secuencias estudiadas hasta orden 𝑆 = 6. En el diseño de las lentes kinoform se toma cada

conjunto de elementos {AB} como una variación de fase de 2𝜋 a 0 y el resto de elementos se consideran defectos

de fase constante [2]. Aplicando simetría de rotación a estos perfiles obtenemos las lentes de kinoform

correspondientes.

Para evaluar las propiedades de focalización de las lentes kinoform m-Bonacci calculamos la irradiancia axial

producida por estas lentes bajo iluminación monocromática aplicando la aproximación de Fresnel. En la Fig. 1.b)

se muestra la irradiandia axial calculada para las lentes kinoform m-Bonacci en diferentes órdenes de iteración

frente a la coordenada axial normalizada 𝑧′ = 𝑧/𝑓, donde 𝑓 es la distancia focal de la lente kinoform periódica

equivalente. Se observa que para 𝑚 mayores, la separación entre los focos disminuye, de forma que para 𝑚

grandes la lente tiende a comportarse como una lente kinoform de Fresnel, produciendo un único foco.

Figura 1.- a) Construcción geométrica de las secuencias de Fibonacci, Tribonacci y Tetrabonacci hasta orden 𝑆 = 6. Abajo

se muestra el perfil de la lente kinoform correspondiente. b) Irradiancia axial normalizada para las lentes kinoform basadas en

las secuencias de m-Bonacci para diferentes órdenes 𝑆.

Referencias

[1] E. Maciá, “The role of aperiodic order in science and technology,” Rep. Prog. Phys. 69, 397 (2006).

[2] V. Ferrando, A. Calatayud, P. Andrés, R. Torroba, W. D. Furlan y J. A. Monsoriu, “Imaging properties of Kinoform

Fibonacci Lenses,” IEEE Photon. J. 6, 6500106 (2014).

Superresolución obtenida mediante proyección de patrones de speckle

desconocidos y diferentes longitudes de onda

Omer Wagner,1 Ariel Schwarz,

1 Amir Shemer,

1 Carlos Ferreira,

2 Javier García,

2 and

Zeev Zalevsky1

1School of Engineering, Bar-Ilan University, Ramat Gan 52900, Israel

2Departament d’Òptica i

Optometria i Ciències de la Visió, Universitat de València, 46100 Burjassot, Spain

Resumen: Proponemos un método para aumentar la resolución de un sistema limitado por la

difracción a partir del registro de un conjunto de imágenes de baja resolución, obtenidas por

proyección de patrones de speckle desconocidos sobre el objeto de alta resolución a

inspeccionar. Cada patrón de speckle se genera con el mismo difusor, pero iluminado con una

longitud de onda distinta. El conjunto de imágenes de baja resolución proporciona la imagen

de alta resolución y los patrones de speckle.

Es bien conocido que, durante mucho tiempo, se ha considerado que no se puede exceder el límite clásico

de resolución de un sistema óptico. Este límite depende básicamente de la longitud de onda de iluminación y de

la apertura numérica del sistema. A partir de trabajos clásicos, se demuestra que, bajo ciertas condiciones, ese

límite sí puede sobrepasarse, jugando con los grados de libertad de la imagen transmitida por el sistema.

Para sistemas con resolución espacial significativa, la mayor parte de los métodos básicos de

superresolución están basados en iluminar el objeto con luz estructurada. Esta iluminación convierte frecuencias

espaciales altas en bajas frecuencias que el sistema puede resolver. En particular, se ha puesto de manifiesto la

validez de la iluminación con patrones de speckle para obtener superresolución, tanto en dirección axial [1]

como lateral [2].

El mayor problema para los métodos de iluminación con patrones de speckle es que requieren, hasta ahora,

un conocimiento a priori de la iluminación con alta resolución en el plano objeto. En este trabajo, proponemos

una configuración superresolvente basada en la proyección de patrones de speckle desconocidos sobre el objeto

de alta resolución del que se quiere formar su imagen. Cada patrón varía ligeramente con relación al anterior en

la longitud de onda, lo que causa que cambie su forma de una manera conocida. Tanto el objeto de alta

resolución como los patrones de speckle de iluminación se extraen finalmente de las imágenes adquiridas por el

sistema de formación de imágenes de baja resolución y del conocimiento del cambio producido por la variación

de longitud de onda [3]. El multiplexado en longitud de onda permite la proyección simultánea, en su caso, de

los patrones y la aproximación utilizada permite emplear algoritmos que conducen a una mejor recuperación de

la fase.

El sistema experimental utilizado consiste básicamente en un sistema 4f, con una abertura situada en el

plano focal imagen de la primera lente. Esta abertura bloquea las altas frecuencias. La segunda lente proporciona

sobre el detector la transformada de Fourier de la imagen de baja resolución.

El objeto inspeccionado es iluminado por M patrones de speckle obtenidos con un difusor de fase delgado y

diferentes longitudes de onda. La transformada de Fourier del objeto se obtiene en el plano focal de la primera

lente y se la supone dividida en tres zonas, dejando pasar la abertura finita sólo la zona central. Al iluminar el

objeto con el patrón de speckle, en el plano de Fourier se tiene la convolución de las correspondientes

transformadas. La segunda lente retransforma la información y el detector final permite capturar las imágenes de

baja resolución, de donde se obtienen sistemas de ecuaciones cuya resolución proporciona la información tanto

de la imagen como del speckle. Para cada longitud de onda se captura, al menos, una imagen de baja resolución

del patrón de speckle, de la muestra y de ésta iluminada por el patrón.

En el póster se mostrarán los resultados experimentales obtenidos al reconstruir redes de distinta frecuencia

y un patrón de chirp (0-35 Klines/m) con cinco y diez longitudes de onda.

Referencias

[1] C. Ventalon and J. Mertz, “Dynamic speckle illumination microscopy with translated versus randomized speckle

patterns,” Opt. Express 14, 7198–7209 (2006).

[2] J. García, Z. Zalevsky, and D. Fixler, “Synthetic aperture superresolution by speckle pattern projection,” Opt. Express

13, 6073–6078 (2005).

[3] O. Wagner, A. Schwarz, A. Shemer, C. Ferreira, J. García, and Z. Zalevsky, “Superresolved imaging based on

wavelength multiplexing of projected unknown speckle patterns,” Appl. Opt. 54, D51-D60 (2015).

Sistema de visión artificial para la detección de flotantes en agua

M. Irigoyen, J.A. Sánchez-Martín, L. Vadillo, J.L. Tercero y E. Bernabeu Grupo Complutense de Óptica Aplicada, Departamento de Óptica, Facultad de CC. Físicas, Universidad

Complutense de Madrid, Avda. Complutense s/n, 28040 Madrid Resumen: Mediante dos subsistemas láser + cámara CMOS asociada a cada uno de ellos se

ha diseñado un sistema de visión artificial basado en la emisión de fluorescencia por parte del

flotantes orgánicos en agua y detectar su presencia en superficie. Se ha realizado un estudio

experimental e implementado un software de control con el objetivo de automatizar el

proceso, habiendo encontrado las condiciones óptimas de detección en cada uno de los casos

estudiados. 1. Introducción

Las presencia de flotantes orgánicos en ríos y en mar son un importante problema medioambiental que se ha

puesto de manifiesto en recientes desastres ecológicos [1]. Existen numerosas técnicas para detectar la presencia

de flotantes orgánicos en agua [2], empleadas en diferentes entornos y usos: como sistemas de alerta temprana,

control medioambiental, recogida y eliminación de residuos. En esta comunicación presentamos un sistema

capaz de detectar fugas de flotantes orgánicos en agua basado en la emisión de fluorescencia que gran parte de

los productos orgánicos presentan al ser irradiados por un haz laser UV- Azul [3,4]. Este sistema está formado a

su vez por dos subsistemas compuestos por un láer + cámara CMOS.

2. Desarrollo experimental

El sistema completo está formado por dos subsistemas: subsistema 1, compuesto por un láser de línea con

apertura 30º y emisión en 440 nm junto a una cámara de visión. En el momento que un flotante atraviesa la línea

del haz láser aparece una discontinuidad, ya que la luz del láser es fuertemente absorbido por el producto

orgánico, reemitiendo fluorescencia de amplio espectro centrada generalmente en el amarillo. Para automatizar

el proceso de detección hemos desarrollado un software que emplea la biblioteca de Software libre OpenCv y

que aplica una serie de filtros y condiciones umbrales antes de considerar que efectivamente se ha detectado un

flotante orgánico.. Si el subsistema 1 ha detectado una posible presencia, se pone en marcha al segundo subsistema, formado por un

haz laser expandido con emisión en 405 nm y una cámara de alta resolución. A esta cámara se le ha colocado

un filtro paso-alta con longitud de onda de corte en 475 nm para asegurar que las imágenes proporcionadas son

debidas únicamente a la fluorescencia emitida por el flotante detectado. Este segundo subsistema actúa a modo

de verificador

Conviene resaltar que todas las medidas experimentales han sido realizadas en condiciones de oscuridad,

empleándose una cubeta de 4 x 0,5 x 0,5 metros con agua. Para aislar del agua los dos subsistemas se

dispusieron en una cubeta de vidrio menor inmersa en la cubeta principal. ).

En la Figura 1 mostramos dos secuencias del subsistema 1 y dos imágenes del subsistema, con y sin presencia de

producto orgánico.

Figura 1.- Dos secuencias de detección del subsistema 1 (a) y dos imágenes del subsistema 2 (b), con presencia de sustancia

orgánica (arriba) y sin ella (abajo). La operatividad de estas técnicas en ambientes a plena luz de día, conlleva recursos adicionales de modulación

espacio-temporal en fase de desarrollo (“Rastreador óptico para medios abiertos y detección diurna”) Referencias

[1] http://www.infoplease.com/ipa/A0001451.html

[2] K. Lee, J. Nee, Environmental Risks and Advances in Mitigation Technologies, Springer, New York, 57-88, (2011).

[3] R. Schultze, M. Lemke, H. Löhmannsröben, "Laser-induced fluorescence (LIF) spectroscopy for the in situ analysis of

petroleum product-contaminated soils", Laser Env. and life sciences, p. 79, Springer, (2004).

[4] R. Karpicz, A. Demenjev, V. Gulvinas, Z. Kuprionis, S. Pakalnis, R. Westphal y R. Reuter, "Laser fluorosensor for oil

spot detection, Lith. J. of Physics 45, 213-218, (2005).

Spontaneous Raman imaging via digital scanned light sheet microscopy and

interferometric filters

Israel Rocha-Mendoza1, Jacob Licea-Rodriguez

2 , Mónica Marro-Sánchez

2 ,Omar

Olarte2 and Pablo Loza-Alvarez

2

1 Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Carretera Ensenada-Tijuana, No.

3918, Zona Playitas, 22860 Ensenada B.C., México 2 ICFO-Institut de Ciencies Fotoniques, Av. Carl Friedrich Gauss, 3

08860 Castelldefels (Barcelona), Spain

Abstract: We present the implementation of a cost effective technique for rapid 2D

spontaneous Raman imaging using digital scanned light sheet microscopy. By using cw-laser

sources in the excitation and interferometric tunable filters in the detection we are able to

retrieve the spectral information. The proof of principle of the technique is shown using

DMSO and the feasibility of the technique for imaging solid 3D samples is demonstrated

using a composition of polystyrene beads and lipid droplets immersed agar.

Raman microscopy has been a useful tool used to image and analyze living biological samples. In contrast

to conventional imaging techniques, the advantage of Raman microscopy is its capability for label-free imaging

by detecting vibrations of molecules. Recently, several Raman imaging techniques based on the parallel

detection of Raman spectra have been developed, which can achieve high spatial and temporal resolution

suitable for live cell imaging [1]. In these techniques, Raman spectra are measured at different points in a sample

simultaneously to improve the image acquisition time. However, the image acquisition time is still of several

minutes.

In this sense, we present the implementation of a cost effective technique for rapid 2D spontaneous Raman

imaging based on a digital scanned light sheet microscope (DSLM) reported previously [2]. We used cw sources

in the excitation and interferometric tunable filters in the detection to retrieve the spectral information. A

controlled tilt of the filter tunes its cut on/off wavelength along the excited Raman bands tracing in that way the

integration of their intensities on each image pixel; resembling the so called razor blade technique to measure

laser intensity profiles. A further derivation of the images stack with respect the tuned cut off wavelength

retrieves the Raman spectral information with good spectral resolution and allows the discrimination of non-

resonant signal from auto fluorescence and Rayleigh scattering. The proof of principle of the technique is shown

in the C-H (2700-3100cm-1

) region of DMSO spectra (Figure 1a) and the feasibility of the technique for hyper

spectral imaging on 3D samples is demonstrated using a composition of polystyrene beads and lipid droplets

immersed agar (Figure 1b). This technique paves the way for studies on microbiological samples using

spontaneous Raman imaging as widely used in CARS and SRS microscopy.

Figure 1.- Proof of principle of Raman imaging using DSLM. a) Spectrally resolved Raman on DMSO and b) maximum intensity projection Raman image of a sample containing polystyrene beads (PB) and lipids droplets (LD).

References

[1] A. M. Palonpon, M. Sodeoka, and K. Fujita, “Molecular imaging of live cells by Raman microscopy”, Curr. Opin. Chem.

Biol., 17, 708 (2013).

[2] O.E. Olarte, J. Licea-Rodriguez, J.A. Palero, E.J. Gualda, D. Artigas, J. Mayer, J. Swoger, J. Sharpe, I. Rocha-Mendoza,

R. Rangel-Rojo, and P. Loza-Alvarez, “Image formation by linear and nonlinear digital scanned light-sheet fluorescence

microscopy with Gaussian and Bessel beam profile”, Biomed. Opt. Express. 3, 1492 (2012).

Aplicación de la imagen infrarroja para la detección en línea de producción de defectos en flejes de focos para cocinas vitrocerámicas

Francisco J Madruga1, Victor Mateo2, Olga M. Conde1, José M. López Higuera1, Alberto Campo2

1Grupo de ingeniería Fotónica, Dpto TEISA Universidad de Cantabria Plz, de la ciencia s/n 39005 Santander Cantabria

2 Empiric Technologies S.L. Mompía Cantabria

Resumen: La termografía activa es una conocida técnica de ensayo no destructivo que se aplica en multitud de campos. En esta comunicación se presenta una aplicación de la misma a la detección de defectos en el línea de producción de focos para cocinas vitrocerámicas. El fleje del foco se excita con un pulso eléctrico y su respuesta térmica en forma de secuencia de imágenes es capturada y procesada en un tiempo inferior a 250 ms.

La imagen térmica es una técnica muy conocida y utilizada en ensayos no destructivos(END). En esta comunicación, se presenta una aplicación de esta técnica a la fabricación de focos de cocinas vitrocerámicas. Los fabricantes de este producto están interesado en controlar la aparición de defectos en los focos que podría llevar a una falta de eficacia o reducción de su tiempo de vida o incluso un mal funcionamiento o una avería. Trabajos previos habían permitido analizar el comportamiento térmico del fleje ante excitaciones eléctricas conocidas y también la detección automatizada de defecto usando procesados basados en cambios de espacio vectorial de la medida [1]. Este método válido en laboratorio no es apto para su aplicación industrial al tener debido al coste computacional y de excitación que precisa y que está fuera de rango del tiempo de ciclo de máquina.

El tiempo de ciclo de máquina establecido es de 4 segundos. Y durante ese periodo se incluyen las siguientes tareas: 1. Posicionamiento correcto del foco frente a la cámara y conexión del foco a los punzones que le conectan eléctricamente. 2. Excitación mediante aplicación de tensión eléctrica del foco durante un tiempo que oscila entre los 250 ms y los 400 ms atendiendo la resistencia nominal que presenta el tipo de foco a inspeccionar. 3. Captura de la secuencia de calentamiento y enfriamiento. 4. Procesado de la secuencia de calentamiento y detección de defectos. 5. Envío del resultado con imagen final procesada para trazabilidad del sistema. 6. Salida del foco del emplazamiento para su inspección. La secuencia de tareas a realizar durante un ciclo de máquina limita el tiempo máximo para las tareas 2,3, 4 y 5 que son las implementadas por el sistema a 1700ms lo que obliga a que el procesado no pueda superar los 460 ms. En la figura 2 se presentan los pasos que debe incluir el procesado estableciéndose procesados en paralelo para analizar los puntos calientes y los puntos fríos.

Figura 1.- Esquema del procesado a realizar El sistema desarrollado está compuesto por un sensor FPA(Focal Plane Array) térmico de silicio amorfo con un tamaño de imagen de 384x288 pixeles y toda la electrónica de lectura y adecuación de la señal del sensor a un bus LVDS(Low-voltage differential signaling) de alta velocidad que es recogido por una FPGA(Field Programmable Gate Array) donde se realiza el procesado de la señal descrito en la figura 1. Se han cuantificado una detección de defectos de 99,99% de los defectos y se ha obtenido un porcentaje de falsos positivos del 0,8% sobre una muestra de 20000 focos analizados en línea de producción Referencias [1] D.A. González, F.J. Madruga, M.A. Quintela and J.M. López-Higuera, Defect assessment on radiant heaters using infrared thermography, NDT & E International, Volume 38, Issue 6, September 2005, Pages 428-432

Modos plasmónicos en interfaces dieléctrico-metal

R. Martínez-Herrero

1 y A. Manjavacas

2

1 Departamento de Óptica,Facultad de CC Físicas, Universidad Complutense de Madrid

2Department of Physics and Astronomy and Laboratory for Nanophotonics, Rice University, Houston

Resumen: En este trabajo analizamos la propagación de plasmones superficiales

monocromáticos (SSP) sobre una interfaz dieléctrico-metal. Hemos demostrado que, bajo

ciertas condiciones, existe una colección numerable de modos plasmónicos que constituyen

una base, es decir, conocido el SSP en x=0 siempre se puede escribir como superposición

lineal de dichos modos. Además, por medio de dicha base se puede asociar al SSP un

parámetro característico, análogo al parámetro q ampliamente utilizado para haces paraxiales.

En los últimos años, los avances en la nanotecnología han motivado un creciente interés en los plasmones de

superficie (SSP) como un medio para manipular la luz a escala nanométrica. Varias propiedades peculiares de

los plasmones de superficie han sido experimentalmente demostradas y utilizadas en diferentes aplicaciones

como sensores biológicos [1] o líneas de transmisión [2], por citar algunos ejemplos. Las propiedades

fundamentales de los SPP en interfaces planas dieléctrico-metal han sido ampliamente estudiadas, sin embargo,

recientemente [3,4]se han demostrado características nuevas e inesperadas, mas concretamente estos hallazgos

sugieren nuevos tipos de SSP que pueden encontrarse en interfaces planas dieléctrico–metal. En este trabajo nos

centramos en la propagación de un SSP monocromático, en la dirección X a lo largo de la interfaz Z=0 de un

dieléctrico-conductor. Hemos demostrado que, bajo ciertas condiciones, existe una colección numerable de

modos plasmónicos que constituyen una base, es decir, conocido el SSP en x=0 siempre se puede escribir como

superposición lineal de dichos modos. Además se puede asociar al SSP un parámetro característico que contiene

información de la atenuación y evolución de la fase del SSP. Dicho parámetro puede considerarse el análogo al

parámetro q de los haces paraxiales.

Referencias

[1] A. Manjavacas, F. J. García de Abajo “Surface plasmon resonancesensors: review”, Sens. Actuator B-Chem. 54, 3

(1999).

[2] A. Manjavacas, F. J. García de Abajo “Robust plasmon waveguides in strongly interacting nanowire arrays”, Nano Lett.

9, 1285 (2009).

[3] A. Norrman, T. Setälä, A. T. Friberg “Exact surface-plasmon polariton solutions at a lossy interface”, Opt. Letts. 38, 1119

(2013)

[4] O. El Gawhary, A.J.L. Adam, H.P. Urbach, “Nonexistence of pure S and P polarized surface waves at the interface

between a perfect dielectric and a real metal”, Phys. Rev. A 89, 023834-1 (2014)

Hybrid diffractive-refractive architecture for getting biological images via

digital lensless holography microscopy

O. Mendoza-Yero1, M. Carbonell-Leal

1, E. Tajahuerce

1, J Lancis

1, and J. Garcia-Sucerquia

2

1Institut de Noves Tecnologies de la Imatge (INIT), Universitat Jaume I, 12080 Castelló, Spain

2Universidad Nacional de Colombia-Sede Medellin, School of Physics, A.A: 3840-Medellin 050034, Colombia

Abstract: We experimentally shown a very compact, simple and robust optical microscopy

able to achieve multispectral images of biological samples illuminated with a Ti–Sapphire

femtosecond laser. Our microscopy design is based on a hybrid refractive-diffractive

architecture which improve the efficiency of the illuminated process and achieve images of

biological samples with spatial resolution in the order of few micrometers.

In digital lensless holography microscopy (DLHM) [1] the light scattered from the object/sample interferes

with the reference incident light to generate a holographic pattern at the camera plane. Then, the recorded

intensity is numerically processed, and the object wavefront is reconstructed. In the present contribution, a

similar technique is implemented but this time using a hybrid refractive-diffractive optical setup together with a

femtosecond light source able to emit ultrashort pulses of 12 fs intensity FWHM, centered at 800 nm, at the

repetition rate of 75 MHz. In our proposal the microscopy objective is substituted by a pair of refractive and

diffractive lenses facing each other, which together with a pinhole of 1 micron can be regarded as a

spectrometer. Owing to the inverse dependence of the focal length of the diffractive lens (DL) with the

wavelength of light, the above optical setup allows for multiple DLHM images at different spectral lines just

varying the relative position between the pinhole and the focusing element. In Fig. 1 a schematic representation

of the DLHM setup is shown. Note that in comparison with a single DL implementation [2], the combination of

refractive and diffractive lenses improves the microscopy efficiency due to the increasing of light after the

pinhole.

Figure 1.- Digital lensless holography microscopy setup (left part), and multispectral image of a dust mite after merged

three images corresponding to the spectral lines at 740, 800, and 880 nm (right part).

In Fig. 2 a multispectral image of a dust mite obtained with our DLHM technique is shown. It is apparent that

spatial resolution of the sample is in the order of few micrometers. After a visual inspection of Fig. 1 (right part),

one can see that most regions of the dust mite are wavelength dependent, whereas the white colour regions at the

borders show an even response. Note that multispectral images, apart from conventional image features, can be

useful to extract further information on certain optical properties of the sample (e.g., reflectance/absorbance of

specific regions).

References

[1] S. K. Jericho, J. Garcia-Sucerquia, W. Xu, M. H. Jericho, and H. J. Kreuzer, "Submersible digital in-line holographic

microscopy, " Rev. Sci. Instrum. 77, 043706 (2006).

[2] O. Mendoza-Yero, E. Tajahuerce, J. Lancis, and J. Garcia- Sucerquia, "Diffractive digital lensless holographic

microscopy with fine spectral tuning," Opt. Lett. 38, 2107, (2013).

El potencial comercial de la investigación en Biofótonica: creación de la

empresa de base tecnológica IMPETUX

Arnau Farré1, Ferran Marsà

1, Elisabet Romeu

1 y Mario Montes-Usategui

1,2,3

1Impetux Optics SL, Trias i Giró, 15, 1-5 Barcelona 08034

2Optical Trapping Lab-Grup de Biofotònica (BiOPT), Dept. Física Aplicada i Òptica, Universitat de Barcelona,

Martí i Franquès 1, Barcelona 08028 3Institut de Nanociència i Nanotecnologia (IN2UB), Universitat de Barcelona, Martí i Franquès 1, Barcelona

08028

Resumen: En 2012, fruto de una década de investigación continuada en el atrapamiento láser

de micropartículas (pinzas ópticas), miembros del grupo de investigación en Biofotónica de la

Universidad de Barcelona constituyeron la empresa de base tecnológica Impetux Optics S.L.

Pretendemos en esta comunicación dar detalles sobre nuestra experiencia en esta fase inicial,

con el objetivo de ser de utilidad a colegas interesados en la vía del emprendimiento

tecnológico en el campo de la óptica y de la fotónica.

Los haces de luz láser potentes y altamente focalizados permiten acelerar y atrapar partículas materiales de

tamaño micrométrico debido a la presión de radiación. Esta es la base de la tecnología de pinzas ópticas que ha

encontrado en las últimas décadas importantísimas aplicaciones, sobre todo en el campo de la biología molecular

y celular. Los sistemas de pinzas ópticas son óptimos complementos para microscopios de fluorescencia y

habitualmente se fabrican como accesorios que acceden al tren de imagen a través de los diferentes puertos

disponibles en los instrumentos modernos (cámara, epifluorescencia).

Si bien el mercado es actualmente pequeño y aún inmaduro (p. ej. a diferencia de tecnologías relacionadas

como los AFMs, una parte sustancial de los usuarios aún construye sus propios sistemas experimentales), existen

en el mercado una variedad de fabricantes que ofrecen diversas soluciones tecnológicas. Entre estas compañías

se encuentran multinacionales como Carl Zeiss o THORLABS, empresas medianas provenientes del mundo de

la nanotecnología como JPK Instruments, o empresas “spinoffs” de universidades como Lumicks o Aresis. En

general, las empresas “spinoffs” cuentan con sistemas de tecnología más avanzada, siendo las grandes empresas

más conservadoras y accediendo posteriormente a nuevos desarrollos mediante la compra de las primeras. El

rango de precios de las pinzas ópticas comerciales va desde los ~20,000 EUR de los sistemas más sencillos

(Elliot, THORLABS) hasta los >300,000 EUR de los sistemas más sofisticados (JPK, Lumicks).

Los sistemas comerciales se focalizan en la vertiente de atrapamiento y compatibilidad con microscopías

avanzadas (DIC, confocal o incluso FRET) pero las soluciones relativas a la cuantificación de las fuerzas son

bastante indiferenciadas y limitadas. En este contexto nace Impetux como “spinoff” del grupo de atrapamiento

óptico de la Universidad de Barcelona, que había desarrollado una tecnología de medida de fuerzas ópticas de

notable superioridad respecto a las soluciones existentes. Esta tecnología está patentada en todo el mundo por

Impetux y ha dado lugar a dos instrumentos comerciales compatibles con microscopios de investigación: el

Lunam T-40i y el Deimus T-10i.

Figura 1.- Sistemas de medida de fuerzas para pinzas ópticas de Impetux: Lunam T-40i (izqda.) y Deimus T-10i (dcha.)

Registro de hologramas en películas de Biophotopol de 300 µm

V. Navarro-Fuster1, M. Ortuño

2, S. Gallego

2, Andrés Márquez

2, A. Beléndez

2, I. Pascual

1

1Dpto. Óptica, Farmacología y Anatomía, Universidad de Alicante

2Dpto. Física, Ing. de Sistemas y Tª de la Señal, Universidad de Alicante

Resumen: En este trabajo se ha optimizado la composición y el proceso de fabricación del

fotopolímero Biophotopol con el fin de obtener redes de difracción por transmisión en

películas con espesores de 300 µm. Los resultados obtenidos muestran valores de rendimiento

en difracción del orden de los obtenidos anteriormente en películas de 1 mm de espesor.

Las técnicas holográficas actuales requieren de un material de registro o fotopolímero con características

específicas. Los parámetros específicos requeridos a un fotopolímero son: buena sensibilidad energética con el

fin de ahorrar energía en el proceso de registro, adecuada sensibilidad espectral, alta resolución que permita la

exactitud necesaria en la reproducción de la información almacenada, compatibilidad medioambiental, baja

toxicidad, fácil de gestionar y reciclar. Uno de los usos de la holografía consiste en reemplazar un elemento

óptico convencional por su equivalente holográfico aportando importantes ventajas como su menor tamaño y

bajo coste[1-3].

Por lo general, los fotopolímeros tienen un sistema fotoiniciador que absorbe la luz y genera radicales libres

que inician la reacción de polimerización radical de uno o varios monómeros. En el caso del registro holográfico,

el mecanismo básico de la formación del holograma implica la modulación del índice de refracción entre las

zonas polimerizadas y no polimerizadas, correspondientes a las zonas “brillantes” y “oscuras”, respectivamente,

en la red de difracción generada debido a la interferencia de los haces de registro. El PVA/AA es el material de

registro holográfico más usado sin embargo este tipo de fotopolímero tiene muy baja compatibilidad

medioambiental. Por lo que la biodegradabilidad, la biocompatibilidad y la baja toxicidad son propiedades

esenciales y que deben tenerse en cuenta a la hora de diseñar un nuevo material de registro.

El “Biophotopol” es un fotopolímero biocompatible desarrollado por nuestro grupo[4] y que ya ha

mostrado que puede reemplazar al fotopolímero PVA/AA en el caso de espesores gruesos. En este trabajo se va

a presentar la caracterización holográfica del Biophotopol para espesores de 300 µm.

-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.60

20

40

60

80

100

DE

(%)

Ángulo (º)

Figura 1. – Rendimiento en difracción (DE )en función del ángulo de reconstrucción. De fondo se ha incluido la fotografía

de una película de 300 µm de espesor.

Referencias

[1] J. Guo, M.R. Gleeson, J.T. Sheridan, A Review of the Optimisation of Photopolymer Materials for Holographic Data

Storage, Physics Research International, 2012 (2012) 16.

[2] F.-K. Bruder, R. Hagen, T. Rölle, M.-S. Weiser, T. Fäcke, From the Surface to Volume: Concepts for the Next

Generation of Optical–Holographic Data-Storage Materials, Angewandte Chemie International Edition, 50 (2011) 4552-

4573.

[3] J. Yeom, J. Jeong, C. Jang, K. Hong, S.-g. Park, B. Lee, Reflection-type integral imaging system using a diffuser

holographic optical element, Opt. Express, 22 (2014) 29617-29626.

[4] M. Ortuño, S. Gallego, A. Márquez, C. Neipp, I. Pascual, A. Beléndez, Biophotopol: A Sustainable Photopolymer for

Holographic Data Storage Applications, Materials, 5 (2012) 772-783.

Obtención de imágenes del cielo en alto rango dinámico (HDR) a través de

una cámara de todo cielo

R. Román1, R. González

1, C. Toledano

1, A. Cazorla

2, C. Velasco-Merino

1, M. A.

Burgos1, D. Mateos

1, A. Calle

1, V. E. Cachorro

1, A. M. de Frutos

1

1- Grupo de Óptica Atmosférica (GOA), Universidad de Valladolid. Paseo Belén, 7, 47011, Valladolid (Spain)

2- Grupo de Física de la Atmosférica (GFAT), Universidad de Granada. Avda. del Mediterraneo, s/n, 18006,

Granada (Spain)

Las cámaras de todo cielo se utilizan para capturar imágenes del cielo con una visión completa de la

bóveda celeste. Normalmente estas imágenes son utilizadas en el estudio de las nubes para conocer el tipo, la

cubierta o la altura de las nubes. En general, estas cámaras toman las imágenes ajustando sus parámetros

(ganancia, tiempo de exposición, etc.) para que la imagen sea suficientemente visible, lo cual hace que cada

imagen se capture con parámetros distintos. Esta técnica automática produce siempre imágenes apreciables para

el ojo humano, pero también consigue que parte de la imagen aparezca saturada, debido al contraste en la

distribución de la radiancia del cielo (ya sea en la aureola solar, una nube muy luminosa, etc.); no pudiendo

extraer apenas información en estas zonas. Además esta técnica hace que sea imposible comparar

cuantitativamente dos imágenes tomadas en distintos momentos, pues son tomadas con distintos parámetros.

Para solventar estos problemas se puede utilizar la novedosa técnica de multi-exposición, conocida como

de alto rango dinámico (HDR: “High Dynamic Range”). La técnica HDR consiste en fijar todos los parámetros

de la cámara y tomar una secuencia de imágenes a distintos tiempo de exposición. De esta manera se obtienen

imágenes en las que no hay saturaciones (tiempos de exposición más bajos) y también imágenes en las que las

zonas más oscuras se observan claramente (tiempos de exposición más altos).

El Grupo de Óptica Atmosférica (GOA) de la Universidad de Valladolid tiene una cámara de todo cielo

(modelo “SONA” de “Sieltec SL”) instalada en la terraza de la Facultad de Ciencias de Valladolid. Además de

capturar las imágenes con el algoritmo original (cambiando los parámetros cada vez), la cámara se ha

configurado para que tome cada cinco minutos una secuencia de imágenes en multi-exposición con el resto de

parámetros fijos, empezando por un tiempo de exposición muy pequeño (normalmente la primera imagen es

completamente oscura), y doblando este tiempo en cada foto siguiente (normalmente la última imagen está

saturada en su totalidad). Cada secuencia está formada por 12 imágenes.

Una vez capturada la secuencia en multi-exposición, se calcula a partir de todas las imágenes el mapa de

radiancias relativas a través de la técnica explicada en [1]. Estos mapas de radiancias muestran la radiancia del

cielo en forma lineal, lo cual no coincide con la respuesta del ojo humano, por lo que para representar los mapas

de radiancias, estos se trasladan a una escala más apreciable para el ojo humano utilizando la técnica explicada

en [2]. Como ejemplo se tiene la Figura 1, donde se aprecia a la izquierda la imagen original tomada en

condiciones de alta nubosidad; en esta imagen la zona cercana al sol está saturada, por lo que no se puede

apreciar si el sol está despejado, o cómo son las nubes en esa zona. A la derecha se encuentra la imagen HDR

final, y en ella se puede apreciar cómo también hay nubes en la zona que originalmente estaba saturada, y

además esas nubes no son igual de brillantes en esa zona, e incluso hay alguna ausencia de nube.

Figura 1.- Imagen original tomada por la cámara de todo cielo en Valladolid el 17 de marzo de 2015 a las 15:15 (izquierda);

misma imagen compuesta a través de la secuencia de imágenes en multi-exposición (derecha).

Referencias

[1] Debevec, P., and Malik, J.: “Recovering High Dynamic Range Radiance Maps from Photographs”, Proceedings of the

ACM SIGGRAPH’97, Los Ángeles CA (369), (1997).

[2] Reinhard, E., Stark, M., Shirley, P., and Ferwerda, J.: “Photographic Tone Reproduction for Digital Images”, ACM

Transactions on Graphics (TOG), 21, (3), (2002).

Evolución del grado de polarización de haces parcialmente polarizados con vórtices

J. Serna, R. Martínez-Herrero Dpto. de Óptica, Facultad CC. Físicas, Universidad Complutense. Pza. de las Ciencias 1, 28040 Madrid

Resumen: En este trabajo se analiza la evolución de un haz parcialmente polarizado con

carga topológica. En el marco de la aproximación paraxial, se proporcionan expresiones

analíticas de la evolución en propagación libre de sus parámetros radiales de Stokes y se

analiza el comportamiento del grado de polarización en función de la carga topológica y de la

estructura espacial del haz.

El estudio de haces paraxiales con vórtices tiene un gran interés tanto teórico como tecnológico debido a las

ventajas y grados extra de libertad que este tipo de haces proporcionan [1]. En la mayor parte de las aplicaciones

se considera que el haz en un cierto plano tiene polarización radial o azimutal [2]. En esta comunicación

consideraremos el caso más general de haces parcialmente polarizados. Se han obtenido expresiones analíticas

de la evolución de los recientemente introducidos parámetros radiales de Stokes [3,4] en propagación libre. A

partir de dichas expresiones se analiza la evolución del grado de polarización de dichos haces así como su

relación con la carga topológica y la estructura espacial. Además, para el caso particular de haces totalmente

polarizados se muestra la estructura de su estado de polarización en cada plano transversal.

Referencias

[1] A. Holleczek, A. Aiello, C. Gabriel, C. Marquardt, G. Leuchs,“Classical and quantum properties of cylindrically

polarized states of light”, Opt. Express 19, 9714-9736 (2011).

[2] R. Martínez-Herrero, F. Prado, “Polarization evolution of radially polarized partially coherent vortex fields: role of Gouy

phase of Laguerre–Gauss beams”, Opt. Express 23, 5043-5051 (2015).

[3] R. Martínez-Herrero, P.M. Mejías, “Polarization description of light fields in terms of meridional and azimuthal vectorial

features”, Opt. Laser Technol. 44, 1796-1799, (2012).

[4] R. Martínez-Herrero, P.M. Mejias, "Generalized (two-point) stokes-parameters representation in terms of the radial and

azimuthal field components", Opt. Laser Technol. 49, 1116-1118 (2011).

Algoritmo de recuento automático y anónimo de peatones en tiempo real

José Luis Tercero-Gomez*, Francisco José Torcal-Milla,

Luis Miguel Sanchez-Brea y Eusebio Bernabeu

Departamento de Óptica, Universidad Complutense de Madrid. Av. Complutense S.N. 28040, Madrid (España)

*Este trabajo se realizó mientras J.L. Tercero-Gomez se encontraba contratado en el Dpto. de Óptica de la UCM

Resumen: Se ha implementado una técnica de recuento de peatones basada en software libre.

El desarrollo ha sido realizado de forma que no vulnere la identidad de los peatones

(cumpliendo la LOPD) y para ello se han utilizado las librerías de Open-CV así como Python

como lenguaje de programación. La técnica se basa en Background substraction y seguimiento de blobs mediante el método de Lucas-Kanade. Para no vulnerar la identidad de los peatones se han utilizado y manipulado diversos canales de color del estándar HSV.

El seguimiento y recuento de peatones es un campo de investigación que ha obtenido gran atención en los

últimos años. Existen dos técnicas básicas para el seguimiento y recuento de objetos/peatones: el seguimiento de

masas amorfas (blobs) obtenidas del movimiento y diferencia entre escenas consecutivas, y el reconocimiento de

formas (haarcascades), [1], [2]. En este trabajo se ha implementado un método de seguimiento de blobs basado

en librerías de Open-CV y python para el recuento de peatones que atraviesan una escena, el cual no vulnera la

identidad de los individuos. A grandes rasgos, el algoritmo puede dividirse en tres partes:

- Captura de imágenes

- Detección de movimiento y seguimiento de blobs

- Recuento de blobs al pasar de una zona a otra de la imagen. Al mismo tiempo que se capturan las imágenes se genera una imagen de fondo (Background) a partir de la

media ponderada de todas las imágenes anteriores. De esta manera, el algoritmo se adapta a la variación

paulatina del fondo. Esto es de utilidad cuando existe un volumen alto de peatones o hay cambios de

luminosidad ambiental. Posteriormente se sustrae cada imagen del fondo generado para obtener las zonas en las

cuales ha habido cambios (paso de peatones/objetos). Tras esto se separa la imagen en los diferentes canales

HSV, se ecualiza y se binariza la imagen resultante respecto a un nivel de gris establecido que dependerá de las

condiciones de iluminación. Para el reconocimiento de blobs se ha utilizado la función GoodFeaturestoTrack y

para el seguimiento de los mismos el método de Lucas-Kanade. En la Figura 1 se muestran tres imágenes de las

fases del algoritmo más significativas, donde se muestra el peatón/blob (izq.), la sustracción del fondo (centro) y

la binarización y seguimiento (der.). El algoritmo en ningún momento almacena las imágenes obtenidas

cumpliendo con la LOPD.

Figura 1.- Ejemplo de imagen registrada (izq.), resultado de sustraer el fondo (centro) y blob binarizado y detectado (der.)

Agradecimientos Trabajo financiado por el proyecto “Tourism of Things for Smart destinations” INNPACTO-2012:

"ToT" IPT-2012-0563-1000 del Ministerio de Economía y Competitividad y el Programa SEGVAUTO-TRIES Tecnologías 2013 de la Comunidad de Madrid: S201/MIT-2713. Referencias [1] J.E. Solem, Programming computer vision with Python, O’Reilly Media publisher, California, 2012. [2] G. Bradsky, A. Kaehler, Learning OpenCV: Computer Vision with the OpenCV Library, O’Reilly publisher, California, 2008.

Simposio de Ciencias de la

Visión (orales)

Visión con correcciones de presbicia multifocales simuladas con un dispositivo miniaturizado de visión simultánea

Carlos Dorronsoro, Aiswaryah Radhakrishnan, José Ramón Alonso-Sanz,

Daniel Pascual, Miriam Velasco-Ocana, Pablo Perez-Merino, Susana Marcos Instituto de Óptica, Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), Madrid, España

Resumen: Muchas soluciones multifocales, en lentes de contacto, lentes intraoculares, o patrones de cirugía refractiva, utilizan visión simultánea para compensar la presbicia. En la retina se superponen imágenes enfocadas y desenfocadas, mejorando la visión a distancias cercanas a costa de una degradación de lejos. Hemos simulado esta experiencia visual compleja utilizando un novedoso simulador visual de visión simultánea, y la hemos evaluado con pruebas visuales adecuadas para uso clínico, para identificar la corrección multifocal óptima en pacientes individuales. Objetivo: Evaluar la calidad visual y la percepción en pacientes con correcciones multifocales simuladas utilizando un simulador de visión simultánea novedoso y portátil, junto con pruebas visuales adecuadas para la práctica clínica. Identificar la corrección multifocal óptima en pacientes individuales. Métodos: 5 sujetos realizaron las medidas, con la acomodación paralizada con ciclopegia, observando estímulos visuales a distintas distancias a través de un simulador de visión simultánea miniaturizado de desarrollo propio. Las distintas correcciones multifocales se simulan por medio de una lente ajustable (Optotune) trabajando en modo de multiplexación temporal, capaz de barrer un rango de foco de 3 dioptrías de adición a 50 Hz, proporcionando imágenes retinianas multifocales aparentemente estáticas. La lente se evaluó por medio de aberrometría Hartmann-Shack y focometría por trazado de rayos laser revelando una respuesta altamente lineal en potencia óptica frente a voltaje (r=0,997), alta calidad óptica (RMS<0,05 µm), y alta reproducibilidad de distribución de energía a través de foco. Se simularon siete lentes, con diferentes distribuciones de energía de visión lejana (L), intermedia (I; adición 1,5D) y cercana (C; adición 3D): 3 lentes monofocales (100L, 100I & 100C), 2 patrones bifocales (50L50C y 70L30C) y 2 trifocales (33L33I33C y 50L20I30C). Se midió, con cada lente, la agudeza visual (AV) de alto contraste a las tres distancias (L, I y C) utilizando optotipos en una pantalla de alta definición presentados en una secuencia aleatoria. Además, los sujetos puntuaron la calidad percibida de una escena visual real que contiene objetos a distancias L, I y C, y compararon la calidad visual (elección entre dos alternativas) en 60 pares aleatorios de correcciones multifocales. Resultados: La AV logMAR promedio a distancia L se situó en el intervalo entre -0,05 (100L) y 0,52 (100C) para correcciones monofocales, y entre 0,17 (50L20I30C) y 0,43 (33L33I33C) para multifocales (media 0,25). A distancia C, VA varía entre 0,12 (100C) y 0,61 (100L) con correcciones monofocales, y 0,26 (50L50C) a 0,42 (70L30C) con correcciones multifocales (media 0,31). La AV más alta a distancia I (0,25) se encontró para 33L33I33C. En promedio a través de distancias, las AV y las puntuaciones más altas se dieron para 100I. Las comparaciones directas entre pares revelaron una preferencia sistemática de 50L50N sobre 70L30N, y de 50L20I30C sobre 33L33I33C. Sin embargo, también tienen lugar diferencias entre sujetos muy consistentes, en AV y en percepción, con las diferentes correcciones multifocales. Conclusión: La multiplexación temporal de una lente ajustable proporciona nuevas formas de simular correcciones multifocales, emulando lentes de contacto o intraoculares existentes. Todos los diseños multifocales superan a las correcciones monofocales enfocadas a distancias lejanas y cercanas, pero no a distancias intermedias. La calidad visual difiere entre diseños multifocales en los distintos pacientes, haciendo necesarias las simulaciones visuales en cada individuo. Referencias [1] P de Gracia, C Dorronsoro, and S Marcos, “Multiple zone multifocal phase designs”. Opt Lett,. 38(18) 3526-9 (2013) [2] P de Gracia, C Dorronsoro, A Sanchez-Gonzalez, L Sawides, S Marcos, “Experimental Simulation of Simultaneous Vision”. Investigative Ophthalmology & Visual Science 54, 415-422 (2013) [3] C Dorronsoro and S Marcos Patent PCT/ES2010/070218. “Instrument for the simulation of multifocal opthalmic corrections” (2010) [4] C Dorronsoro, JR Alonso, S Marcos. Patent PCT/2014ES/070725. “Miniaturized simultaneous vision simulator” (2014) [5] A Radhakrishnan, C Dorronsoro, L Sawides, S Marcos, “Short-Term Neural Adaptation to Simultaneous Bifocal Images”, PLoS ONE Volume 9 (2014)

Ablación de modelos experimentales para estudio del encurvamiento periférico en la topografía corneal post-LASIK para corrección de miopía.

José I. Velarde1, Patricia Casuso1, Fátima Martínez-Galdón1, Javier Llorca2, Dolores Ortiz3.

1. Instituto Cántabro de Oftalmología- Santander 2. Grupo de Epidemiología y Biología Computacional – Facultad de Medicina - Universidad de Cantabria.

3. Grupo de Óptica. Dpto. Física Aplicada – Facultad de Ciencias - Universidad de Cantabria.

Resumen: En pacientes miopes intervenidos mediante cirugía LASIK, se observa en la topografía corneal la presencia de una encurvamiento a nivel periférico, cuya causa se ha relacionado con la biomecánica corneal. En este estudio, se analizó la presencia de este encurvamiento sobre cuatro tipos de modelos corneales experimentales sin respuesta biomecánica. Se observó la presencia de un anillo de encurvamiento periférico sobre la zona de transición que estaría en desacuerdo con un origen biomecánico del mismo.

La cirugía refractiva con técnica LASIK corrige las ametropías oculares modificando la curvatura de la

córnea. Como efectos inesperados y que afectan al resultado refractivo final del paciente, se observa en la topografía corneal postquirúrgica un aplanamiento central de origen biomecánico y un encurvamiento periférico (1). En este estudio, se analizó la presencia de este encurvamiento sobre cuatro tipos de modelos esféricos experimentales sin respuesta biomecánica. El valor del encurvamiento se caracterizó mediante tres parámetros: incremento de potencia, diámetro de la zona de mayor valor (anillo) y ángulo del gradiente periférico.

Para confirmar la presencia o ausencia de un anillo de encurvamiento periférico cuando se realiza una ablación sobre materiales sin capacidad de respuesta biomecánica, utilizamos cuatro modelos esféricos con distintos radios, estructura e hidratación (Fig. 1): a) Moldes comerciales huecos de polipropileno con forma hemi-esférica, diámetro de 26 mm y radio de 11 mm sellados a superficies de apoyo. b) Cilindros de PMMA de 24 mm de longitud, con forma hemisférica en uno de sus extremos con diámetro de 12 mm y radio de 7,85 mm elaborados como test para reproducir las características dióptricas de un ojo humano estándar. c) Lentes de contacto rígidas gas-permeables comerciales (RGP) de flúor-acrilato de silicona, con diámetro de 9,6 mm y radio de 8,4 mm selladas a superficies de apoyo. d) Lentes de contacto comerciales de hidrogel de silicona, con diámetro de 14,2 mm, radio de 9,0 mm y un contenido en agua del 59%.

Figura 1.- Izquierda: Modelo de poli-metil-metacrilato (2). Centro-izquierda: su topografía tangencial diferencial (Orbscan). Centro-derecha: Modelo de flúor-acrilato de silicona. Derecha: Su topografía tangencial diferencial (Easygraph)

A cada uno de los modelos, se le realizó una ablación de 2 dioptrías, zona óptica (central) de 5 mm y una zona de transición (periferia) de 6 mm, que para tejido corneal representaría 21,9 µm de profundidad en el centro y 4 µm en la zona de transición. Para observar los cambios después de la ablación se empleó el mapa topográfico tangencial diferencial (Fig. 1). En conclusión, los resultados mostraron que el modelo de polipropileno fue transparente al láser, mientras que en los demás modelos, se observó la presencia de anillo de encurvamiento periférico que no estaría originado por factores biomecánicos. Su localización también puede tener importancia de cara a su posible estímulo sobre la retina periférica, con efecto de frenado sobre el crecimiento axial del ojo miópico.

Referencias [1] Velarde JI, Ortiz D, Llorca J, Fernández-Cotero JN “Steepening in temporal peripheral corneal topography after LASIK surgery in myopic patients and its relation with surgical and ocular parameters” Inv Ophthalmol Vis Sci 53:e-abstract 1481 (2012) [2] Vinciguerra P, Camesasca FI, Muñoz MI. “New test hemisphere for evaluation and development of ablation profiles” J Refract Surg 19:S260 (2003)

Estudio de las características del parpadeo en la lectura de textos en soporte electrónico con uso de filtro de luz azul

Marc Argilés, Lídia Tapia, Margarita Rodríguez, Genís Cardona, Elisabet Pérez-Cabré Dept. Òptica Optometria. Univ. Politècnica Catalunya·Barcelona Tech, Violinista Vellsolà 37, 08222 Terrassa

Resumen: El objetivo de este trabajo se centra en determinar la influencia de la luz azul de dispositivos electrónicos LEDs en el parpadeo, y por extensión en la fatiga visual. Para ello, se analiza la frecuencia, amplitud y regularidad del parpadeo durante la lectura de textos en una tablet con y sin filtro para la luz azul, comparando los resultados con las características del parpadeo en posición primaria de mirada (baseline).

A nivel global, el síndrome visual informático (SVI) es un término que se utiliza para describir los problemas visuales asociados al uso de pantallas electrónicas, incluyendo dolor ocular, malestar visual, dolor de cabeza, sensación de ojo seco, visión borrosa y visión doble [1-3]. A diferencia de la lectura en papel, se ha encontrado un aumento de problemas visuales durante la utilización de estas pantallas (en especial ordenador y tableta gráfica o tablet), siendo el síntoma más común el ojo seco [3]. El exceso de horas delante de las pantallas también parece alterar otros factores, como la reducción de la frecuencia de parpadeo, incidiendo directamente en una mayor sequedad ocular [4-5]. Al mismo tiempo, está documentado que la utilización de pantallas produce un aumento del número de parpadeos incompletos (los párpados no se cierran completamente, dejando expuesta parte la córnea), afectando adicionalmente a la sequedad ocular [5-6].

Hay estudios que indican que estos aspectos relacionados con el SVI se manifiestan más claramente con el uso de pantallas LCD, y no con libros electrónicos (e-books), más parecidos al formato papel [7]. Las pantallas electrónicas, LCD o más modernamente LEDs, que se utilizan en ordenadores, tablets o smartphones, emiten un pico de radiación en una frecuencia cercana a la luz azul-violeta que puede provocar daños en las células de la retina [8] y alteraciones a nivel cognitivo y de los ritmos circadianos [9-10]. Por ello, recientemente se han empezado a comercializar filtros que pueden adaptarse a las tablets y pantallas de ordenador para reducir esta radiación dañina y la fatiga visual ante el uso de estos dispositivos.

Contrariamente, también existen estudios que indican que la luz azul del LED puede ayudar al aumento de concentración y rendimiento escolar [10-12]. Por tanto, si la luz azul aumenta la concentración y la atención, ésta podría contribuir de manera importante a la disminución del parpadeo y al aumento de parpadeos incompletos durante el uso de las pantallas.

Por los motivos hasta aquí expuestos, hemos creído interesante diseñar un estudio donde se comparen distintos aspectos que caracterizan el parpadeo (frecuencia, amplitud y regularidad) durante la lectura de un texto mostrado en una tablet con pantalla de tecnología LED, visualizando directamente el dispositivo sin filtro y utilizando un filtro comercial que reduce la emisión de la luz azul. Se ha medido también la transmitancia de este filtro para determinar cuantitativamente la reducción de radiación en el espectro visible. Los resultados obtenidos se comparan con la caracterización del parpadeo de los mismo sujetos, cuando estos observan una imagen en posición primaria de mirada y a una distancia de 2 metros (baseline).

Referencias [1] M. Scheiman, "Accommodative and binocular vision disorders associated with video display terminals: diagnosis and management issues," Optom Vis Sci, 67, 531 (1996). [2] M. Rosenfield, "Computer vision syndrome: a review of ocular causes and potential treatments," Ophthalmic Physiol Opt, 31, 502 (2011). [3] J. Bali, et al., "Computer vision sindrome: a review," J Clin Ophthalmol Res, 2, 61 (2011). [4] T. Schlote, et al., "Marked reduction and distinct patterns of eye blinking in patients with moderately dry eyes during video display terminal use," Graefe’s Arch Clin Exp Ophthalmol, 242, 306 (2004). [5] C. Chu, et al., "Blink patterns: reading from a computer screen versus hard copy," Optom Vis Sci, 91, 297 (2014). [6] M. Hirota, et al., "Effect of incomplete blinking on tear film stability," Optom Vis Sci, 90, 650 (2013). [7] S. Benedetto, et al., "Effects of luminance and iluminance on visual fatigue and arousal during reading," Comput Hum Behav, 41, 112 (2014). [8] F. Behar-Cohen, et al., "Light-emitting diodes (LED) for domestic lighting: Any risks for the eye?," Prog Ret Eye Res, 30, 239 (2011). [9] G. Vandewalle, et al., "Light as a modulator of cognitive brain function," Trends Cogn Sci, 13, 429 (2009). [10] O. Keis, et al., "Influence of blue-enriched classroom lighting on students cognitive performance," Trends Neurosci Educ, 3, 86 (2014). [11] V.L. Revell, et al., "Alerting effects of light are sensitive to very short wavelengths," Neurosci Lett, 399, 96 (2006). [12] S.L. Chellappa, et al., "Non-visual effects of light on melatonin, alertness and cognitive performance: can blue- enriched light keep us alert?" PLoS One, 6, (2011).

Sobre la robusted de la aberrometría con Hartmann-Shack de Apertura Sintética frente a movimientos oculares

Justo Arines

Departamento de Física Aplicada (área de Óptica), Universidade de Santiago de Compostela, Galicia, España.

Resumen: La medida de aberraciones oculares se ve afectada por los movimientos de fijación involuntarios. Estos movimientos introducen un sesgo significativo en los coeficientes estimados del frente de onda medidos. En este trabajo presentamos un estudio de robustez del Hartmann-Shack de apertura Sintética frente a estos movimientos en comparación con los sensores Hartmann-Shack tradicionales. La robustez del Hartmann-Shack sintético se manifiesta con mayor fuerza al aumentar la incertidumbre en la estimación de la posición del ojo.

Diferentes trabajos han puesto de manifiesto la relevancia de los movimientos involuntarios de fijación que se producen en el ojo durante la medida de aberraciones oculares [1-3]. Estos movimientos contribuyen significativamente, y directamente proporcional a la magnitud de los mismos, al aumento de la fluctuación en la dinámica de los coeficientes estimados así como sobre su valor medio [1]. En la medida de las aberraciones oculares se suele realizar más de una medida con el fin de realizar un promedio que de una estimación más adecuada de las aberraciones oculares del sujeto estudiado. Distintos trabajos han propuesto la necesidad de estimar los movimientos oculares que se producen durante las medidas con el fin de poder realizar la estimación de los coeficientes respecto a un mismo sistema de referencia, centrado con la pupila del ojo [1-3]. Así mismo se han propuesto distintas alternativas de procesado de datos, que van desde el extendido promediado de coeficientes estimados respecto a un sistema de referencia centrado en la pupila del ojo al sensor de frente de onda de apertura sintética [2]. En cualquiera de estos dos casos es necesario conocer la posición relativa entre la pupila del ojo y la matriz de microlentes que muestrea el frente de ondas.

En trabajos previos hemos comparado el método de promediado de coeficientes estimados con el de apertura sintética, pero considerando que la posición relativa entre el ojo y la matriz de microlentes se conocía sin error [2]. En este trabajo vamos a analizar la situación no ideal en la se comete un cierto grado de error en la medida de la posición relativa. Este análisis se va a realizar mediante evaluación numérica. Para ello se ha desarrollado un software que implementa la propagación del frente de onda que emana de la pupila del sujeto y atraviesa la matriz de microlentes hasta un plano de detección donde se registra la imagen de los focos para el posterior computo de sus centroides y cálculo de la derivada local del frente. Como parámetros que se pueden variar en el programa tenemos el número, tamaño y focal de las microlentes, el número de posiciones que permitimos al ojo para realizar el promedio o la composición de la apertura sintética, el ruido de lectura de la cámara, el número de fotones y la dispersión del medio ocular. Modificando algunos de estos parámetros estamos en disposición de analizar distintas relaciones señal ruido de la imagen aberrométrica.

Los resultados obtenidos muestran que el sensor de apertura sintética es más robusto frente a errores en la estimación de la posición relativa entre la pupila del ojo y la matriz de microlentes que el método de promediado de coeficientes estimados. También muestra la gran flexibilidad que aporta el sensor de frente de ondas de apertura sintética al diseño del sensor ya que permite aumentar tanto la relación señal ruido como el rango dinámica del sensor manteniendo el número de medidas de forma que se obtiene una estimación con menor error cuadrático medio del frente de ondas aberrado.

Referencias [1] J. Arines, E Pailos, P. Prado, S. Bará,”The contribution of the fixational eye movements to the variability of the measured ocular aberration”, Ophthalmic Physiol Opt., 29(3),281-7 (2009) [2] S. Bará, J. Arines, E. Pailos, Synthetic aperture wavefront sensing”, Opt. Eng. 53(6), 061703, 2013 [3] Aurea Garcia-Rissmann ; Caroline Kulcsár ; Henri-François Raynaud ; Yamina El Mrabet ; Betul Sahin ; Barbara Lamory , " Adaptive prediction of human eye pupil position and effects on wavefront errors", P roc. SPIE 7885, Ophthalmic Technologies XXI, 78851 (2011)

Custom computer eye model based on OCT.

Martinez-Enriquez, Eduardo1; Sun, Mengchan1; Velasco-Ocana, Miriam1; Perez-Merino, Pablo1; Marcos, Susana1.

1. Instituto de Óptica “Daza de Valdés” (CSIC), Madrid, España

Resumen: We built a customized computer model of the anterior segment of the eye based on Optical Coherence Tomography (OCT) measurements. We used this model to estimate wave aberrations in pseudophakic eye implanted with an aspheric intraocular lens (IOL) and compared them with experimental wave aberrations measured using custom-developed Laser Ray Tracing (LRT). There was an excellent correspondence (r=0.79; p<0.05) between measured and simulated wave aberrations, indicating that OCT-based models can be an excellent tool to investigate optical performance with new IOL designs.

Purpose: To build customized 3D eye models from OCT data in order to understand the relative contribution of anatomical factors and IOL design into optical quality.

Methods: The left eye of 65-year old patient implanted with an IOL (20.5D, CT Asphina 409M, Zeiss, Jena, Germany) was measured 90 days after cataract surgery. 3D OCT images of the anterior segment of the eye were obtained from a custom-developed spectral OCT, corrected for fan distortion [1] (arising from the scanning architecture) and optical distortion [2] (due to the refraction in the optical surfaces). Custom-developed image processing algorithms were applied for automatic structures detection. Anterior and posterior cornea and IOLs elevation maps were fitted by conics as well as 6th order Zernike polynomials, thus obtaining quantitative information of the anterior segment (corneal topography, thickness and radii; anterior chamber depth; IOL geometry, thickness, tilt and decentration). Wave aberrations were simulated in ZEMAX on the patient-specific eye model using the 3D OCT-based quantitative information. Total wave aberrations were measured using custom-developed Laser Ray Tracing at 785 nm laser beam sampled 35 positions of a 4-mm pupil.

Results: There was a significant correlation between simulated and measured wave aberrations (r=0.79;p<0.05), with a good correspondence in almost all Zernike coefficients. Corneal aberrations (computed from the anterior and posterior corneal elevation maps) were higher than the total aberrations, indicating a compensatory role of the aspheric IOL, not only in spherical aberration, but also in coma [3].

Conclusions: We have presented full OCT based customized computer eye model, able to reproduce the total wave aberrations experimentally measured with LRT. These models allow to investigate the contribution of anatomical factors and IOL geometry and position to visual quality.

Figure 1. Illustration of the computation of aberrations using quantitative OCT geometrical data in a customized computer

pseudophakic eye model.

Referencias 1. Ortiz, S., et al., Optical coherence tomography for quantitative surface topography. Applied Optics, 2009. 48: p.

6708-6715. 2. Ortiz, S., et al., Optical distortion correction in optical coherence tomography for quantitative ocular anterior

segment by three-dimensional imaging. Optics Express, 2010. 18: p. 2782-2796. 3. Marcos et al., Balance of corneal horizontal coma by internal optics in eyes with intraocular artificial lenses:

Evidence of a passive mechanisms. Vision Research, 2008. 48, 70-9.

Autofunciones de calidad de imagen en el ojo humano

Rafael Navarro1, Pablo Rodríguez1, Jos J. Rozema2 1.‐ICMA,ConsejoSuperiordeInvestigacionesCientíficas‐UniversidaddeZaragoza,FacultaddeCiencias,

Zaragoza,España2.‐DepartmentofOphthalmology,AntwerpUniversityHospital,Edegem,Belgium

Resumen: Se proponen funciones base ortogonales de mínima dimensionalidad (autofunciones) para representar las funciones de calidad óptica (función pupila generalizada) y de imagen (PSF y OTF) en una población de ojos humanos.

La calidad de un sistema óptico óptica suele determinarse a partir de funciones 2D, generalmente complejas, definidas bien en el plano de la pupila (aberración de onda, W, y/o función generalizada de pupila, P) bien el plano imagen (PSF) o bien en el dominio de frecuencias (OTF). Las métricas de calidad más comunes se derivan a su vez de estas funciones, si bien suelen ser demasiado simplistas (W RMS, razón de Strehl, etc.) Podrían desarrollarse métricas más significativas a partir de la descomposición de estas funciones 2D como combinaciones lineales de modos fundamentales, tal y como se hace para la aberración de onda (modos de Zernike) o la función pupila [1]. Nuestro objetivo es buscar bases ortogonales de dimensionalidad mínima para estas funciones.

Para ello se analizaron los datos de W en la base de polinomios de Zernike, obtenidos en 788 ojos normales. En primer lugar los datos experimentales se ajustaron a las correspondientes bases ortogonales consistentes en Zernikes complejos (PZC) para P; productos de funciones Bessel para la PSF [2]; y autocorrelaciones de CZPs para la OTF. La figura 1 muestra los primeros términos de la base para las OTFs. Para reducir la dimensionalidad se aplicó análisis de componentes principales (PCA) para las 4 funciones analizadas (W, P, PSF y OTF). La figura 2 recoge los primeros autovectores obtenidos para la OTF ocular.

Figura 1.- Primeros términos de la base ortogonal para OTFs: magnitud (izquierda) y fase (derecha).

Figura 2.- Media y primeros autovectores para las MTFs de OD (arriba) y OS (abajo) con pupila de 3mm.

Estos resultados muestran que es posible establecer bases ortogonales de dimensionalidad razonable (40-55 autovectores para explicar el 99% de la varianza total de nuestros datos) si consideramos HOAs en pupilas de 3mm. La dimensionalidad aumenta al incorporar el astigmatismo y considerar pupilas mayores (5mm, <250 autovectores). Referencias [1] Navarro R, Rivera R & Aporta J. “Representation of wavefronts in free-form transmission pupils with Complex Zernike Polynomials”, J Optom 4(2), 41 (2011) [2] Janssen AJ. “Extended Nijboer–Zernike approach for the computation of optical point-spread functions”. J Opt Soc Am A 19(5), 849 (2002).

La interferometría de difracción por orificio como procedimiento de medida de curvaturas locales de frentes de onda con ruido.

Eva Acosta1, Santiago Vallmitjana2, Isaac Ricart2, Salvador Bosch2

1. Departamento de Física Aplicada, Universidade de Santiago de Compostela, Facultade de Óptica e Optometría (Campus Vida), 15782 Santiago de Compostela (Spain)

2. Departament de Física Aplicada i Óptica, Facultat de Física, Universidad de Barcelona, 08028 Barcelona, (Spain)

Resumen: Dos son los propósitos fundamentales de este trabajo. Por una parte, proponer un algoritmo simple que partiendo de las segundas derivadas locales de la fase en un plano permite evaluar de forma precisa la forma de sus cáusticas. Por otra parte, proponer la interferometría de difracción por orificio (IDO) como método experimental que proporciona los valores de dichas derivadas y permite por tanto localizar experimentalmente la posición de las cáusticas.

Las cáusticas son patrones detallados de la luz refractada o reflejada en superficies refractantes o espejadas.

Proporcionan información de la calidad y del alineamiento de los distintos elementos de un sistema óptico. La superficie cáustica puede ser definida como la envolvente de un conjunto de rayos o como la posición de los centros de curvatura de un frente de onda [1]. La optimización de un sistema óptico se consigue cuando los parámetros del sistema se ajustan para que las superficies cáusticas colapsen en un punto; de aquí la importancia de la determinación del tamaño de las cáusticas y la necesidad de algoritmos sencillos y rápidos para su evaluación.

Para el desarrollo teórico admitiremos que la fase producida por un sistema óptico puede ser representada por una función continua de al menos clase 3. Por tanto, en base al teorema de Taylor [2], la fase podrá ser aproximada en un entorno de uno de sus puntos por un polinomio de orden dos, es decir, por una fase esferocilíndrica o astigmática [3]. Además, proponemos que la posición de las dos líneas focales obtenida a partir de los coeficientes que acompañan a los términos cuadráticos del desarrollo de Taylor, determinan el entorno de dos puntos de la cáustica. Por tanto, el muestreo de las curvatura locales en un plano de la fase de un frente de onda con aberraciones equivale al muestreo de las superficies de la cáustica.

Recientemente hemos demostrado que la IDO [4] puede proporcionar las curvaturas locales de la fase [5] en un plano alejando de la zona de cáusticas mediante el uso de un elemento (lamina IDO) que proporciona el haz esférico de referencia. El desplazamiento transversal de la lámina IDO permite generar en el plano de observación pequeñas regiones con franjas interferenciales elípticas centradas alrededor de un punto. Así, mediante el movimiento transversal de la lámina IDO se produce un muestreo de la fase en dicho plano. A partir de los tamaños de los ejes de la primera franja elíptica de intensidad mínima se evalúan las curvaturas locales de la fase y de aquí dos puntos de las cáusticas correspondientes.

Para demostrar la precisión del método (tanto la teórica como la práctica) hemos realizado un experimento de detección de cáusticas en una lente esférica calibrada para dos longitudes de onda. Al ser la lente calibrada, también hemos determinado las posiciones exactas de las cáusticas mediante trazado exacto de rayos. Se ha comprobado que la concordancia de resultados es muy notable, para las dos longitudes de onda consideradas.

Por último cabe destacar que el muestreo de la fase con este método experimental es apropiado para elementos ópticos con grandes aberraciones, lo que lo dota de un gran rango dinámico [6]. Incluso se ha demostrado su utilidad en presencia de mucho ruido de medida, como en el caso de sistemas ópticos constituidos por medios biológicos [7]. Referencias [1] O.N. Stavroudis, The mathematics op geométrical and physical optics, WILEY-VCH Weinheim 2006. [2] J.E. Marsden, A.J. Tromba, Vector calculus, 2nd ed., chapter 4.1. (W.H. Freeman & Co. S. Francisco, 1981). [3] C. Campbell, “Generalized Coddington equations found via an operator method” JOSA A, Vol. 23, Issue 7, pp. 1691-1697 (2006). [4] Linikk, V., “Simple interferometer for the investigation of optical systems,”C.R. Acad. Sci. USSR 1, 208-210 (1933). [5] Chamadoira, S., Blendowske, R. and Acosta, E. “Progressive Addition Lens Measurement by Point Diffraction Interferometry,” Optometry & Vision Science. 89(10):1532-1542, (2012). [6] Acosta, E., Chamadoira, S., and Blendowske, R. , “Modified point diffraction interferometer for inspection and evaluation of ophthalmic components. “ J. Opt. Soc. Am. A. 23 632-637 (2006). [7] Vallmitjana S, Ricart I, Bosch S, Gargallo A, Acosta E. “Point diffraction interferometry to measure local curvatures and caustics of noisy wave fronts: Application for determining optical properties of fish lenses” J. Eur. Opt. Soc. Rapid 10, 15010 (2015).

Interpretación geométrica del emborronamiento dióptrico y la magnificación en lentes oftálmicas

Sergio Barbero & Javier Portilla

Instituto de Óptica (CSIC), C/ Serrano 121, 28006, Madrid

Resumen: Presentamos un marco geométrico para estudiar la relación entre las matrices dióptricas y de magnificación que se evalúan con un nuevo método numérico basado en el trazado de tres rayos. Demostramos que, incluso en lentes asimétricas, existe una alta correlación entre el astigmatismo y la distorsión anamórfica y que el eje de máximo emborronamiento no tiene por qué coincidir con el de máxima distorsión.

Las imágenes vistas a través de lentes oftálmicas, para distintas líneas de mirada, están afectadas primordialmente por el emborronamiento y la magnificación no uniforme. Normalmente ambos tipos de degradación se describen para cada línea de mirada por medio de la teoría de primer orden de la óptica, usando en consecuencia las matrices de potencia dióptrica y la de magnificación. En este trabajo proponemos un método (refinamiento del de la Ref. [1]) unificado para calcular estas matrices y que se basa en trazar dos rayos cercanos al rayo que define la línea de mirada.

La matriz de magnificación N (asimétrica) se puede expresar mediante la descomposición polar como N=SR, donde R es una matriz de rotación y S una matriz simétrica. Definimos magnificación media y distorsión anamórfica [2] como la media y la diferencia de los valores propios de la matriz S. Y como ángulo de torsión al ángulo de la matriz de rotación R. Mediante simulaciones sobre diferentes tipos de lentes pudimos comprobar que para todos los casos el ángulo de torsión es despreciable por lo que adquiere sentido buscar correlaciones entre los pares de magnitudes geométricas: potencia media-magnificación media y astigmatismo-distorsión anamórfica, y entre los ejes de máximo emborronamiento y magnificación. Para estudiar estas relaciones utilizamos diferentes tests. Uno de ellos, con alto grado de asimetría, consiste en dos lentes acopladas formando un sistema de potencia ajustable [3]. Los resultados se pueden ver en la Figura 1.

Figura 1.- (a) Potencia media (D) (b) Astigmatismo (D) (c) Magnificación escalar (d) Distorsión anamórfica.

La figura muestra cómo, incluso en casos extremos de lentes muy asimétricas y con variaciones fuertes de

potencia con la línea de mirada, sigue existiendo una fuerte correlación entre, por un lado, potencia y magnificación media y, por el otro, entre astigmatismo y distorsión anamórfica. Por otro lado la dirección de máximo emborronamiento es cuasi-ortogonal a la dirección de máxima magnificación. Esto se debe a que es una lente negativa y que la potencia se hace más negativa al ir del centro a la periferia. Estos resultados conllevan implicaciones importantes para el diseño óptico de lentes oftálmicas. Referencias 1. Barbero, S., Computation of dioptric and magnification matrices in ophthalmic lenses. J. Europ. Opt. Soc. Rap. Public.,

2014. 9. 2. Rubinstein, J. and G. Wolansky, Differential relations for the imaging coefficients of asymmetric systems. JOSA-A, 2003.

20(12): p. 2365-2369. 3. Barbero, S. and J. Rubinstein, Adjustable-focus lenses based on the Alvarez principle. J. Op., 2011. 13(12): p. 125705.

Evaluación de la calidad visual con una lente intraocular multifocal antes de su implantación quirúrgica.

Anna Giner1, Mikel Aldaba1, Sergio O. Luque2, Maria Borrat3, Toni Salvadó3,

Montserrat Arjona1, Jaume Pujol1

1. CD6 (Centro de Desarrollo de Sensores, Instrumentación y Sistemas), Universitat Politècnica de Catalunya (Rambla Sant Nebridi, 10, 08222 Terrassa, Barcelona)

2. 10Lens S.L.U (Calle Júpiter 11, Loc.10, 08228 Terrassa, Barcelona) 3. Hospital Universitari Mútua de Terrassa (Placa del Dr. Robert, 5, 08221 Terrassa, Barcelona)

Resumen: Uno de los métodos usados para la corrección de la presbicia es la implantación quirúrgica de una lente intraocular multifocal (LIOM). Este tipo de lentes pueden comprometer la calidad visual del paciente pero hasta ahora solo se podía evaluar después de su implantación. En este trabajo evaluamos la utilidad de un nuevo instrumento clínico para determinar la calidad visual de un paciente con una LIOM antes de que sea implantada.

La presbicia es el defecto visual relacionado con la edad que se basa en la pérdida de la capacidad del ojo de enfocar objetos cercanos [1]. Dado que la presbicia cada vez afecta a más población, la búsqueda de como corregirla o solucionarla es un tema de gran interés. Uno de los métodos usados para su corrección es la implantación quirúrgica de una lente intraocular multifocal (LIOM) [2].

Recientemente, se ha empezado a comercializar un nuevo instrumento clínico denominado VirtIOL (IOLens S.L.U) que permite determinar la calidad visual de un paciente con una LIOM antes de su implantación. Dadas las ventajas que podría aportar en el campo clínico, el objetivo de este estudio ha sido realizar una primera evaluación de la utilidad del VirtIOL para estimar la calidad visual que tendrá el paciente una vez implantado.

Para llevar a cabo este estudio se midieron la Agudeza Visual (AV) y Sensibilidad al Contraste (SC) de 10 pacientes que iban a ser implantados con una LIOM en un ojo, y que ya llevaban implantada otra LIOM en el otro ojo. Todas las medidas se hicieron para visión lejana y cercana y sin dilatar. La AV fue medida a través de una carta de optotipo de Bailey Lovie de sistema decimal, y la SC fue obtenida con el test CSV1000.

El estudio se dividió en dos sesiones. En la primera sesión el paciente ya tenía un ojo implantado con la lente multifocal MPlus (Lentis® MPlus Oculentis®) y el otro ojo aún sin implantar. Al ojo no implantado se midieron la AV y la SC cuando observaba a través del VirtIOL con la lente MPlus introducida en el ojo artificial del instrumento y al ojo implantado se le evaluaba la calidad visual también a través del VirtIOL pero introduciendo una lente intraocular monofocal (ARTISAN® OPHTEC) en el ojo artificial. En la segunda sesión, se midieron las AVs y las SCs de ambos ojos a ojo desnudo. Además, durante la primera sesión se hizo una comparación subjetiva de la percepción visual al observar una letra y una luz puntual entre el ojo implantado y el no implantado. Los valores comparativos estaban comprendidos entre 0 y 5, siendo 0 diferentes y 5 iguales.

Dado que la distribución de los datos no era normal, todos los resultados de las diferencias entre la primera y la segunda sesión para cada ojo se han expresado como mediana y diferencia entre cuartiles (Me (Q3, Q1)) y han sido los siguientes: las diferencias entre AV en visión lejana y en visión cercana han sido: 0.10(0.20, 0.00) y 0.10(0.23, 0.08) en el ojo implantado en la segunda sesión y 0.00(0.20, 0.00) y 0.00(0.03, 0.00) en el ojo implantado desde la primera sesión. En el caso de cada una de las cuatro frecuencias en las que se ha evaluado la sensibilidad al contraste a 3, 6, 12 y 18 ciclos/º han sido: 0.37(0.46, -0.15), 0.39(1.42, 0.00), 0.60(1.08, 0.00) y 0.47(0.51, 0.023), respectivamente, para el ojo implantado en la segunda sesión y 0.15(0.39, -0.04), 0.26(0.71, -0.08), 0.61 (1.08, 0.00) y 0.24(0.51, 0.00) para el ojo implantado desde la primera sesión. En el caso de la comparación subjetiva de la percepción visual fue: 3.00 (4.00, 3.00) y 2.00 (3.00, 2.00) para visión lejana y cercana respectivamente comparando una letra, y de 3.00 ± (4.00, 2.00) y 2.00 (3.00, 2.00) en la comparación de una luz puntual.

A partir de estos resultados podemos decir que el nuevo instrumento VirtIOL es una herramienta útil para evaluar la calidad visual del paciente con una LIOM antes de la implantación. Probablemente las diferencias encontradas entre el implante virtual y el real están asociadas a los posibles problemas de opacificación del cristalino habituales en el rango de edad en el que se encuentran los pacientes. Referencias [1]. Glasser A, Campbell MCW. “Presbyopia and the optical changes in the human crystalline lens with age.” Vision Res, 38 (2): 209 – 29 (1998). [2] Orchowsky, M., Simpson, M.; Multifocal intraocular lenses; Capítulo 3, “Lentes intraoculares Bifocales, multifocales y acomodativas en cirugía del cristalino”, 1ª Edición, SECOIR, MAC LINE, S.L (2007).

Testing vision with angular and radial multi-zone multifocal designs using Adaptive Optics

Maria Vinas, Carlos Dorronsoro, Aiswaryah Radhakrishnan and Susana Marcos

Instituto de Óptica, Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), Madrid, España

Summary: Multifocal vision corrections are increasingly used solutions to correct for presbyopia. We evaluated the effect on vision of multi-zone multifocal designs, radial and angular, for far, intermediate and near distances, while controlling the subject’s ocular aberrations using a custom-made Adaptive Optics (AO) system. We identified the optimal multifocal correction for each patient and the effects of interactions of the natural aberrations of the eye. Objective: Multifocal vision corrections are increasingly used solutions to correct for presbyopia [1]. These solutions usually aim at producing different foci for different distances or at expanding the ocular depth-of-focus by increasing spherical aberration or different combinations of optical aberrations [2-4]. In a recent study, simulations of thru-focus optical performance of multi-zone phase patterns, (2-5 zones of varying power: +3 D maximum power) distributed either angularly or radially [5], were explored and found better optical performance for angular over radial designs. In this study we explored experimentally the effect of multi-zone multifocal designs (angular & radial, 2-4 zones) on vision, using a custom-made AO system. Methods: 6 segmented multifocal designs were simulated by a phase-only reflective spatial light modulator incorporated in a custom-developed Adaptive Optics (AO) system, which included a Hartmann-Shack sensor and an electromagnetic deformable mirror, to measure and correct the eye’s aberrations (HOA). Light source from a supercontinuum laser was used for wavefront sensing (827nm) and to monochromatically illuminate (555nm) a natural visual stimulus on a Digital Micro-mirror Device (DMD). The multifocal phase designs had 2 to 4 zones of progressive power (0 to +3D) in either radial or angular configurations. A psychophysical paradigm was performed under natural HOA and under AO-correction. In the psychophysical paradigm the subject judged the better perceived image (first or second) from pairs of images viewed through different multifocal patterns (a total of 240 pairs, randomly presented), providing a weighted response (±10, 5 & 1). Patterns were graded according to the weighted perceived visual quality responses for far vision. Results: For far distance, 85.76% of the perceptual responses were statistically significant (p<0.05; i.e. higher than chance). On average, radial profiles provided better perceived quality (495±59) than angular profiles (-468±61). However, in the presence of HOA, 2 subjects consistently scored higher the angular patterns, a trend that disappeared upon HOA correction. With HOA correction there was a statistically significant correlation (p<0.05) between optical quality (VS) and perceived quality (scores) in 6/8 subjects. There was a trend for 2-zone patterns to provide better quality (perceived & optical) than 3 and 4 zones, which was statistically significant (p<0.05) with HOA correction. Conclusion: Visual simulation with AO allows identifying the optimal multifocal correction for a patient and the effects of interactions of the natural aberrations. Aberrations play a significant role in perceived visual quality across different multifocal patterns. References [1] Glasser, A., M.A. Croft, and P.L. Kaufman, “Aging of the human crystalline lens and presbyopia”. Int Ophthalmol Clin. .

41(2): p. 1-15. (2001). [2]. de Gracia, P., Dorronsoro, C., Gambra, E., Marin G, Hernández M, and Marcos S. “Combining coma with astigmatism

can improve retinal image over astigmatism alone”. Vision Res, 50(19): p. 2008-14 (2010). [3] Yi, F., D.R. Iskander, and M. Collins, “Depth of focus and visual acuity with primary and secondary spherical

aberration”. Vision Res, 51(14): p. 1648-58. (2011). [4] Marsack, J.D., L.N. Thibos, and R.A. Applegate, “Metrics of optical quality derived from wave aberrations predict visual

performance”. J Vis,. 4(4): p. 322-8. (2004). [5] de Gracia, P., C. Dorronsoro, and S. Marcos, “Multiple zone multifocal phase designs”. Opt Lett,. 38(18): p. 3526-9

(2013)

Topografía del cristalino del ojo en función de la acomodación mediante OCT 3-dimensional cuantitativo

Velasco-Ocana, Miriam1; Perez-Merino, Pablo1; Martinez-Enriquez, Eduardo1; Marcos,

Susana1. 1. Instituto de Óptica “Daza de Valdés” (CSIC), Madrid, España

Resumen: Hemos medido in vivo los cambios topográficos del cristalino del ojo con la acomodación (0- 6 D) en 7 cristalinos de 4 sujetos jóvenes, mediante un sistema de tomografía de coherencia óptica (OCT) 3D de desarrollo propio, dotado de sistemas de corrección de distorsiones óptica y de barrido [1]. Existen cambios significativos (p<0.05) HOAs, además de cambios en astigmatismo, coma y trefoil en ambas superficies del cristalino con la acomodación.

Objetivo: Analizar in vivo los cambios topográficos de las superficies anterior y posterior del cristalino con la acomodación.

Métodos: Se utilizó un OCT de dominio espectral de desarrollo propio que permite cuantificar geométricamente el segmento anterior del ojo[1][2]. El Se midieron 7 cristalinos de 4 sujetos no présbitas (31±3 años de edad) en 5 estados acomodativos: de 0 a 6 D (en pasos de 1.5D). Se capturaron imágenes 3D: 5 del cristalino y 5 de córnea por cada estado acomodativo, con una densidad de 300x50 A-scans/B-scan (11x11mm2) y resolución axial de 6.4μm. El ajuste de las superficies se realizó con polinomios de 6º orden. Se cuantificó la profundidad de cámara anterior (ACD), el espesor de cristalino (ThL), radios de córnea y cristalino, y términos de alto orden de las superficies del cristalino (RMS de alto orden, astigmatismo, coma, trefoil y esférica).

Resultados: La RMS-HOAs de la superficie posterior es significativamente mayor que la de la superficie anterior (x2.92; p<0.05). El eje del astigmatismo de la cara anterior de la lente presenta un alto grado de alineamiento con respecto al astigmatismo corneal (<13deg). Sin embargo, el ángulo formado entre el astigmatismo de la cara anterior y posterior del cristalino difiere en 26deg [3]. : El radio de curvatura de las superficies anterior y posterior del cristalino disminuyó 0.61±0.15 y 0.15±0.06 mm/D respectivamente con la acomodación, la ACD disminuyó 0.04±0.01mm/D y el ThL aumentó 0.05±0.01mm/D. El astigmatismo es la aberración predominante en ambas superficies del cristalino (65% anterior, 56% posterior). No existen diferencias estadísticamente significativas en los coeficientes de alto orden (HOAs) entre la superficie anterior y posterior de la lente (correlación: r=0.38, no acomodado; r=0.52, 6D de acomodación). Astigmatismo, coma y trefoil cambian con la acomodación en ambas superficies en factores de x1.1, x1.3 y x1.4. Los cambios en la esférica con la acomodación son superiores en la superficie anterior (x2.5 vs x1.15).

Conclusiones: El OCT cuantitativo permite evaluar en 3D los cambios del cristalino con la acomodación y estudiar la implicación del cristalino en la óptica del ojo. Este estudio confirma y amplía resultados previos de nuestro laboratorio sobre cambios del cristalino con la acomodación ex vivo [3].

Figura 1.- Diferencias en la topografía de la cara anterior y posterior de cristalino (S#1 OS) en dos estados acomodativos: no

acomodado (izquierda) y máxima acomodación (6D, derecha).

Referencias 1. Ortiz, S., et al., In vivo human crystalline lens topography. Biomed Opt Express, 2012. 3(10): p. 2471-88. 2. Gambra, E., et al., Static and dynamic crystalline lens accommodation evaluated using quantitative 3-D OCT.

Biomed Opt Express, 2013. 4(9): p. 1595-609. 3. Sun, M., et al., OCT 3-D surface topography of isolated human crystalline lenses. Biomed Opt Express, 2014.

5(10): p. 3547-61.

Human Pupillary Light Reflex: responses to light between 420 and 500 nm M.A. Bonmatí-Carrión1, K. Hild2, C. Isherwood3, B. Middleton3, S. Sweeney2, V.L.

Revell3, D.J. Skene3, M.A. Rol1, J.A. Madrid1

1Chronobiology Laboratory. Department of Physiology.University of Murcia, 30100.

Espinardo. Murcia (Spain). IMIB-Arrixaca. 2Advanced Technology Institute and Department of Physics, University of Surrey, Guildford, Surrey, GU2 7XH

3Chronobiology, Faculty of Health and Medical Sciences, University of Surrey, Guildford, Surrey, UK.

Summary: The pupillary light reflex was assessed in 13 healthy young subjects under nine monochromatic, photon matched, 5-min light stimuli, ranging in 10nm increments from λmax 420 to 500 nm. Area Under the Curve (AUC) analysis revealed significantly greater pupil constriction with 470 and 480 nm compared to 420 nm light, and with 470 and 490 nm compared to 430 nm light (p< 0.05). Higher α-melanopic-lux induced a greater constriction response, especially during the first minute. For the first minute of light (which assesses the acute effects of light on PLR), there was a progressive increase in pupil constriction from 420 to 490 nm light. These results are in accordance with Gooley et al (2012) [1]. During the last minute of light (sustained response), a significant effect of wavelength was also found (ANOVA, p<0.05), achieving the lowest AUC under 460 nm light stimulus (Bonferroni post-hoc revealed a trend, p=0.056). When the light stimuli used in the current studywere analyzed using the Irradiance Toolbox (v1) [2], the lights with a higher α-melanopic-lux induced a greater constriction response, especially during the first minute of light. In conclusion, the acute response of the pupil to light best mirrors the α-melanopic-lux profile.

Figure 1.-Area under the curve during the first (0-60s) and last (240-300s) minute of light exposure.

Figure 2.-α-opic lux parameter, indicating the activation proportion for each photoreceptor and light condition.

References [1] Gooley, J. J., Mien, I. H., Hilaire, M. A. S., Yeo, S., Chua, E. C., Reen, E. Van, et al. "Melanopsin and Rod – Cone Photoreceptors Play Different Roles in Mediating Pupillary Light Responses during Exposure to Continuous Light in Humans", J Neurosci, 32, 14242 (2012) [2] Lucas, R. J., Peirson, S. N., Berson, D. M., Brown, T. M., Cooper, H. M., Czeisler, C. A., et al . "Measuring and using light in the melanopsin age".Trends in Neurosciences, 37, 1(2014).

Adaptive optics multiphoton microscopy as a promising

tool to image ocular tissues in a non-invasive manner

Juan M. Bueno, Martin Skorsetz, Geovanni Hernández and Pablo Artal

Laboratorio de Óptica, Universidad de Murcia, Murcia

Resumen: Multiphoton microscopy (MPM) is being used in all major areas of biomedical research. It provides high-resolution visualization of non-stained tissues with reduced photodamage. However, optical aberrations limit the performance of this technique especially at deeper layers within the sample. Here we present recent advances in adaptive optics MPM to overpass this and improve both resolution and contrast in ocular tissue imaging.

The combination of microscopy techniques and ultrafast lasers to produce nonlinear signals has opened new research opportunities in Biomedicine [1]. In multiphoton (or nonlinear) microscopy MPM two infrared photons are simultaneously absorbed by the tissue and one visible is emitted. Two-Photon Excitation Fluorescence (TPEF) and Second-Harmonic Generation (SHG) are well-established non-invasive methods used for imaging and mapping sub-cellular biological structures without the need of staining procedures [1, 2]. This technique provides intrinsic optical sectioning capabilities and allows 3D analysis and volume rendering. However, MPM imaging is also affected by aberrations (laser beam, microscope optics and specimen itself). These reduce the quality of the images, in particular those corresponding to deeper planes within the sample. In the last years, the implementation of adaptive optics (AO) approaches into MPM techniques have helped to overpass the unwanted effect of aberrations on the image quality of the specimens under study [3, 4].

In our lab, a custom-made AO-MPM device has been developed to improve biological tissue imaging, in particular those of the eye [4]. A deformable mirror with a Hartmann-Shack sensor (working in closed-loop), and a liquid-crystal spatial light modulator (in sensor-less mode) have been used to investigate the effects of aberrations when visualizing ocular tissue structures. Along this presentation the last advances in AO-MPM imaging, both TPEF and SHG, will be shown. Although deterministic hill climbing algorithms are reliable, other local search algorithms such as stochastic parallel gradient descent and simulated annealing are also of interest. The influence of the field-of-view and the order of the Zernike modes in the correction will be analyzed. Moreover, the increase in depth-of-focus by using spherical aberration correction [5] as well as Bessel beams will be also explored. Results show that AO approaches yield substantial improvements of the quality of images obtained with MPM. The combination of AO and MPM might bring new challenges in the field of Biomedicine in general, and in ophthalmic imaging in particular.

Figura 1.- TPEF images of an epiretinal membrane before (a) and after aberration correction (b).

The inset corresponds to the wavefront map used to improve the image. Bar length: 25 Pm. Referencias [1] W. Denk, J. H. Strickler, and W. W. Web, “Two photon laser scanning fluorescence microscopy,” Science 248, 73 (1990). [2] P. J. Campagnola, H. A. Clark, W. A. Mohler, A. Lewis, and L. M. Loew, “Second-harmonic imaging microscopy of living cells,” J. Biomed. Opt. 6, 277 (2001). [3] D. Débarre, E. J. Botcherby, T. Watanabe, S. Srinivas, M. J. Booth, and T. Wilson, “Image-based adaptive optics for two-photon microscopy,” Opt. Lett. 34, 2495 (2009). [4] J. M. Bueno, E. J. Gualda, and P. Artal, “Adaptive optics multiphoton microscopy to study ex-vivo ocular tissues,” J. Biom. Opt. 15, 066004 (2010). [5] J. M. Bueno, M. Skorsetz, R. Palacios, E. J. Gualda, and P. Artal, “Multiphoton imaging microscopy at deeper layers with adaptive optics control of spherical aberration,” J. Biom. Opt. 19, 011007 (2014).

Estudios psicofísicos en el rango mesópico: Líneas de investigación

Beatriz M. Matesanz1, Isabel Arranz1, Alejandro H. Gloriani1, Pablo A. Barrionuevo2, José A. Menendez3, Luis Issolio4, Santiago Mar1, Juan A. Aparicio1

1. Departamento de Óptica, Universidad de Valladolid, 47011 Valladolid, Spain 2. Department of Ophthalmology and Visual Sciences. University of Illinois. Chicago, IL 60612, USA

3. Departamento de Estadística, Universidad de Valladolid, 47011 Valladolid, Spain 4. Departamento de Luminotecnia, Luz y Visión, Universidad de Tucumán, Tucumán, Argentina

Resumen: El grupo de Ciencias de la Visión ha centrado su investigación en el estudio del sistema visual

humano dentro del rango mesópico. En esta línea se han medido umbrales de detección y tiempos de reacción, en distintas condiciones de excentricidad, campo de adaptación y estímulo, con el fin de desarrollar modelos que permitan comprender tanto mecanismos de adaptación principalmente receptorales como aspectos prerreceptorales ligados al envejecimiento ocular.

Introducción: El grupo estudia el comportamiento retiniano en el rango mesópico donde conos y bastones

están funcionalmente activos. Un campo de adaptación pequeño permite valorar la localidad de la respuesta, especialmente compleja en este caso. Se han medido umbrales de detección en diferentes condiciones de tamaño de campo y estímulo y para diferentes excentricidades con el fin de desarrollar un modelo que permita comprender los mecanismos de adaptación principalmente receptorales. Sin embargo, no se puede obviar que los aspectos prerreceptorales pueden causar variación en la detección del umbral. En esta línea se ha estudiado como pueden afectar los cambios oculares prerreceptorales propios de la edad a esta función dependiendo del tipo de lámpara utilizada [1].

Método: Las medidas han sido realizadas con un dispositivo de doble visión maxweliana explicado en

estudios previos [2]. Las medidas de luminancia umbral fueron efectuadas con una lámpara halógena para 3 sujetos jóvenes con medios oculares transparentes, para diferentes condiciones de tamaño de campo y estímulo, para excentricidades de 0º a 15º y con campos estables y transitorios, desde 0.06 hasta 110 cd/m2. Para valorar los efectos de la edad se midieron umbrales con una lámpara de halogenuros metálicos (HM) y otra de sodio de alta presión (HPS), para tres grupos de edad: joven, media, y avanzada, ante campos estables con luminancias de 0.01 hasta 3.4 cd/m2, en fóvea y en 10º de excentricidad.

Resultados: Las medidas de luminancia umbral para campos estables de 10º cumplen la ley de Weber en

todas las excentricidades, pero con un campo de 1º se produce un aumento de los umbrales mayor en el rango mesópico que rompe este comportamiento y que puede ser originado por la interacción entre conos y bastones. Si el campo es transitorio el umbral aumenta especialmente en fóvea. Se ha desarrollado un modelo que ajusta a los datos y que implica diferentes mecanismos de adaptación. Por otro lado en fóvea el contraste umbral no depende ni del iluminante ni de la edad, pero en 10º de excentricidad y 0.01 cd/m2, donde los bastones predominan, el contraste umbral es menor para lámparas MH que para lámparas HPS en sujetos jóvenes, ocurriendo lo contrario para sujetos de mayor edad.

Conclusiones: El aumento de los umbrales producido por campo estable de 1º en el rango mesópico, es

explicado bien por una disminución del control de ganancia o por un aumento del ruido. Cuando además el campo es transitorio, en el fotópico, el sitio del control de ganancia cambia. Para controlar independientemente los 4 tipos de fotorreceptores se ha diseñado un fotoestimulador que permitirá determinar su contribución en las distintas condiciones de medida y en los mecanismos de adaptación. El contraste umbral para las lámpara MH es mayor en sujetos mayores, ya que la difusión intraocular generada en los medios prerreceptorales provoca un aumento del contraste más marcado por la falta de sensibilidad direccional de los bastones, que les hace más sensibles a dicha difusión intraocular. Actualmente está siendo valorado el tiempo de reacción en sujetos con cambios en la trasparencia ocular y operados de cataratas con diferentes tipos de lentes intraoculares. Los resultados permiten estudiar la influencia de los aspectos prerreceptorales en la función visual y el mecanismo de ganancia de contraste. Agradecimientos: Financiación concedida por el Ministerio de Interior (SIPIP20141271). Referencias [1] Vos, JJ. (2003). On the cause of disability glare and its dependence on glare angle, age and ocular pigmentation. Clin Exp Optom, 86: 6: 363–370 [2] Matesanz BM, Issolio L, Arranz I, De la Rosa C, Menéndez JA, Mar et al. Temporal retinal sensitivity in mesopic adaptation. Ophthalmic Physiol Opt 2011; 31(6): 615-624 [3] Latch M & Lennie P. Rod cone interaction in light adaptation. J Physiol-London 1977; 269: 517-534

Valoración de la función visual y cromática de un modelo roedor de degeneración retiniana

Segura FJ1,2, Sánchez-Cano A2,3, Pinilla I1,2,4

1 Departamento de Cirugía, Ginecología y Obstetricia, Universidad de Zaragoza (España) 2 Instituto Investigación Sanitaria de Aragón (España)

3 Departamento de Física Aplicada, Universidad de Zaragoza (España) 5 Servicio de Oftalmología, Hospital Universitario Lozano Blesa, Zaragoza (España).

Resumen: En el presente trabajo se analiza la función visual de un modelo animal de degeneración retiniana en diferentes condiciones de iluminación. Se observó un empeoramiento de la función visual con la edad, umbrales mínimos de agudeza visual y sensibilidad al contraste independientes de la luminancia, color del filtro y degeneración retiniana, así como diferencias menores a las esperadas con el uso de filtros de color.

El objetivo del estudio es evaluar la respuesta de los fotorreceptores de las ratas P23H pigmentadas y ratas

LE control para identificar la contribución relativa de conos y bastones usando pruebas funcionales bajo diferentes condiciones de iluminación.

La rata transgénica P23H es un modelo animal de Retinosis Pigmentaria, muy utilizada debido a su degeneración retiniana y a su fácil evaluación con pruebas funcionales. Se realizó una valoración de los parámetros funcionales visuales mediante electrorretinogramas y el sistema OptoMotry [1-2], que proyecta líneas en un cilindro virtual mientras el roedor es monitorizado con una cámara de vídeo. Las rata P23H línea 1 (n=8) fueron testados a diferentes edades (30, 150 y 240 días) y los resultados comparados con las ratas control LE, con una correcta función de los fotorreceptores.

Los picos de máxima respuesta de los conos S (358 nm) y ML (509 nm) de la rata son conocidos, así como el de los bastones (500 nm). Se seleccionaron filtros de color en función de estos valores. El filtro morado permitió una buena transmitancia entre 370-480 nm y después de 590 nm, para minimizar la respuesta de los conos ML. El filtro verde fue elegido con una curva de transmitancia similar a los conos ML. El filtro rojo daba un buen valor de transmitancia más allá de los 570 nm. La transmitancia total fue 69,82%, 23,56% y 13.76% para el filtro verde, rojo y morado respectivamente. Se utilizaron filtros de densidad neutra (12%) en combinación con los anteriores para reducir la luminancia del estímulo.

Se observó una disminución en la función visual en función de la edad en las ratas P23H. La agudeza visual alcanzó valores de 0,445 ciclos/° a los 30 días, 0,424 ciclos/° a los 150 días y 0,347 ciclos/° a los 240 días, respecto a 0,542 ciclos/° en el grupo de las ratas control. Resultados similares se encontraron en la sensibilidad al contraste. Picos de 39,86 (30 días), 31,11 (150 días) y 31,54 (240 días) se obtuvieron para medidas sin filtro en ratas P23H, respecto a 52,63 en ratas control para una frecuencia especial de 0,089 ciclos/°. No obstante, valores mínimos de agudeza visual (0,300 ciclos/°) y sensibilidad al contraste (valor 30 o 3,3%) se ecnontraron en las edades avanzadas de las ratas P23H.

Considerando los resultados de las pruebas con filtros de color, se encontraron ligeras diferencias de agudeza visual en las ratas P23H (0,042 ciclos/° a los 30 días, 0,020 ciclos/° a los 150 días y 0,040 ciclos/° a los 240 días, entre las medidas sin filtro y el peor resultado con filtros de color). Se encontraron mayores diferencias en el grupo control (de 0,542 ciclos/° sin filtro a los 0,346 ciclos/°, el peor resultado con filtros de color). La misma tendencia se observó en las curvas de sensibilidad al contaste.

En conclusión, la rata P23H presenta un empeoramiento de la función visual con la edad. Se detectan umbrales mínimos de agudeza visual y sensibilidad al contraste independientes de la luminancia, color del filtro y degeneración retiniana, así como diferencias menores a las esperadas con el uso de filtros de color. El uso de filtros en pruebas funcionales podría minimizar el daño retiniano asociado a la luz en las ratas.

Referencias [1] Prusky GT, Alam NM, Beekman S, Douglas RM. “Rapid quantification of adult and developing mouse spatial vision using a virtual optomotor system”. Invest Ophthalmol Visual Sci. 2004;45(12):4611-6. [2] Douglas RM, Alam NM, Silver BD, Mcgill TJ, Tschetter WW, Prusky GT. “Independent visual threshold measurements in the two eyes of freely moving rats and mice using a virtual-reality optokinetic system”. Vis Neurosci. 2005;22(5):677-84.

Simposio de Ciencias de la

Visión (póster)

Pan-corrección de astigmatismo en combinación con miopía, hipermetropía

y presbicia mediante el uso de una lámina de fase cúbica

ACitlalli Almaguer, Eva Acosta y Justo Arines

Department, AppliedPhysics (area of Optometry), Facultad de Óptica e Optometría, Campus Vida, Universidad

de Santiago de Compostela, España

Resumen: En este trabajo se evalúa el uso de una determinada lámina de fase-cúbica para

corregir astigmatismo de distinta magnitud y orientación en presencia de miopía,

hipermetropía o presbicia, permitiendo reducir la fabricación de elementos ópticos en cuanto

a intervalos de potencias y ejes en lentes de contacto u intraoculares. Los resultados muestran

que con una misma lámina se pueden corregir astigmatismos de cualquier orientación y

variación en la magnitud de 1 dioptría.

I.- Introducción y metodología

Las láminas de fase cúbica (LFC) son usadas con regularidad para aumentar la profundidad de foco y

corregir aberraciones [1-4]. Sus aplicaciones más comunes utilizan un postprocesado digital para obtener una

mejor imagen. El presente trabajo se centra en evaluar el uso de LFC en ojos présbitas con astigmatismo simple.

El astigmatismo es un defecto visual en que se obtiene una visión borrosa y distorsionada tanto de lejos

como de cerca, mientras que la presbicia es la perdiendo claridad en la visión cercana asociada a la edad. Se

presenta en el 100% de la población entre los 45 y 50 años de edad. Para mejorar la agudeza visual (AV) de

présbitas con astigmatismo, lo más común es el uso de lentes oftálmicas (bifocales o progresivas) o de lentes de

contacto (LC)(Monovisión, Visión simultánea, Monovisión modificada). La desventaja de estas opciones es la

dificultad para obtener una buena visión tanto cercana como lejana con la menor perdida de nitidez y contraste,

así como la necesidad de fabricar un elevado número de elementos con el fin de corregir las multiples

combinaciones de potencia, eje y adición que se pueden presentar. En este trabajo valoramos el uso de las LFC

como elemento pan-corrector (corrector de magnitudes y ejes en un amplio rango) de estas ametropías.

Para este trabajo utilizamos un ojo artificial miope formado por un diafragma variable, una lente 25,4 mm

de distancia focal, un objetivo 3x y un detector CCD; Lentes esfero cilíndricas de 1, 2, 3, 4, 5 y 6 dioptrías, opto-

tipos adecuados para 0,4m, 0,6m, 1m y 6m y una LFC de 10x10 mm2 con el máximo hundimiento de

aproximadamente 1,8 mm. Se tomaron imágenes con cada dioptría a 0º , 30º , 45º y 60º, a cada distancia con las

pupilas de 3 mm, 5 mm y 7 mm, con y sin LFC y con el sistema enfocado a 0,4 m 0,6 m, 1 m y 6 m.

III.- Resultados y Conclusiones Se obtuvieron un total de 2304 imágenes, en todos los casos la imagen mejora de manera considerable al colocar

la LFC respecto a la observación con ojo desnudo. Se pierde contraste al aumentar el tamaño de la pupila y con

la colocación de la LFC, el aumento de dioptría no afecta de manera significativa a la imagen obtenida con LFC.

Se consigue una corrección comparable para un rango de variación en el eje del astigmatismo de 180º y hasta 1D

en potencia.

Figura 1.- Imagen con un ojo de 3mm de pupila enfocado a 45cm observando

el opto-tipo a 6 m de distancia. A) Sin la LFC y b) Con la LFC

El uso de la LFC es una posible solución para aumentar la AV de personas con problemas de presbicia y

astigmatismo y obtener una lente de contacto o intraocular que permita corregir distintos grados de potencia y

eje de astigmatismo en presencia de distintas magnitudes de miopía, hipermetropía o presbicia.

Referencias [1] J. Arines, R. Hernandez, S. Sinzinger, A. Grewe, and E. Acosta, "Wavefront-coding technique for inexpensive and robust

retinal imaging," Opt. Lett. 39, 3986-3988 (2014).

[2] C. Toxqui-Quitl, Eva Acosta, Justo Arines y A. Padilla-Vivanco. “Optimized restoration of wavefront coded images”.

Proc. SPIE 9192, Current Developments in Lens Design and Optical Engineering XV, 91921J (2014).

[3] E. Dowski and W. Cathey, "Extended depth of field through wave-front coding," Appl. Opt. 34, 1859-1866 (1995).

[4] E.R. Dowski and G. J. Johnson. Wavefront coding: A modern method of achieving high performance and/or low cost

imaging systems. Proc. SPIE 3779, Current Developments in Optical Design and Optical Engineering, 1999

Umbrales de contraste mesópico en iluminación urbana. Efecto de la edad y de la composición espectral

Arranz I1, Matesanz BM1, Issolio L3, Silva B3, Colombo EM3, Menéndez JA2, Mar S1 and

Aparicio JA1 1Departamento de Física Teórica, Atómica y Óptica, Universidad de Valladolid, Valladolid, Spain.

2Departamento de Estadística e Investigación Operativa, Universidad de Valladolid, Spain. 3Instituto de Luz, Ambiente y Visión, Universidad Nacional de Tucumán, San Miguel de Tucumán, Argentina

Resumen: Los modelos de sensibilidad espectral mesópica no contemplan la edad del observador como parámetro. Se presenta un trabajo experimental donde se demuestra que la variación del contraste umbral con la luminancia de fondo en retina excéntrica tiene una dependencia funcional diferente con la luminancia de fondo para sujetos de distintos grupos de edad. Se explican estos resultados a la luz de diferentes fenómenos ópticos y de la dominancia de conos y bastones en la detección de la luz.

Introducción. Los niveles de luminancia bajo los que se desarrolla la circulación urbana nocturna se

encuentran en el rango de 0.3 a 3 cd/m2. La variación de la sensibilidad en estas condiciones es analizada por modelos de sensibilidad espectral mesópica. Dentro de los factores que pueden jugar un papel importante se encuentra el tipo de tarea, la luminancia y cromaticidad de la escena visual, la localización retiniana y también el tipo de iluminante. Sin embargo, es reseñable que estos modelos han sido desarrollados para sujetos jóvenes. En este estudio, hemos analizado el efecto de la edad y el tipo de iluminante en los umbrales de detección acromáticos.

Dispositivo experimental. Las medidas se han llevado a cabo con un sistema de doble visión maxwelliana. Los detalles del dispositivo experimental se recogen en una publicación previa [1]. Tres grupos de edad (jóvenes 24, 26 años, edad media 41, 43 y mayores 64, 65), dos fuentes de luz diferentes (halogenuros metálicos MH, S/P = 1.17, CT = 2800K y sodio de alta presión HPS, S/P = 0.48 y CT = 2000 K), dos localizaciones retinianas (fóvea y 10º de retina temporal) y cuatro luminancias de fondo (Lb = 0.01, 0.07, 0.45 y 3.4 cd/m2) fueron consideradas en la medida de contrastes umbrales acromáticos. Resultados y discusión. En visión foveal los umbrales de detección no están influenciados por variables como el tipo de iluminante o edad. En visión excéntrica y condiciones de baja luminancia de fondo (10º y 0.01cd/m2), las diferencias de contraste umbral (DCu) entre lámparas HM Y HPS, definidas como DCu = Cu HM – Cu HPS, son positivas para los sujetos mayores, mientras esta situación es la opuesta en jóvenes. En estas condiciones, la detección y la adaptación están dominadas fundamentalmente por los bastones. En los jóvenes, la mayor sensibilidad espectral de este tipo de fotorreceptores a longitudes de onda corta proporciona umbrales de detección menores para lámparas MH que para lámparas HPS siendo la diferencia de contrastes DC negativa. En el grupo de los sujetos mayores ocurre lo contrario. Las variaciones ópticas y neurales propias de la edad conducen a un declive de la función visual con cambios en el sistema de los conos-S, la disminución tanto de la población como de la sensibilidad de los bastones y un amarilleamiento del cristalino que reduce la transmisión de la luz azul que alcanza la retina [2]. Por otro lado, la difusión intraocular generada en los medios prerreceptorales también aumenta con la edad y reduce la iluminación retiniana y el contraste, manifestándose un importante incremento en los umbrales de detección de contraste. Este aumento es observado, en particular, en muy bajas luminancias donde los bastones son más sensibles a dichos efectos por su falta de selectividad direccional, mientras que a medida que aumenta Lb, el efecto no es tan significativo debido a que la detección es mayoritariamente debía a los conos, los cuales sí poseen una alta selectividad a la dirección de la luz incidente (efecto Stiles – Crawford) [3]. Esto es consistente con el hecho de que aumenten los umbrales de detección en personas mayores para lámparas con mayor contenido en bajas longitudes de onda.

Conclusión. Podemos concluir que la edad influye en los umbrales de contraste acromático para aquellas lámparas con un significativo contenido espectral en longitudes de onda cortas, dentro del rango mesópico y para visión excéntrica. Por este motivo, la edad debería ser incluida como un parámetro en los modelos de sensibilidad espectral mesópica.

Agradecimientos. El trabajo ha sido financiado por el Ministerio del Interior de España (SIPIP20141271) Bibliografía [1] BM Matesanz, L Issolio, I Arranz, C de la Rosa, JA Menéndez, S Mar, and JA Aparicio, “Temporal retinal sensitivity in mesopic adaptation”, Ophthalm. Physiol. Opt., 31, 615–624 (2011). [2] GR Jackson, C Owsley, EP Cordle, CD Finley, “Aging and scotopic sensitivity”, Vision Res., 38, 3655-62 (1998). [3] AW Snyder and C Pask, “The Stiles-Crawford effect--explanation and consequences,” Vision Res., 13(6), 1115–1137 (1973).

Curvatura geodésica en superficies ópticas

Sergio Barbero

Instituto de Óptica (CSIC), C/ Serrano 121, 28006, Madrid

Resumen: En este trabajo se propone usar la curvatura geodésica como una métrica para

caracterizar cómo una superficie óptica difiere localmente de ser una superficie de revolución.

Se demuestra, mediante simulaciones, que la curvatura geodésica permite caracterizar estas

asimetrías en aplicaciones relevantes para la optometría.

La curvatura nos proporciona una manera de evaluar cómo cambia el poder dióptrico a lo largo de una

superficie óptica. Un problema usual es la necesidad de caracterizar irregularidades locales en estas superficies;

por ejemplo pacientes que sufren queratoconos o superficies ópticas que no se han pulido adecuadamente. Estas

irregularidades se manifiestan a través de cambios significativos de la curvatura en ese entorno local.

Dentro del marco de la geometría diferencial, el tipo de curvatura que se deba utilizar depende del objetivo

que se persiga. Algunos de los tipos de curvaturas más utilizados son la curvatura normal en la dirección radial o

la curvatura Gaussiana[1]. Este trabajo propone utilizar la curvatura geodésica para describir como una

superficie difiere de ser rotacionalmente simétrica en un entorno local.

Seleccionando un punto P perteneciente a una curva C dentro de una superficie S se puede definir un plano

tangente T y un vector normal. Sea C’ la proyección ortogonal de C en el plano T. En el punto P la curva C tiene

una curvatura k, y la superficie S una curvatura normal en la dirección radial kn. Por definición la curvatura k se

puede descomponer en dos componentes: la curvatura normal kn y la curvatura de la curva C’, que es la

curvatura geodésica kg[2]. En este trabajo se deriva una ecuación para la curvatura geodésica como función de

primeras y segundas derivadas de z respecto las coordenadas radiales y angulares.

Hemos probado varios modelos de superficie. Uno de ellos (test C) es una superficie óptica tórica. El otro

representa la misma superficie pero con un perturbación local descrita por una función Gaussiana (modelo de

queratocono [3]). La figura 1 muestra las curvaturas normales en la dirección radial y la curvatura geodésicas

para superficie test C (fila superior) & D (fila inferior).

Figura 1.- Mapas de elevación (a-d), curvatura normal (b-e) y curvatura geodésica (c-f).

La curvatura geodésica es muy pequeña en el test C, mostrando que esta curvatura es menos sensible a

asimetrías en una escala global si la comparamos con la curvatura normal radial. Esta especial propiedad de la

curvatura geodésica permite una distinción más clara de la localización del cono cuando se usa esta curvatura.

Los mapas de curvatura geodésicas se podrían utilizar para caracterizar asimetrías locales en topografía corneal

(“screening”) o en metrología óptica.

Referencias

1. Barsky, B.A., S.A. Klein, and D.D. Garcia, Gaussian power with cylinder vector field representation for corneal

topography maps. Opt. Vis. Sci., 1997. 74(11): p. 917-925.

2. Kreyszig, E., Differential geometry. 1991, New York: Dover Publications.

3. Schwiegerling, J., Cone dimensions in keratoconus using Zernike polynomials. Opt. Vis. Sci., 1997. 74(11): p. 963-969.

Análisis del comportamiento de lentes intraoculares mediante trazado real de rayos

Clara Benedí García, Jorge Ares García, Mª Victoria Collados Collados

Resumen: El objetivo del trabajo es determinar cómo se comportan un conjunto de lentes intraoculares (LIOs) monofocales esféricas según su factor de forma (2 a -2) en función de la potencia de la LIO (15 a 25 D), del tamaño pupilar y del descentramiento. La calidad de la imagen se determina cuantitativamente con trazado real de rayos y cualitativamente con simulaciones mediante cálculo de Fourier, llegando a la conclusión de que X=0.5 es el factor de forma con mayor tolerancia al descentramiento.

Introducción. El reemplazo de un cristalino que ha perdido transparencia por una lente intraocular (LIO), es un procedimiento capaz de restaurar la calidad visual en los casos en que se ha realizado una buena biometría y se ha calculado la potencia de la lente acorde con la profundidad de cámara post-cirugía real. Sin embargo es un hecho menos conocido cómo la geometría de la lente implantada puede afectar a la calidad visual del ojo.

Objetivos. Analizar cómo depende la calidad visual de la geometría de la lente esférica implantada para diferentes potencias, pupilas y descentramientos.

Metodología. Mediante cálculo paraxial y un programa de trazado de rayos, se diseñó una serie de LIOS esféricas con potencias de vértice posterior (15 a 25 D) y factores de forma (2 a -2). Para un modelo geométrico de ojo con córnea asférica promedio se calculó ametropía axial (ec. 1) para cada LIO.

𝑙0 = 𝐻′𝐶𝐻′𝐿𝐼𝑂 + 𝑛𝑉

𝑃′𝐿𝐼𝑂 + 𝑛𝑎𝑐𝑓′𝑐 − 𝐻′𝐶𝐻𝐿𝐼𝑂

[𝑒𝑐. 1]

Se evaluó con trazado real de rayos una de las lentes en condición de centrado, descentramiento y diferentes condiciones de apertura pupilar. Como criterio de calidad visual se empleó la MTF, la razón de Strehl (RS) y la aberración de frente de onda. Diversas simulaciones de imagen realizadas mediante cálculo de Fourier [2] fueron también realizadas para poder valorar de manera subjetiva la calidad visual potencial.

Resultados. Los factores de forma entre 1 y 0.5 muestran mejor calidad visual para lentes centradas. En descentramientos moderados, el factor de forma 1 presenta mejor comportamiento para potencias bajas mientras que 0.5 funciona mejor para potencias altas. Las lentes de factor de forma -2 son las que presentan el peor comportamiento.

Conclusiones. El software de diseño y análisis mediante trazado numérico de rayos nos ha permitido conocer que los diseños esféricos con factor de forma entre 0.5 y 1 son los que mejor calidad visual proporcionan para un modelo de ojo promedio. Además, estos mismos factores de forma parecen ser los más adecuados para mantener un calidad visual aceptable frente a errores de centrado en el implante.

Referencias [1] Jalie M. “The design of intraocular lens.” Br J Physiol Opt; 32:1-21 (1978). [2] Perches, S.; Ares, J.; Collados, M. V., "Development of a subjective refraction simulator " Proceedings of SPIE, 8785, 8785G6 (2013)

X=0.5

X=0

X=-2

a b

Figura 1. Resultados de (a) la modulación para 30 ciclos/grado. (b) Simulación imagen retiniana de línea de letras de AV=1con LIO de +20.00D y factores X=0.5, X=0 y X=-2

Disparidad estereoscópica máxima frente a diferencias interoculares

José J. Castro, José R. Jiménez, Rosario G. Anera, Margarita Soler Departamento de Óptica. Universidad de Granada. Avenida de Fuentenueva s/n. 18071 Granada

Resumen: Se evalúa en este trabajo la percepción esteroscópica de observadores normales a través del límite superior de disparidad percibido y se analiza cómo influyen las diferencias interoculares en la calidad óptica y en la capacidad de discriminación visual, encontrándose un deterioro del rango de percepción esteroscópica al aumentar las diferencias interoculares.

En este trabajo se analizó la relación entre la visión estereoscópica y las diferencias interoculares en la calidad óptica así como en la función visual. Para ello, se evaluó la visión estereoscópica en 20 observadores normales mediante la disparidad máxima, un parámetro que mide, en minutos de arco, el límite máximo de percepción estereoscópica del sujeto [1]. Este parámetro se midió usando pares de estereogramas de puntos aleatorios, que fueron presentados en un monitor y visualizados por el observador mediante un estereoscopio de Wheatstone.

Para evaluar las diferencias interoculares en la calidad óptica se usó la razón de Strehl, un parámetro

obtenido mediante la técnica del doble paso, que fue medido con el dispositivo comercial de doble paso OQAS [2]. Por otro lado se evaluó la función visual mediante la capacidad de discriminación visual en condiciones de baja iluminación, usando para ello el test visual Halo v1.0. La métrica en este caso fue el índice de alteración visual (IAV), de 0 a 1, tanto mayor cuanto peor es la capacidad de discriminación visual [3]. En la Fig. 1 se muestran las diferencias interoculares en la razón de Strehl (Fig. 1), así como las diferencias interoculares en el IAV (Fig. 2), ambas en función de la disparidad estereoscópica máxima (en minutos de arco). Las diferencias interoculares, tanto en la razón de Strehl como en el IAV, mostraron una correlación decreciente significativa, de modo que cuanto mayores fueron esas diferencias, menor resultó el límite superior de disparidad estereoscópica percibida por el sujeto.

Figuras 1 y 2.- Diferencias interoculares en la razón de Strehl y en el índice de alteración visual, respectivamente, en función

de la disparidad estereoscópica máxima percibida por el observador (en minutos de arco).

Estos resultados muestran que las diferencias interoculares, ya sean en cuanto a calidad óptica o función visual se refieren, deterioran el rendimiento visual binocular, afectando a los fenómenos de sumación binocular y percepción estereoscópica. Referencias [1] Jiménez JR, Castro JJ, Hita E, Anera RG. Upper disparity limit after LASIK. J. Opt. Soc. Am. A 25(6): 1227-1231 (2008). [2] Güell JL, Pujol J, Arjona M, Díaz-Doutón F, Artal P. Optical Quality Analysis System: instrument for objective clinical evaluation of ocular optical quality. J Cataract Ref Surg 30(7): 1598-1599 (2004). [3] Castro JJ, Jiménez JR, Ortiz C, Alarcón A, Anera RG. New testing software for quantifying discrimination capacity in subjects with ocular pathologies. J Biomed Opt 16(1): 15001 (2011).

Medidas radiométricas en pantallas de visualización LED. Efecto de los filtros atenuadores en la banda azul.

Jaume Escofet1, Elisabet Pérez1 y Salvador Bará2

1. Universitat Politècnica de Catalunya. Departament d’Òptica i Optometria. Terrassa. Barcelona. Catalunya. 2. Universidade de Santiago de Compostela, Facultade de Física, Departamento de Física Aplicada, Santiago

de Compostela, Galicia.

Resumen: Se ha medido la radiancia espectral de una pantalla de visualización, tipo tableta, con un conjunto filtros comerciales de protección frente a la luz azul y también sin filtros. Se ha determinado el efecto de los filtros en cuanto a su transmitancia en la banda azul del espectro. De los resultados obtenidos se infieren valores de transmitancia superiores al 70% en esa banda.

En los últimos años han aparecido en el mercado filtros específicos para tabletas y teléfonos móviles con el fin de limitar la incidencia de la luz en la retina, particularmente la contenida en la banda azul del espectro, debido a su nocividad fotoquímica y circadiana1,2. En este trabajo se mide la radiancia espectral de una tableta Apple ® iPad ® sin filtro y con cada uno de los filtros Reticare ® de niveles de protección medio (M), alto (H) e intensivo (I) según la publicidad del fabricante. También se ha medido la transmitancia de estos filtros.

La figura 1(a) muestra la radiancia espectral de la tableta para los casos sin filtro (SF), con un filtro M, con un filtro H y con un filtro I. La acción de los filtros se sitúa preferentemente en la banda azul (sombreada en la figura) y en todos los casos la luz azul presenta una máximo para la longitud de onda λ = 452 nm. La figura 1(b) muestra la transmitancia T de los diferentes filtros. El filtro M es el menos denso de los tres en la longitud de onda del máximo de emisión con T = 0,87, mientras que los filtros H e I tienen transmitancias T = 0,78 y T = 0,70 en el máximo de emisión y en un entorno del mismo.

(a)

(b)

Figura 1.- (a) Radiancia espectral de la tableta en los casos SF y con los filtros M, H e I. (b) Transmitancia espectral de los filtros M, H e I.

La radiancia emitida, L, en la banda azul, λ ∈[400, 480], vendrá dada por:

L = L λ( )λ=400 nm

λ = 480 nm

∑ Δλ (1)

La tabla 1 muestra los valores de L así como los valores relativos LR normalizados al valor de SF. Tabla 1.- Radiancia de la tableta en la banda azul. Valores absolutos L y relativos LR.

SF B M A L (W/m2-sr) 1,31.10-1 1,16.10-1 1,06.10-1 9,28.10-2

LR 1,00 0,88 0,81 0,71 A la vista de los resultados podemos concluir que la luz emitida por la tabletas contiene un componente

azul de gran intensidad relativa y que los filtros utilizados para atenuar su efecto analizados en este estudio presentan unas transmitancias, en la banda azul, que van del 0,71 el más denso hasta 0,88 el menos denso. Estos resultados indican que el uso de estos filtros, si bien atenúan la radiancia de la pantalla, debido a que sus valores de transmitancia son relativamente altos permiten el paso de una parte no despreciable de luz azul. Serán necesarios posteriores estudios para determinar la influencia tanto de las pantallas por si solas como las que llevan adherido un filtro para cuantificar su potencial efecto, tanto a nivel fotoquímico como circadiano. Referencias [1] F. Behar_Cohen, C. Martinsons, F. Viénot, G. Zissis, A. Barlier-Salsi, J.P. Cesarini, O. Enouf, M. Garcia, S. Picaud, and D. Attia, “Light-emitting diodes (LED) for domestic lighting: Any risks for the eye?” Prog Retin Eye Res (30) 239-257 (2011). [2] Jeanne F. Duffy, Charles A. Czeisler, Ph.“Effect of Light on Human Circadian Physiology.” Sleep Med Clin. 4(2) 165–177 (2009).

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I  

Detección del fenómeno de Bell previo al reflejo pupilar a la luz

J. Espinosa, J. Pérez, D. Mas

IUFACyT. Universidad de Alicante, Carretera San Vicente del Raspeig s/n - 03690 San Vicente del Raspeig - Alicante

Resumen: El desarrollo de un video-oculógrafo binocular con resolución 15 micras y 4 ms orientado a la caracterización de los reflejos pupilares ha revelado la existencia de un movimiento de elevación del globo ocular, conocido como fenómeno de Bell, previo al reflejo pupilar a la luz. Además, su uso para el análisis del reflejo pupilar a la luz ha confirmado que las respuestas pupilares directa y consensual no presentan ninguna diferencia temporal apreciable.

Los métodos de medición de pupilas han variado desde la observación directa utilizando reglas o círculos, pasando por técnicas fotográficas y pupilógrafos electrónicos, hasta la pupilometría computarizada. En todos los casos, las resoluciones espacial y temporal son los parámetros metrológicos más importantes, aunque ninguno de reúne los requerimientos para una medida precisa de la dinámica pupilar en torno a decenas de milisegundos. Hemos construido un video-oculógrafo binocular de resolución 15 micras y 4 ms [1] utilizando dos cámaras de alta velocidad sincronizadas y, con éste, hemos evaluado la respuesta directa y consensual de cada ojo al reflejo pupilar a la luz (RPL). Para ello, hemos utilizado dos flashes que disparan independientemente a cada ojo y una pantalla que evita el paso de luz del lado izquierdo al derecho y viceversa. Para procesar los videos capturados, hemos desarrollado un algoritmo que mediante la transformada circular de Hough detecta y rastrea la pupila y permite obtener los parámetros temporales que describen el RPL a partir de la variación del radio en el tiempo. Ocho sujetos sanos (4 mujeres y 4 hombres de edades entre 24 y 45) han participado en este experimento.

Los valores obtenidos de los parámetros temporales que caracterizan el RPL han sido similares a los encontrados en trabajos previos [2, 3] y no se han hallado diferencias significativas entre los reflejos directo y consensual. Sin embargo, en torno a los 100 ms hemos encontrado un reflejo incompleto de parpadeo y un elevación del globo ocular que puede corresponderse con el fenómeno de Bell.

Figura 1.- a) Primer fotograma y b) fotograma 0.1 s después de disparar el flash de una pupila. La línea roja marca la posición inicial y la línea verde discontinua maraca la posición en t=0.1 s, mostrando la elevación del globo ocular.

En la figura 1, se muestran dos fotogramas de una secuencia umbralizados adecuadamente para resaltar la pupila sobre el fondo. Con el primer fotograma y el correspondiente a 0.1 s se puede observar la elevación del globo ocular (fenómeno de Bell) previa al RPL, cuya latencia típica es de alrededor de 0.2 s. Puede verse además la sombra del párpado superior correspondiente a un parpadeo incompleto. Referencias [1] J. Espinosa, A.B. Roig, J. Pérez, D. Mas, “A high-resolution binocular video-oculography system: assessment of pupillary light reflex and detection of an early incomplete blink and an upward eye movement,” Biomed Eng OnLine 14:22 (2015). [2] F. Fotiou, K.N. Fountoulakis, A. Goulas, L. Alexopoulos, A. Palikaras, “Automated standardized pupillometry with optical method for purposes of clinical practice and research,” Clin Physiol Oxf Engl. 20, 336 (2000). [3] G.L. Ferrari, J.L. Marques, R.A. Gandhi, S.R. Heller, F.K. Schneider, S. Tesfaye, H.R. Gamba, “Using dynamic pupillometry as a simple screening tool to detect autonomic neuropathy in patients with diabetes: a pilot study,” Biomed Eng OnLine 9:26 (2010).

Caracterización óptica de los cristalinos de peces mediante interferometría de difracción por orificio

Ana Gargallo1, Antía Blanco1, Eva Acosta1, Santiago Vallmitjana2, Isaac Ricart2, Salvador

Bosch2

1. Departamento de Física Aplicada, Universidade de Santiago de Compostela, Facultade de Óptica e Optometría (Campus Vida), 15782 Santiago de Compostela (Spain)

2. Departament de Física Aplicada i Óptica, Facultat de Física, Universidad de Barcelona, 08028 Barcelona, (Spain)

Resumen: En este trabajo se presentan las medidas realizadas con el interferómetro de difracción por orificio (IDO) en cristalinos de diferentes especies de peces. En un primer experimento, se pretende evaluar con esta técnica la simetría esférica que generalmente se asume para estos animales. Por otro lado, proponemos un método de medida de las curvaturas locales del frente de onda usando el IDO para la caracterización óptica de los cristalinos de peces.

En los animales acuáticos, el poder dióptrico de la córnea al estar inmersa en agua es prácticamente despreciable, por lo que la tarea de focalizar las imágenes recae principalmente en el cristalino. Los cristalinos de peces han sido ampliamente estudiados debido a la simplicidad de su geometría que, generalmente, se asume esférica. Su configuración histológica, basada en capas de fibras celulares concéntricas, le confiere un gradiente de índice de refracción cuya distribución proporciona diferentes zonas focales. De hecho, ciertas especies de peces presentan cristalinos esféricos multifocales [1, 2]. Desde nuestro punto de vista, los estudios sobre multifocalidad en peces no son suficientemente precisos para delimitar las zonas focales.

El IDO ha mostrado ser muy útil en el estudio de aberraciones de cristalinos de mamíferos [3]. En este trabajo pretendemos emplear esta técnica para la caracterización de cristalinos esféricos de peces.

Por un lado, mostramos los resultados de la evaluación la simetría esférica de cristalinos de 2 especies diferentes de peces teleósteos, estudiando los interferogramas en diez posiciones diferentes, desde una posición con el plano ecuatorial perpendicular al eje óptico hasta una posición casi paralela. El IDO permite verificar visual y numéricamente si los interferogramas obtenidos son radialmente simétricos, como se esperaría si la geometría es esférica y la distribución del índice de refracción es uniforme. Encontramos que sólo cuando el cristalino tiene el plano ecuatorial ortogonal al eje óptico el sistema muestra una simetría casi esférica, además con el IDO podemos cuantificar la desviación de esa simetría [4].

Por otro lado, la presencia de zonas de diferente foco en el interferograma completo, marcada por la presencia de cambios drásticos en la dirección de las franjas, nos impide el análisis global de éste. Esto nos ha llevado a proponer un método de análisis local de las curvaturas del frente de onda basándonos en el concepto de cáustica como un conjunto de puntos focales [5]. De esta manera, utilizamos el análisis de los interferogramas de pequeñas regiones del cristalino para determinar donde focalizan y reconstruir la superficie cáustica correspondiente. Este abordaje nos permite obtener mucha información sobre la formación de imagen de elementos ópticos altamente aberrados o con mucho ruido, como los cristalinos de peces. Las superficies cáusticas obtenidas en estas lentes biológicas no son tan suaves con las de otros tipos de lentes, sin embargo se observaron cantidades significativas de aberración esférica y una falta de simetría entre la parte superior e inferior de la cáustica que no fue significativa. Referencias [1] Karpestam B, Gustafsson J, Shashar N, Katzir G, Kröger RHH. “Multifocal lenses in coral reef fishes”. J. Exp. Biol.; 210: 2923-2931. (2007) [2] Kröger RH, Campbell MC, Fernald RD, Wagner HJ. “Multifocal lenses compensate for chromatic defocus in vertebrate eyes”. J. Comp. Physiol. A. Apr; 184(4):361-9 (1999) [3] Gargallo A, Arines J, Acosta E. “Lens aberrations and their relationship with lens sutures for species with Y- suture branches”. J. Biomed. Opt.;18(2):025003 (2013) [4] Blanco A, Gargallo A, Acosta E. “Point diffraction interferometry for the rotational symmetry analysis in fish lenses” Opt. Pura Apl. 47(4): 321-328 (2014) [5] Vallmitjana S, Ricart I, Bosch S, Gargallo A, Acosta E. “Point diffraction interferometry to measure local curvatures and caustics of noisy wave fronts: Application for determining optical properties of fish lenses” J.Eur. Opt. Soc.-Rapid 10, 15010 (2015)

Análisis de los mecanismos visuales cromáticos con estímulo adaptado a la

excentricidad

M.Carmen García-Domene1,2, Clara Llorens2, M José Luque2, Dolores de Fez3

1. Fisabio Oftalmología Médica. Valencia 2. Departament d’Òptica i Optometria i Ciències de la Visió. Universitat de Valencia. Burjassot

3. Departamento de Óptica, Farmacología y Anatomía, Universidad de Alicante. San Vicente del Raspeig

Resumen: La utilidad para diagnóstico clínico de las campimetrías de sensibilidad a estímulos cromáticos generados por ordenador viene limitada por el pequeño rango de contrastes generables. En este estudio, al comparar los mapas de sensibilidad de sujetos normales obtenidos con estímulos a tamaño constante y estímulos cuyo tamaño se adapta al de los campos receptivos del córtex visual, apreciamos un incremento significativo de la sensibilidad periférica con el segundo estímulo, que podría minimizar el problema.

Ciertas patologías disminuyen la sensibilidad cromática en distintas regiones del campo visual (CV) y

estas pérdidas sirven como técnica de detección precoz [9-10]. Por ello, hemos diseñado un campímetro cuyos estímulos favorecen la respuesta de los mecanismos visuales oponentes cromáticos rojo-verde (RG) y azul-amarillo (BY). Estímulos circulares con suavizado en los bordes y suavizado temporal. El color se elige sobre las direcciones cardinales RG y BY del espacio DKL [11] y el fondo un acromático de 30 cd/m2 con la mayor luminancia posible [12]. En cuanto al tamaño, un estímulo pequeño detecta escotomas pequeños, pero los campos receptivos celulares del córtex aumentan del centro a la periferia del CV [13], analizar la función visual con un único tamaño subestima la sensibilidad en la periferia incluso para sujetos normales [14]. En este trabajo se utilizan: a) estímulo de tamaño constante y pequeño (1º) y b) tamaño variable con la excentricidad [15] (1º en el centro hasta casi 10º en periferia). El dispositivo de visualización fue un proyector caracterizado colorimétricamente [16]. La medida del umbral de detección, por el método de bisección [17], incluía elementos de control (cruz de fijación, controles de falsos positivos, falsos negativos y pérdidas de fijación).

Se evaluó el CV para ambos tipos de tamaño en 40 sujetos normales (20 para RG y 20 para BY), con una edad de 29,3±7,3 años. Los resultados muestran que con estímulos de tamaño constante la sensibilidad cae del centro a la periferia, más rápidamente para RG que para BY, con una mayor sensibilidad global para BY. El hemicampo nasal era más sensible que el temporal y más sensible el inferior que el superior. En el caso del estímulo adaptado, el aumento del tamaño aumenta la sensibilidad periférica en RG (el test de Kolmogorov-Smirnof detecta diferencias significativas de sensibilidad al variar la excentricidad, pero un post-hoc de Kruskal-Wallis muestra que se limitan sólo a los estímulos más excéntricos del campo), pero los resultados no son tan concluyentes para BY. Podemos concluir que las tendencias observadas con los estímulos de tamaño constante son consistentes con la literatura [14]. Asimismo, el uso de estímulos de tamaño adaptado a la excentricidad parece conseguir el aumento de sensibilidad en la periferia aunque para mejorar los resultados es necesario un estudio más exhaustivo sobre el aumento cortical con estímulos cromáticos.

1. Keltner JL and Johnson CA. “Short-wavelength automated perimetry in neuro-ophthalmologic disorders” Arch Ophthalmol 113: 475 (1995) 2. Fujimoto N and Adachi-Usami E. “Use of blue-on-yellow perimetry to demonstrate quadrantanopia in multiple sclerosis” Arch Ophthalmol. 116: 828 (1998) 3. Derrington AM, Krauskopf J and Lennie P. “Chromatic mechanisms in lateral geniculate nucleus of macaque” J. Phisyol. 357, 241 (1984) 4. Kalloniatis M and Harwerth RS. “Spectral sensitivity and adaptation characteristics of cone mechanisms under white light adaptation” J Opt Soc Am. 7:1912 (1990) 5. Horton JC and Hoyt WF. “The representation of the visual field in human striate cortex” A revision of the classic Holmes map. Arch Ophthalmol. 109: 816 (1991) 6. Diez-Ajenjo MA, Capilla P and Luque MJ.” Red-green vs. Blue-yellow spatio-temporal contrast sensitivity across the visual field”, J Modern Opt.58:1736 (2011) 7. Rovamo J and Virsu V. “An estimation and application of the human cortical magnification factor”. Experimental Brain Research. 37:495 (1979) 8. Brouzas D, Tsapakis S, Nitoda E and Moschos MM. “Visual field examination using a video projector: comparison with Humphrey perimeter” Clin Ophthalmol. 8:523 (2014) 9. Tyrrel RA and Owens DA. “A rapid technique to assess the resting states of eyes and other threshold phenomena: the modified binary search (MOBS)”. Behaviour Research Methods, Instruments and Computers. 106:178(1988)

Método rápido de medida de la potencia de una lente intraocular in vitro

M. Carmen García-Domene1,2, M. Amparo Díez-Ajenjo1,2, Cristina Peris-Martínez1, Amparo

Navea1, José María Artigas2

1. Fisabio Oftalmología Médica. Valencia

2. Departament d’Òptica i Optometria i Ciències de la Visió. Universitat de Valencia Burjassot

Resumen: En este estudio se presenta un nuevo método para medir la potencia de cualquier lente intraocular utilizando un frontofocómetro, una lente oftálmica divergente y solución salina. Para su testeo se midieron diferentes lentes intraoculares y se comparó el resultado obtenido con la potencia declarada por el fabricante. Los resultados muestran que nuestro método mide con buena aproximación la potencia de las lentes intraoculares

La norma ISO 11979-2:2014 describe varios métodos para obtener la potencia de una lente intraocular

(LIO) a partir de la medida de los radios de curvatura, de la focal efectiva de la lente o analizando el aumento producido en la imagen. Se puede obtener la focal de la lente con un láser confocal de fibra óptica [1] o la medida de los radios utilizando la tomografía de coherencia óptica [2]. Por otro lado existen algunos dispositivos como el PMTF (Lambda-X, Nivelles, Belgium) o el NIMO TR0815 (Lambda-X, Nivelles, Belgium) que pueden medir la potencia de las LIOs. Las desventajas de estos métodos es que no todos sirven para todo tipo de LIOs, el material experimental es caro, el método es lento y/o se necesita un espacio amplio para ubicarlos. Pearson y Evans utilizaron un frontofocómetro y una cubeta para poder medir la potencia de lentes de contacto hidrofílicas [3], basándonos en este estudio nos planteamos un método rápido y económico de la medida de la potencia de cualquier LIO in vitro.

El material utilizado es un frontofocómetro (Magnon LM-350, Nidek Co. Aichi, Japan). Una lente oftálmica de -10D e índice de refracción 1.7 y solución salina (NaCl 0.9%). Para el dispositivo experimental se coloca el frontofocómetro en posición vertical, la lente divergente con la parte cóncava hacia arriba de forma que sirva de celda húmeda dónde sumergir la LIO. Los frontofocómetros suelen tener un rango de medida entre -25 D y +25D pero es común encontrar LIOs de más de 25D, es por ello que utilizamos una lente divergente que con la solución salina tiene una potencia de -4,5D, lo que se añade 4.5D al rango de medición del frontofocómetro.

Para medir la potencia se introduce la LIO dentro de la celda lo más centrada posible. El procedimiento de sería el habitual para un frontofocómetro, con la única variación que a la lectura hay que añadirle +4.5D. Se midió la potencia de 43 LIOs de diferentes diseños y materiales: esféricas, asféricas, tóricas, multifocales. La potencia declarada de las lentes fue de 19.0±9.0 D. Para testear el método se comparó la potencia medida con la declara por el fabricante. En el caso de las lentes multifocales se tomó la media de las potencias de lejos y cerca y en tóricas la media de los dos meridianos principales.

Los resultados muestran que existe una buena correlación lineal (r=0.99) entre la potencia teórica y experimental, siendo la pendiente de 1.0343. Realizamos un T-test que nos mostró que las medias sí eran significativamente diferentes (p=0.03), siendo la media de la potencia experimental de 19.0±9.0 D y la diferencia con respecto a la potencia declarada de 0.3±0.3D.

En conclusión, se ha realizado un método de medida rápida con un frontofocómetro para cualquier tipo de lente intraocular. Ya que es relativamente sencillo encontrar los meridianos principales de las lentes astigmáticas así como las dos potencias (cerca y lejos) de cualquier lente multifocal ya sea de diseño simétrico o asimétrico. Los resultados muestran un buen ajuste lineal con respecto a la potencia declarada por el fabricante y la pendiente de la recta de ajuste es prácticamente 1 lo que sugiere que ambas potencias son prácticamente idénticas. Aunque dichas potencias son estadísticamente diferentes, si tenemos en cuenta que la norma ISO permite a los fabricantes un error de potencia que oscila entre 0.3D para potencias de menos de 15D hasta 1D para potencias mayores de 30D y el error medio cometido en nuestra medida es de 0.3±0.3D podríamos decir que nuestro método es bastante preciso ya que de partida no sabemos la potencia real de la lente utilizada. Se necesitaría un estudio más exhaustivo para corroborar el método pero los resultados previos muestran un buen potencial. 1. Ilev IK. “A simple confocal fibre-optic laser method for intraocular lens power measurement” Eye. 21:819 (2007) 2. Huang Y, Zhang K, Kang JU, Calogero D, James RH and Ilev IK. “Noncontact common-path Fourier domain optical

coherence tomography method for in vitro intraocular lens power measurement.” J Biomed Opt. 16:126005 (2011) 3. Pearson RM, Evans BJ. “A comparison of in-air and in-saline focimeter measurement of the back vertex power of

spherical soft contact lenses” Ophthalmic Physiol Opt. 32:508 (2012)

Efecto del iluminante y de la edad en la detección de contraste supraumbralen conducción nocturna.

García E 1, Benito Sabater M1, Arranz I1, Matesanz BM1, Menéndez JA2, Mar S1, Galarreta D3

y Aparicio JA1

1Departamento de Física Teórica, Atómica y Óptica, Universidad de Valladolid, Valladolid, Spain. 2Departamento de Estadística e Investigación Operativa, Universidad de Valladolid, Spain.

3Hospital Clínico Universitario, Valladolid, Spain.

Resumen: Por encargo de la Dirección General de Tráfico (DGT) se ha medido la pérdida decapacidad visual para estímulos supraumbrales, en términos de tiempo de reacción visual, ensujetos de edad avanzada comparándolo con jóvenes, durante la conducción nocturna (visiónmésopica) y para cuatro tipos de lámparas de diferente composición espectral. Los resultados,representados en función de la reciproca del contraste, arrojan información de la ganancia decontraste acromático etario para distintos tipos de iluminantes.

Introducción. El rango de iluminación mesópica, con participación de ambos tipos de fotorreceptores, esuna de las condiciones más comunes de la conducción nocturna. Los estudios sobre influencia de la sensibilidadespectral en tareas como tiempo de reacción visual, se han desarrollado en sujetos jóvenes. En este trabajo se haimplementado un sistema óptico que permite estudiar los tiempos de reacción visual para sujetos de diferenteedad en función del tipo de lámpara utilizada. Se analizará también, la ganancia de contraste en términos detiempo de reacción visual.

Método. Un sistema óptico de doble visón maxwellina, [1], al que se le incorporó un pulsado conectado aun osciloscopio que permitía medir tiempos de reacción visual (TRV), fue utilizado en el experimento. Seissujetos divididos en tres grupos de edad (Grupo 1: 20, 22, grupo 2: 43, 45 y grupo 3: 65, 65) participaron en elestudio. Las medidas se realizaron en el ojo derecho a 10º de excentricidad con un campo de adaptación de 10º ytres luminancias de campo (0.01, 0.1 y 1 cd/m2). El estímulo consistía en un círculo de 2º superpuesto al campodurante 500 ms. Para cada condición se eligieron cinco contrastes (C) acromáticos, según expresión de Weber enel rango, según sujetos, desde el umbral hasta C = 0.5. Cada contraste se presentó un mínimo de 20 veces con elmétodo de estímulos constantes. Las medidas se llevaron a cabo con cuatro tipos de lámparas de diferentecomposición espectral: halogenuros metálicos (MH), halógena, sodio de alta presión (HPS) y Xenon. En total,un mínimo de 1200 medidas fueron realizadas para cada participante correspondiente a 20 medidas por 5contrastes en 3 condiciones de luminancia y para 4 tipos de lámparas.

Resultados y discusión. Los resultados serán presentados en la Reunión Nacional de Óptica (RNO), dondese mostrará información sobre los tiempos de reacción visual y sus tiempos de reacción motoras para las trescondiciones de luminancia de campo de adaptación y para sujetos de diferentes edades. Así mismo, seincorporará una cuantificación de los TRV a las lámparas de diferente composición espectral. Por otro lado, unanálisis paralelo del contraste de ganancia, medido en términos de tiempo de reacción, será llevado a cabo, ypermitirá determinar dicha influencia sobre este de mecanismo de adaptación en el rango de visión mesópica.Los resultados serán justificados por los cambios de sensibilidad espectral con la edad y en base a las vías deprocesamiento neural.

Agradecimientos. Los autores desean agradecer a S. González por su colaboración en el diseño delmontaje experimental, así como a los participantes en el estudio y a la financiación concedida por el Ministeriode Interior de España (SIPIP20141271).

Referencias[1] Matesanz BM, Issolio L, Arranz I, De la Rosa C, Menéndez JA, Mar et al. Temporal retinal sensitivity in mesopicadaptation. Ophthalmic Physiol Opt 2011; 31(6): 615-624.

Construcción y puesta a punto de un fotoestimulador visual de dos canales y cuatro primarios.

Gloriani AH, García Vesga AD, Mar S y Aparicio JA Departamento de Física Teórica, Atómica y Óptica, Universidad de Valladolid, Valladolid, Spain.

Resumen: Se ha construido y calibrado un fotoestimulador visual de dos canales basado en cuatro primarios formados por LEDs ultraluminiscentes a los que se han asociado filtros interferenciales de 10 nm de ancho de banda (460, 514, 560 y 660 nm). El dispositivo tiene por finalidad la realización de estudios psicofísicos basados es la estimulación selectiva de cada uno de los cuatro fotoreceptores retinianos.

Introducción. Los fotoestimuladores de cuatro primarios se han convertido en los últimos 15 años en herramientas imprescindibles para el estudio preciso de aspectos tan básicos como la interacción entre conos y bastones en el rango mesópico. Sin embargo, su margen de aplicabilidad es mucho mayor y abarca desde aplicaciones en biomedicina hasta otras de tipo industrial. Uno de los aspectos limitantes en los dispositivos existentes es el carácter restringido del rango en el cual los LEDs que lo conforman emiten de forma lineal en función de algún parámetro relacionado con su polarización. Ello obliga a la interposición de filtros neutros delante del observador que alteran ligeramente la composición espectral de la luz que ha de entrar en el ojo, perjudicando la calidad de los resultados. Este ha sido uno de los aspectos nuevos y mejor cuidados en el dispositivo creado en nuestro laboratorio.

Método. El fotoestimulador construido se basa en dos canales que juegan el papel de haz de adaptación ý test respectivamente. La emisión luminosa de cada uno de ellos se consigue por combinación de cuatro LEDs ultraluminiscentes asociados a filtros interferenciales de ancho de banda de 10 nm, lo cual los sitúa como fuentes de luz muy próximos al locus cromático del sistema visual humano. En cuanto a la parte óptica del diseño, la luz emitida por los cuatro LEDs de cada canal es mezclada mediante mazos de fibras ópticas y homogenizada posteriormente con difusores holográficos. Ambos brazos incorporan objetivos fotográficos para reducir el efecto de las aberraciones cromáticas. Posteriormente los haces son mezclados con la ayuda de un cubo combinador y un prisma. El dispositivo se utiliza con pupila artificial para tener control de la iluminación retiniana. Por lo que se refiere a la parte electrónica, los LEDs son polarizados mediante pulsos de corriente producidos por generadores de onda.

Resultados y discusión. Los resultados serán presentados en la reunión nacional de óptica, donde se mostrará información detallada sobre la distribución espectral conseguida por cada LED, así como por la calibración relativa de la emisión de dichos LEDs en función tanto de la frecuencia de polarización como del ancho de pulso del circuito. En conjunto podemos adelantar que los circuitos electrónicos que alimentan los LEDs permiten una emisión de estos que es lineal con la frecuencia de polarización hasta en cuatro órdenes de magnitud, dos por encima de los dispositivos más modernos de los cuales hay publicaciones recientes.

Agradecimientos. Los autores desean agradecer a S. González por su colaboración en el diseño del montaje experimental, al Dr J. M .Muñoz por su asesoría en el diseño de la componente electrónica y a la financiación concedida por el Ministerio de Economía y Competitividad (FIS2011-22871).

Referencias [1] J. Pokorny, H. Smithson and J. Quinlan. Photostimulator allowing independent control of rods and the three cone types. Visual Neuroscience 2011; 21: 263–267. [2] Dingcai Cao, N. Nicandro and P. A. Barrionuevo. A five-primary photostimulator suitable for studying intrinsically photosensitive retinal ganglion cell functions in humans. J. Vis. 2015; 15(1): 27 J Vis January 26, 2015 15(1): 27; doi:10.1167/15.1.27; doi:10.1167/15.1.27

Estudio comparativo de la respuesta acomodativa mediante el PowerRef II y el Grand Seiko WAM-5500.

S. Gómez-López1, M. Aldaba1, M. Arjona1, J. Pujol1.

1Centro de Desarrollo de Sensores, Instrumentación y Sistemas, Universidad Politécnica de Cataluña. Rambla Sant Nebridi, 10 (TR11) 08222 Terrassa-Barcelona

Resumen: En este trabajo se han comparado los instrumentos WAM-5500 y PowerRef-II para la medida de la respuesta acomodativa. Para ello, se realizaron medidas de la respuesta acomodativa estática y dinámica con ambos instrumentos en 30 pacientes jóvenes. Los resultados mostraron que existen diferencias significativas entre ambos instrumentos tanto para la acomodación estática como dinámica.

El Grand Seiko WAM-5500 [1] y el PowerRef II [2] son dos de los instrumentos más frecuentemente utilizados en el estudio de la acomodación. Dada su relevancia, se realizó un estudio comparativo de la medida de la respuesta acomodativa tanto en modo estático como dinámico.

30 pacientes entre 20 y 32 años (23.66 ± 3.19 años) participaron en este estudio. Se midió la respuesta acomodativa con ambos instrumentos en dos condiciones de estimulación: estática y dinámica. Las medidas estáticas se realizaron con estímulos acomodativos de 0.00D, 2.50D y 5.00D y se estudió la respuesta acomodativa medida con cada instrumento. En las medidas en modo dinámico se utilizó un estímulo acomodativo que cambiaba de 1.00 a 3.00D en 6 ciclos de 10 segundos (Figura 1) y se estudiaron, como parámetros para describir la dinámica de la acomodación, la velocidad media de acomodación y desacomodación y la velocidad de los picos de acomodación y desacomodación. Debido a la diferencia de frecuencia de muestreo entre ambos instrumentos (WAM-5500 5Hz, PowerRef-II 25Hz), el procesado de los datos dinámicos del PowerRef-II se realizó tanto a 5 como 25Hz.

Figura 1.- Gráfica del comportamiento dinámico de la acomodación para una demanda acomodativa de 1 y 3D. En las medidas estáticas, se observaron diferencias estadísticamente significativas para las demandas

acomodativas de 0.00D y 5.00D, pero no así para 2.50D. El PowerRef-II midió valores 0.63D más positivos (hipermétropes) que el WAM-5500 para 0.00D o visión lejana. Ante una estimulación de 5.00D, el PowerRef-II midió respuestas acomodativas 0.32D mayores que el WAM-5500. En cuanto a la acomodación dinámica, el PowerRef-II midió velocidades medias y pico de acomodación y desacomodación mayores que el WAM-5500. Asimismo, el PowerRef-II midió mayores velocidades a 25Hz que a 5Hz.

Los resultados obtenidos en este estudio demuestran que existen diferencias entre ambos instrumentos a la hora de medir la respuesta acomodativa. En el modo estático, existen diferencias entre ambos instrumentos. En el modo dinámico se comprobó que el PowerRef-II mide mayores velocidades, en parte debido a su mayor frecuencia de muestreo. Referencias [1] Win-Hall DM, Houser J, Glasser A. “Static and dynamic accommodation measured using the WAM-5500 Autorefractor”. Optom Vis Sci. 87, 873 (2010). [2] Jainta S, Jaschinski W, Hoormann J. “Measurement of refractive error and accommodation with the photorefractor PowerRef-II”. Ophthalmic Physiol Opt. 24, 520 (2004).

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Estudio de repetibilidad de simulación de refracción subjetiva desarrollado

mediante software

Sara Perchés, Victoria Collados, Jorge Ares Departamento de Física Aplicada (Área de Óptica), Universidad de Zaragoza.

Pedro Cerbuna 12 5009 Zaragoza (España)

Resumen: Se ha desarrollado un programa de simulación de imágenes retinianas que permite

reproducir el proceso de refracción subjetiva de un sujeto a partir de su aberrometría. Para

analizar su fiabilidad se ha realizado un estudio de repetibilidad inter e intra-examinador que

demuestra que el grado de repetibilidad obtenido al realizar la refracción con el software es

similar al obtenido mediante el proceso convencional de refracción subjetiva.

Existe un gran número de técnicas que permiten, tanto objetiva como subjetivamente, obtener la refracción

de un paciente. La más popular es la refracción subjetiva, que se caracteriza por la posibilidad de conocer la

sensación e impresiones del paciente con la corrección que necesita. Pero también tiene sus limitaciones, ya que

la interacción con el paciente es imprescindible pero no siempre posible.

Por ello hemos desarrollado un simulador de refracción subjetiva que, además de poder utilizarse como

herramienta de aprendizaje, permite conocer de antemano la imagen retiniana en cada paso de la refracción a

partir de la aberrometría del paciente. Este software mezcla el concepto de método objetivo (al partir de los datos

de aberrometría del paciente) y subjetivo (el resultado final depende de un examinador externo).

En este trabajo se ha evaluado la repetibilidad del simulador de refracción subjetiva. Para ello, 50

examinadores externos han llevado a cabo el proceso completo de refracción de 6 aberrometrías diferentes sin

conocer el resultado final. Estas aberrometrías corresponden a tres pacientes (A, B y C) con dos radios de pupila

diferentes cada uno. El proceso fue guiado por un optometrista que tomaba las decisiones basándose en las

respuestas de los examinadores externos hasta conseguir la refracción con la que se alcanzase la mayor AV. Se

estudió la fiabilidad intra-examinador (resultados de cada examinador para cada refracción por separado), la

fiabilidad inter-examinador (resultados de todos los examinadores para cada refracción) y la dependencia del

proceso de refracción con el tamaño de pupila. Para los sujetos A y C, los resultados obtenidos indican que la

refracción realizada mediante el simulador de refracción presenta valores de repetibilidad similares a los

obtenidos con otros métodos de refracción. En cambio, para el sujeto B, grado de variabilidad obtenido fue

mayor. Además, comparamos el resultado final obtenido con la refracción alcanzada mediante el proceso de

refracción convencional. En la figura 1 se muestran las imágenes retinianas obtenidas para cada sujeto con la

lente esfero-cilíndrica obtenida tras el proceso de refracción subjetiva convencional (fila superior) y tras el

proceso de refracción subjetiva mediante el simulador (fila inferior) de una línea de letras de AV 1.00.

Figura 1.- Imágenes retinianas obtenidas con el simulador (AV decimal, 1.00) y con la compensación obtenida mediante el

proceso convencional (fila superior) y el proceso virtual mediante el simulador (fila inferior) para cada paciente (A, B y C)

con radio de pupila (3 mm).

Referencias

[1] S Perches, J Ares, MV Collados. “Development of a subjective refraction simulation”. Proc. SPIE 8785, 8th

Iberoamerican Optics Meeting and 11th Latin American Meeting on Optics, Lasers, and Applications, 8785G6 (2013)

[2] K Zadnik, DO Mutti, AJ Adams. “The repeatability of measurement of the ocular components”. Invest Ophthalmol Vis

Sci 33, 2325(1992)

Influencia de la visibilidad del haz infrarrojo de medida en la

determinación de la respuesta acomodativa mediante el autorrefractómetro

Grand Seiko WAM-5500

Sara Perchés, Jorge Ares, Victoria Collados Departamento de Física Aplicada (Área de Óptica), Universidad de Zaragoza.

Pedro Cerbuna 12 5009 Zaragoza (España)

Resumen: El autorrefractómetro Grand Seiko WAM-5500 mide el estado refractivo ocular

proyectando tres arcos de luz infrarroja sobre la retina del ojo a estudio. Sin embargo, dicha

luz infrarroja es suficientemente potente y próxima al espectro visible que puede ser

fácilmente percibida por el paciente. En este trabajo se intenta analizar si la percepción del

haz de medida puede producir errores significativos en la determinación de la respuesta

acomodativa.

Los autorrefractómetros son instrumentos automáticos para la medida objetiva del estado refractivo ocular.

Entre los diseños disponibles en el mercado, para este estudio se ha utilizado el autorrefractómetro-queratómetro

Grand Seiko WAM-5500 (Grand Seiko Co. Ltd., Hiroshima, Japón). Se trata de un autorrefractómetro y

queratómetro de campo abierto que permite que el sujeto pueda visualizar una tarjeta de fijación a diferentes

distancias mientras un haz de medida infrarrojo es empleado para determinar el estado refractivo de manera

simultánea.

Durante el uso del instrumento, hemos constatado que la luz infrarroja proyectada para medir el estado

refractivo del paciente suele ser fácilmente perceptible para el paciente en condiciones normales de observación.

Entendemos que esta característica del instrumento puede ser una fuente de distracción para el paciente que

puede influir en la medida de su repuesta acomodativa cuando éste se emplea para determinar respuestas de

acomodación en modo continuo.

Por ello, el objetivo de nuestro trabajo es estudiar la influencia de este estímulo secundario en la medida de la

acomodación con el autorrefractómetro. Para ello se ha desarrollado una experiencia en la se ha registrado la

respuesta acomodativa de cinco pacientes emétropes en series continuas de 30 segundos, estímulo acomodativo a

una distancia de 65cm del observador. En una primera medida se ha empleado un estímulo impreso en papel

como suele ser habitual con este instrumento. En una segunda medida, el nivel de iluminación de fondo del

entorno se ha incrementado hasta que el haz infrarrojo de medida dejara de ser perceptible para el paciente.

Además de la respuesta acomodativa, se registró también el tamaño pupilar de cada paciente durante el mismo

periodo de tiempo.

En la figura 1 se muestran los resultados preliminares obtenidos. En el caso del tamaño pupilar (Figura 1B),

se observa como disminuye debido al aumento de luminosidad del entorno. En la Figura 1A se muestra la

acomodación media durante los 30 segundos de medida para cada paciente. Se puede apreciar que cuando el

círculo de luz infrarroja es visible, el valor medio en todos los casos es menor que cuando el círculo es invisible

para el ojo. Sin embargo, las diferencias de los valores medios son menores de 0.25D en los cinco pacientes

medidos. A pesar de todo, un estudio a una mayor cohorte de individuos parece interesante para determinar la

variabilidad que puede existir entre pacientes.

Figura 1.- A: Valores medios de la respuesta acomodativa medida durante 30s para cada paciente visualizando el círculo de

luz infrarroja (amarillo) y sin verlo (verde). B: Valores medios del tamaño pupilar durante los 30s de medida para cada

paciente visualizando el círculo de luz infrarroja (verde claro) y sin verlo (azul).

Referencias

[1] FW Campbell, JG Robson, G Westheimer. “Dynamics of accommodation responses of the human eye”. Journal of

physiology, 145 (1959)

[2] Al Sheppard, LN Davies. “Clinical evaluation of the Grand Seiko Auto Ref/Keratometer WAM-5500” Ophthal Physiol

Opt 30, 143. (2010)

A B

Propiedades cromáticas de las lentes intraoculares multifocales difractivas

Inmaculada Ríos, María S. Millán, Fidel Vega, Francisco Alba Bueno

Dep. Óptica y Optometría, Universitat Politècnica de Catalunya BARCELONATECH, Terrassa (Barcelona)

Resumen: Se caracteriza experimentalmente la aberración cromática de un conjunto de lentes intraoculares multifocales difractivas comerciales de diseño avanzado. Se considera la influencia de la potencia base, la adición y el diseño de la lente intraocular. Los resultados muestran el alcance de la compensación cromática producida por el perfil difractivo de la lente en alguno de sus focos de diseño.

Las lentes intraoculares multifocales (LIOMs) se han desarrollado para aliviar, en cierta medida, la pérdida de acomodación producida tras el implante de una lente monofocal en la cirugía de cataratas. Este tipo de cirugía está muy extendida actualmente entre la población présbita de los países desarrollados. Las LIOMs difractivas presentan un diseño compuesto por una lente refractiva, que aporta la potencia base para la visión de lejos, y un perfil difractivo en una de sus superficies, que proporciona la potencia de adición para la visión de cerca. Estas lentes, por tanto, producen una visión simultánea a partir de la cual el proceso cerebral seleccionará la de mayor interés para el observador. Recientes avances en el diseño del perfil difractivo permiten la fabricación de lentes trifocales y lentes de segmento focal extendido.

La caracterización óptica de las lentes intraoculares en banco óptico constituye una aportación objetiva muy valiosa sobre la eficiencia energética, la calidad de la transmisión de la información espacial y espectral de estos componentes oftálmicos. Asimismo, es muy útil para comparar con los estudios clínicos basados en la evaluación de la función visual en los pacientes implantados. Los resultados que se obtienen con ambas metodologías permiten ofrecer más información al cirujano para una mejor selección de la lente a implantar y, por otra parte, avanzar en diseños cada vez más evolucionados para las nuevas lentes intraoculares.

Según la norma de referencia, debe utilizarse la longitud de onda 546±10nm (verde) en las pruebas de caracterización óptica de lentes intraoculares [1]. Sin embargo, una vez implantadas, estas lentes serán utilizadas para la formación de imágenes con luz blanca. El comportamiento cromático de las lentes intraoculares que incluyen un perfil difractivo ha sido estudiado en [2], haciendo hincapié en la variación de eficiencia energética en los planos focales de diseño (foco de lejos y de cerca) [3]. Algunos efectos derivados de esta dependencia de la eficiencia con la longitud de onda han sido observados en la aplicación clínica de los tests de estéreo-agudeza visual [4]. Otro aspecto a tener en cuenta es la aberración cromática. Ésta es una aberración que tiene un impacto relativamente importante en el sistema óptico del ojo humano (unas 2 D en el espectro visible) [5, 6]. En este trabajo se caracteriza experimentalmente, en banco óptico, la aberración cromática de un conjunto de lentes intraoculares multifocales difractivas comerciales de diseño avanzado. El hecho de que la aberración cromática producida por la componente refractiva sea de distinto peso y signo opuesto a la producida por la componente difractiva lleva a plantear el estudio en función de los valores de la potencia base, la adición y el diseño de la lente intraocular. Se estudia cómo afecta la aberración cromática en las imágenes de lejos y cerca, y hasta qué punto el diseño difractivo ofrece ventajas, desde el punto de vista de la compensación de la aberración cromática, para alguno de estos focos. El trabajo experimental incluye una lente intraocular monofocal de referencia para facilitar la comparación de resultados.

Referencias [1] International Organization for Standarization (ISO), ISO 11979-2 ophthalmic implants, intraocular lenses Part 2: optical properties and test methods (ISO 1999). [2] F. Castignoles, M. Flury, Th. Lepine, “Comparison of the efficiency, MTF and chromatic properties of four diffractive bifocal intraocular lens designs,” Optics Express 18, 5245 (2010). [3] V. Portney, “Light distribution in diffractive multifocal optics and its optimization,” J. Cataract Refract. Surg. 37, 2053 (2011). [4] C. Varón, M.A. Gil, F. Alba-Bueno, G. Cardona, F. Vega, M.S. Millán, J.A. Buil, “Stereo-acuity in patients implanted with multifocal intraocular lenses: Is the choice of stereotest relevant?,” Current Eye Research, 1 (2014) [5] R. Navarro, “The optical design of the human eye: a critical review,” J Optometry 2, 3 (2009). [6] P. Artal, “Optics of the eye and its impact in visión: a tutorial,” Advances in Optics and Photonics 6, 340 (2014).

Simposio en Óptica Cuántica y Óptica

No Lineal (orales)

Medida de pulsos amplificados mediante barrido de dispersión con los

prismas del compresor

Benjamín Alonso1,2

, Francisco Silva2, Julio San Román

1, Íñigo J. Sola

1, y Helder Crespo

2

1 Grupo de Investigación en Óptica Extrema (GIOE), Universidad de Salamanca, España

2IFIMUP-IN and Departamento de Física e Astronomia, Universidade do Porto, Portugal

Resumen: Se aplica la técnica d-scan utilizando el propio compresor de prismas de un

amplificador láser CPA para medir pulsos de 27.5 fs. Se demuestra que es posible obtener la

información del pulso y de la dispersión del barrido a partir de la traza. Se utiliza la técnica

STARFISH para medir espacio-temporal y espacio-espectralmente los pulsos.

En el campo de los pulsos ultracortos es fundamental su compresión y medida temporal. La técnica d-scan

[1] aúna estos dos aspectos, haciendo un barrido de dispersión en torno a la compresión óptima a la vez que se

registra la señal de segundo armónico generada (SHG). Esta información es una traza que codifica la fase del

pulso (desconocida), la cual se puede obtener con algoritmo numéricos iterativos de optimización.

La propuesta original [1] se aplica a pulsos de pocos ciclos ópticos (<10 fs) utilizando un par de cuñas

como control de dispersión, y se utiliza el índice de refracción e inserción conocidas del material para computar

la dispersión introducida. En este trabajo proponemos utilizar la misma técnica en pulsos más largos (>20 fs),

para los que la dispersión de las cuñas es insuficiente. En su lugar, utilizaremos el compresor de prismas del

amplificador CPA. Puesto que su modelización con precisión es compleja, la dispersión introducida será también

una incógnita, además de la propia fase del pulso para su caracterización. Demostraremos que es posible adaptar

el algoritmo de optimización para recuperar de forma conjunta toda la información.

En la Figura 1 se muestran las trazas experimental y reconstruida. En el barrido los prismas del compresor

avanzan 50 pasos de 0.5 mm. Se realizaron 5 medidas de las cuales se hace estadística. La fase espectral

recuperada (Fig. 1c) tiene tercer orden que se traduce en pre-pulsos en el dominio temporal (Fig. 1c). Los pulsos

medidos tienen una duración de 27.5 fs (límite por transformada de Fourier 22.0 fs) en el centro del barrido. El

programa recupera una GDD = 5550±50 fs2 y TOD = 3500±300 fs

3 (valores globales para el barrido completo).

Figura 1.- (a) Traza medida, (b) traza reconstruida, (c) espectro y fase espectral, (d) intensidad y fase temporal.

Por último se estudia la estabilidad interferométrica a largo (< 𝜆 2⁄ ) y corto término (≈ 𝜆 100⁄ ) del sistema

STARFISH [3], lo que permite medir espaciotemporalmente y los frentes de ondas y de pulsos con precisión.

Referencias

[1] M. Miranda, T. Fordell, C. Arnold, A. L’Huillier, and H. Crespo, “Simultaneous compression and characterization of

ultrashort laser pulses using chirped mirrors and glass wedges,” Opt. Express 20, 688 (2012).

[2] B. Alonso, F. Silva, J. San Román, Í. J. Sola, y H. Crespo “Prism-compressor dispersion scan and complete measurement

of pulsefront and wavefront of ultrashort pulses,” en preparación.

[3] B. Alonso, I. J. Sola, O. Varela, J. Hernández-Toro, C. Méndez, J. San Román, A. Zaïr, and L. Roso, “Spatiotemporal

amplitude-and-phase reconstruction by Fourier-transform of interference spectra of high-complex-beams,” J. Opt. Soc. Am.

B. 27, 933 (2010).

(c) (d)

(a) (b)

Búsqueda y caracterización práctica de luz no clásica desde primeros principios

Alfredo Luis

Departamento de Óptica, Facultad de Ciencias Físicas, Universidad Complutense de Madrid

Resumen: Presentamos un método universal de búsqueda y caracterización de luz no clásica basado directamente en la estadística de la medida simultánea de más de un observable, sin ningún tipo de hipótesis adicional. Esta formulación incluye en un mismo formalismo todas las formulaciones anteriores y permite descubrir nuevos fenómenos no clásicos, como se demuestra con algunos ejemplos.

Partimos de la idea de que la estadística de un único observable (número de fotones, cuadratura, etc.) nunca puede ser indicativo de la naturaleza cuántica de la luz, puesto que el electromagnetismo clásico puede replicar cualquier distribución estadística. Por ejemplo, una onda armónica y plana de amplitud definida presenta compresión total y es máximamente sub-poissoniana, todo ello sin dejar de ser clásica. Por ello, en la búsqueda y caracterización de efectos no clásicos debemos fijarnos en la observación simultánea de más de un observable.

Tales medidas son en general indirectas, ya que típicamente requieren la réplica del estado de luz

observado, por ejemplo con divisores de haz. En particular, en óptica cuántica la medida de más de un observable suele ser inevitablemente ruidosa, como ilustra el caso de observables incompatibles [1]. Por tanto las medidas conjuntas suelen ir acompañadas de algún tipo de análisis o de inversión que permita inferir las propiedades ópticas del estado observado a partir de los resultados de la medida. Grosso modo se trata de discriminar la señal del ruido o de invertir la lógica de la medida desde los resultados a sus causas [2].

En este trabajo proponemos esta inversión como método de búsqueda y caracterización de luz con

propiedades no clásicas. En este contexto la luz no clásica se revela porque la inversión o la inferencia desembocan en resultados incompatibles con el electromagnetismo clásico. Esta formulación tiene varias ventajas que conviene resaltar:

(i) Acomoda formulaciones previas. Por ejemplo, el carácter no clásico implícito en la compresión de cuadraturas se prueba mostrando que la función P de Glauber Sudarshan, que representaría la distribución conjunta de cuadraturas, es no clásica.

(ii) Es de naturaleza práctica, ya que se parte siempre de la estadística de observables medidos. (iii) No requiere hipótesis de principio respecto a las propiedades que debe tener un estado clásico. Por

ejemplo, es independiente de cualquier afirmación acerca de la función P de Glauber-Sudarshan. Por tanto, esta formulación puede ir más lejos que otros formalismos y revelar nuevos fenómenos no clásicos. Por ejemplo, puede descubrir propiedades no clásicas de estados de luz universalmente considerados como clásicos [3].

Referencias [1] K. Wódkiewicz, "Operational Approach to Phase-Space Measurements in Quantum Mechanics" Phys. Rev. Lett. 52, 1064 (1984); E. Arthurs y M. S. Goodman, "Quantum Correlations: A Generalized Heisenberg Uncertainty Relation" Phys. Rev. Lett. 60, 2447 (1988); S. Stenholm, " Simultaneous measurement of conjugate variables" Ann. Phys. (N.Y.) 218, 233 (1992); M. G. Raymer, "Uncertainty principle for joint measurement of noncommuting variables" Am. J. Phys. 62, 986 (1994). [2] W. M. Muynck, Foundations of Quantum Mechanics, an Empiricist Approach, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands, (2002); W. M. de Muynck y H. Martens, "Neutron interferometry and the joint measurement of incompatible observables" Phys. Rev. A 42, 5079 (1990); [3] A. Luis, "Contradictory entropic joint uncertainty relations for complementary observables in two-level systems" arXiv:1306.5211 [quant-ph]

Linealización regularizada para el estudio de sistemas cuánticos optomecánicos.

Rafael Garcés, Germán J. de Valcárcel, Eugenio Roldán

Departatment d’Òptica, Universitat de València, Dr. Moliner 50, 46100 Burjassot (València), España

Resumen: Analizamos la aplicación del método de linealización regularizada descrito en [2] para el caso de un sistema optomecánico con inyección bicromática y para una cavidad optomecánica con una membrana en el medio. Mostramos, utilizando las ecuaciones de Langevin, como éste nuevo método corrige las predicciones no físicas del cálculo usual del espectro de las fluctuaciones cuánticas.

El estudio de sistemas optomecánicos, donde la radiación electromagnética interacciona con grados de libertad mecánicos debido a la presión de radiación o a fuerzas de gradiente óptico, ha sufrido un gran desarrollo en los últimos años, con la publicación de resultados como el enfriamiento de un grado mecánico hasta su estado cuántico de mínima energía, la demostración de la transparencia optomecánica inducida, la transferencia coherente de estados entre modos ópticos y modos mecánicos, y la generación de luz comprimida [1].

Este último resultado es de gran importancia debido al uso que tiene la luz comprimida en aplicaciones como la metrología ultra precisa y la información cuántica, siendo las cavidades optomecánicas una de las alternativas más prometedoras, como fuentes de luz comprimida, a los osciladores ópticos paramétricos. Sin embargo, su operación presenta dos dificultades: (i) en este dispositivo la generación de luz comprimida requiere de biestabilidad óptica, siendo la respuesta del sistema discontinua en los puntos de inflexión de la curva de respuesta; y (ii) la presencia de un campo eléctrico medio no nulo hace difícil de modificar en la frecuencia donde tiene lugar la reducción máxima de las fluctuaciones.

En un estudio previo [2] mostramos cómo una cavidad optomecánica bajo inyección bicromática da lugar a la generación de luz comprimida, lo que ocurre a través de un proceso de mezcla de cuatro ondas degenerado que es inducido por la modulación introducida a través de la inyección y que da lugar a una bifurcación de tipo horca. Cerca de la bifurcación se produce una reducción de las fluctuaciones para una cuadratura de la luz y una amplificación en la cuadratura complementaria. El espectro de “squeezing” consta de una parta proveniente del ruido del vacío del campo electromagnético y una parte debida a las fluctuaciones del elemento mecánico. Justo en la bifurcación la parte del campo toma un valor 0 y el mínimo del espectro viene dado por 𝑆!"# = (2𝑛!! + 1)/( 3𝑄!), dónde 𝑛!! és el número de fonones térmicos y 𝑄! el factor de calidad del oscilador mecánico. Bajo ciertas aproximaciones, que nos han permitido hacer el cálculo analítico del espectro de squeezing, nuestro modelo (tomando las fluctuaciones provenientes del oscilador mecánico como 0) describe también una cavidad Kerr no lineal, para la que obtenemos “squeezing perfecto”.

Aquí presentamos la aplicación del método de linealización regularizada descrito en [3] a nuestro modelo para la generación de luz comprimida. El método de linealización usual, donde se escriben los operadores como una parte clásica más las fluctuaciones cuánticas y se linealizan las ecuaciones dinámicas respecto a estas últimas, deja de ser válido en los puntos críticos, donde se obtienen predicciones no físicas tales como como squeezing perfecto en una de las cuadraturas (lo que requeriría un número infinito de fotones). Usando las ecuaciones cuánticas de Langevin y aplicando el método de linealización regularizada (que básicamente consiste en incorporar al valor estacionario el valor promedio de las fluctuaciones para los términos cuadráticos) mostramos como obtener predicciones más precisas para las fluctuaciones cuánticas. También mostramos cómo el método de linealización es equivalente a asumir que el estado del campo electromagnético es un estado Gaussiano general.

Por otra parte también analizamos la aplicación del método de regularización para el caso de una cavidad optomecánica consistente en una cavidad óptica con una membrana en uno de los máximos del campo intracavidad. Este tipo de sistema en particular, bajo inyección monocromática, presenta una bifurcación tipo horca y por tanto una fenomenología similar al anterior problema. En este caso presentamos un estudio completo utilizando las ecuaciones de Langevin para el oscilador mecánico y el campo. Referencias [1] M. Aspelmeyer, T. K. Kippenberg, and F. Marquardt, Rev. Mod. Phys. 86, 1391, (2014). [2] R. Garcés, G. J. de Valcárcel, Proc. SPIE 9136, Nonlinear Optics and Its Applications VIII; and Quantum Optics III, 91362C (2014). [3] C. Navarrete-Benlloch, E. Roldán, Y. Chang, and T. Shi, Opt. Exp. 22, 24010 (2014).

Degenerate parametric oscillation in membrane cavity optomechanics

Carlos Sánchez-Muñoz1, Mónica Benito2, and Carlos Navarrete-Benlloch3 1 Dep. de Física Teórica de la Materia Condensada, Universidad Autónoma de Madrid, 28049 Madrid, Spain.

2 Instituto de Ciencia de Materiales, CSIC, Cantoblanco, 28049 Madrid, Spain. 3 Max-Planck-Insitut für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-str. 1, 85748 Garching, Germany.

Resumen: Modern quantum technologies offer a window into physical models that seemed untestable not long ago. We show that optomechanical cavities are currently operated in a regime in which one of such elusive models, the degenerate parametric oscillator, can be implemented via proper multi-chromatic drivings. Holding the paradigm of a dissipative quantum phase transition whose associated spontaneously broken symmetry is discrete, this is among the most relevant fundamental models in the field of open system dynamics.

Together with lasing, degenerate parametric oscillation has possibly the best-studied quantum optical dissipative model. The main motivation for studying such a model came from nonlinear optics, in particular from the possibility of implementing it in optical parametric oscillators [1]: cavities containing a second order nonlinear crystal that, when pumped with a laser at frequency ωp, are capable of generating a field at the subharmonic frequency ωp/2 through parametric down-conversion. Defining the annihilation operator 𝑎 for photons in the subharmonic mode, the model is formulated as the following evolution equation for its state 𝜌:

𝜌 = 𝜎(𝑎!! − 𝑎!), 𝜌 + 𝛾 2𝑎𝜌𝑎! − 𝑎!𝑎𝜌 − 𝜌𝑎!𝑎 + Γ 2𝑎!𝜌𝑎!! − 𝑎!!𝑎!𝜌 − 𝜌𝑎!!𝑎! , (1)

where the first and last terms describe, respectively, coherent exchange and irreversible loss of photon pairs into the pumping laser, while the second one accounts for damping through the mirrors.

Unfortunately, in optical implementations the ωp/2 degenerate down-conversion has to compete with non-degenerate processes in which the photon pairs are generated at frequencies ω1 and ω2 such that ωp = ω1 + ω2 (energy conservation), and it is simple to show that phase-matching (momentum conservation) always gives preference to one of these processes above the phase transition. In other words, despite the great deal of work invested on this system, degenerate optical parametric oscillation does not exist in reality.

In this work we prove that modern quantum technologies in which a mechanical degree of freedom is dispersively coupled to the light field of a cavity, allow for a realistic implementation of this long-awaited model. We focus on a system consisting of an oscillating dielectric membrane embedded in an optical cavity, see Fig. 1, and show how the conditions under which these setups are currently operated [2,3], together with the proper multi-chromatic driving, make the experimental analysis of degenerate parametric oscillation accessible with present technology.

Fig. 1.- Setup proposed for the observation of degenerate parametric oscillation in a mechanical degree of freedom. The membrane is dispersively coupled to two driven cavity modes. One of them, denoted by ‘linear’ because its frequency depends linearly on the membrane’s displacement (𝜔! is its bare value), tries to cool down the membrane's fundamental mode (with oscillation frequency Ω) close to its quantum mechanical ground state, hence controlling the rate 𝛾 in Eq. (1). The other mode, denoted by ‘quadratic’ because in this case its frequency varies quadratically with the membrane’s displacement, contains two tones, one at the resonant frequency 𝜔! and another at the two-phonon sideband 𝜔! − 2Ω. The combination of these two tones induces the coherent and incoherent two-phonon processes needed for degenerate parametric oscillation, and, through their power, they allow for an independent tuning of Γ and 𝜎 in Eq. (1). Referencias [1] P. Meystre and D. F. Walls (eds.), Nonclassical Effects in Quantum Optics (American Institute of Physics, 1991). [2] J. D. Thompson et al., “Strong dispersive coupling of a cavity to a micromechanical membrane”, Nature 452, 72 (2008). [3] M. Karuza et al., “Tunable linear and quadratic coupling for a membrane within a cavity”, J. Opt. 15, 025704 (2013).

quadratic mode

!q

linear mode

membrane

!q � 2⌦!l � ⌦

Polarization gating to generate high energy ultrashort pulses in overdenseplasmas, theory and simulation

M. Blanco, C. Ruiz and M. T. Flores-Arias “Grupo de Microóptica y Óptica GRIN”, Facultade de Física y Facultade de Óptica e Optometría,Universidade de Santiago de Compostela, Campus Vida s/n 15782, Santiago de Compostela, Spain

Resumen: High harmonic generation in solids represents an interesting source of coherent UV and XUV lightwith higher conversion efficiency than the gas harmonics [1,2]. In this contribution we present theoreticalsimulations of the polarization dependence of the harmonic yield in solids. We also propose a new method todevelop a polarization gate to isolate short attosecond pulses.

Advances in the ultrashort and ultraintense lasers allow to explore extreme regimes of interaction betweenlaser and overdense plasmas. Emission of high harmonics of the laser frequency from the surface of a solidtarget is one of the most interesting phenomena in this extreme regime. These harmonics are emitted as trains ofshort attosecond pulses.

High harmonics from solids have high conversion efficiency and provide an important alternative to gasharmonics with the promise of high energy attosecond pulses. These attosecond pulses have importantapplications to study time resolved electron transitions but, in order to make them useful, we need to controltheir properites with the available experimental techniques.

In this contribution we study the dependence of the harmonic yield from overdense media with the laserpolarization. We use numerical simualtions with Particle in Cell (PIC) [3,4] formalisms with a 1D3V coderecently developed by us with the MATLAB platform.

We compare the polarization depende on this overdense media against the gas phase harmonics reportedelesewhere [5]. After doing this comparison we discuss the different polarization schemes discussed in theliterature and examine some of them with our simulations.

Finally we describe new schemes to produce polarization gatings with the aim to isolate the emission of asingle attosecond pulse. We discuss the benefits of these new schemes and how they can be implemented.

References[1] Quéré, F., et al. "Coherent wake emission of high-order harmonics from overdense plasmas." Physical review letters 96.12 (2006): 125004.[2] Thaury, C., et al. "Coherent dynamics of plasma mirrors." Nature physics 4.8 (2008): 631-634.[3] Macchi, Andrea. A Superintense Laser-Plasma Interaction Theory Primer. Springer Science & Business Media, 2013., [4] Birdsall, Charles K., and A. Bruce Langdon. Plasma physics via computer simulation. CRC Press, 2014.[5] Sola, I. J., et al. "Controlling attosecond electron dynamics by phase-stabilized polarization gating." Nature Physics 2.5 (2006): 319-322.

Electron rephasing in a laser-plasma accelerator

A. Döpp,1,2 E. Guillaume,1 C. Thaury,1 K. Ta Phuoc,1 A. Lifschitz,1 J-P. Goddet,1 A. Tafzi,1 D. Douillet,1 G. Rey,1 S.W. Chou,3 L. Veisz,3 and V. Malka1

1 LOA ENSTA-Paristech Palaiseau, France 2 CLPU, Salamanca, Spain

2 MPQ, Garching, Germany

Resumen: Electron accelerators based on laser-plasma interaction are a promising candidature for future compact accelerators. A main limit of the maximum electron energy achievable in such accelerators is the dephasing between the driving laser and the highly relativistic electron beam. We present experimental result, showing that plasma density tailoring can mitigate the effects of dephasing, thus leading to higher peak energies. Energy gain in laser wakefield accelerators is generally limited by dephasing between highly relativistic electrons and the driving laser pulse. But as the relative phase depends on both the driver and the cavity length, the effects of dephasing can be mitigated with appropriate tailoring of the plasma density along propagation. The ideal case would provide constant phase adaption, but such a target is difficult to design.

Here we present a simplified approach, which uses a sharp upward plasma density transition, generated by introducing a knife edge into the gas jet. Depending on the position of the shock, we observe that this onetime boost can augment the cutoff energy of electrons by almost 50 percent.

Figure 1: Influence of a Sharp density transition on the electron spectral and angular distribution.

Estudio de pulsos de rarefacción en la ecuación no lineal de Schrödinger

cúbico-quíntica en dos dimensiones

David Feijoo, Ángel Paredes y Humberto MichinelÁrea de Óptica-Facultade de Ciencias, Universidade de Vigo, As Lagoas s/n 32004 Ourense (España)

Resumen: En esta comunicación presentamos nuestro análisis de la ecuación no lineal deSchrödinger (ENLS) en el caso cúbico(focalizante)-quíntico(desfocalizante)[1]. Primeramenteprocedemos a mostrar el cálculo en el caso de amplitud crítica de la familia de ondas viajerasestacionarias, pulsos de rarefacción y pares vórtice-antivórtice. Posteriormente estudiamos elresultado de las colisiones entre un solitón brillante de pequeño tamaño y uno de gran tamaño.Para finalizar comprobamos que los pulsos de rarefacción generados en las colisiones seidentifican con las soluciones de ondas viajeras.

Modelo matemático de ondas viajeras

La ENLS cúbico (focalizante)-quíntica (desfocalizante) tiene la siguiente forma:

Es posible encontrar ondas viajeras de velocidad y forma constantes, incluyendo pulsos de rarefacción (burbujasen movimiento sin vorticidad) y pares vórice-antivórtice. Hemos buscado soluciones estacionarias de ondasviajeras adaptando los argumentos de [2] y hemos calculado aproximaciones numéricas a diferentes solucionesde esta familia. Para ello, seguimos los métodos de [3] y usamos un ansatz vórtice-antivórtice del estilo de [4].Cuatro ejemplos se presentan en la Fig. 1.

Figura 1.- Ejemplos de mapas de contorno de la función de onda para cuatro ondas viajeras.

Pulsos de rarefacción procedentes de colisiones solitón-solitónHemos analizado la colisión de dos solitones de diferentes tamaños resolviendo numéricamente la Eq.(1).Diferentes comportamientos fueron observados. El más característico de ellos se muestra en la Fig. 2. Consisteen la generación del vacío dentro de la "gota", el cual se desplaza con velocidad constante y finalmente sale delsolitón de mayor tamaño reconvertido en un solitón brillante.

Figura 2- Ejemplo de colisión de dos solitones en el que se observa el proceso de conversión brillante-oscuro-brillante.

Referencias

[1] Á. Paredes, D. Feijoo and H. Michinel, “Coherent cavitation in the liquid of light”, Phys. Rev. Lett. 112, 173901 (2014).[2] C.A. Jones, P.H. Roberts, J. Phys. A: Math. Gen. 15, 2599-2619 (1982).[3] D. Chiron, C. Scheid, preprint HAL-Inria Open Archive hal-00873794 (2013).[4] N.G. Berloff, J. Phys. A: Math. Gen. 37, 1617-1632 (2004).

Comportamiento electromagnético de sustratos nanoestructurados

contaminados con objetos micrométricos

A.I. Barreda, F. González y F. Moreno

Grupo de Óptica. Departamento de Física Aplicada. Universidad de Cantabria, 39005 Santander (España)

Resumen: En este trabajo se estudia el comportamiento electromagnético de objetos

dieléctricos micrométricos, situados sobre sustratos metálicos estructurados mediante

nanoagujeros distribuidos periódicamente. Atendiendo a la resonancia (1,0) de Transmisión

Óptica Extraordinaria, se ha investigado numéricamente la influencia de la geometría del

objeto en los espectros de transmisión. Concretamente, el estudio se ha basado en el

desplazamiento espectral del máximo de transmisión a medida que la superficie de contacto

entre el objeto y el sustrato nanoestructurado cambia.

Durante las dos últimas décadas se ha producido un importante avance en el conocimiento de cómo la

radiación electromagnética interacciona con la materia a nivel de la nano-escala. En particular, cuando la materia

tiene carácter metálico, aparecen nuevos fenómenos asociados al movimiento “libre” de los electrones y que ha

generado un importante campo de investigación dentro de la nanofotónica que se conoce como plasmónica.

Particularmente, arrays de nanoagujeros realizados en finas películas metálicas han sido propuestos como

biosensores [1], dada su capacidad para detectar material biológico sumergido en un medio con un índice de

refracción similar al del objeto.

Cuando la luz atraviesa un array periódico de agujeros de tamaño menor que la longitud de onda,

perforados en una fina capa metálica, en el espectro de transmisión se observan resonancias, cuya intensidad es

mayor que la predicha por la difracción convencional. Este fenómeno conocido como Transmisión Óptica

Extraordinaria (EOT), se debe a la excitación de los plasmones superficiales en la interfaz dieléctrico-metal [2].

En este trabajo estudiamos el comportamiento electromagnético de objetos dieléctricos micrométricos

(Radio>1µm) situados sobre un sustrato nanoestructurado, fijándonos en el desplazamiento espectral de la

resonancia (1,0) EOT a medida que varía la superficie de contacto entre el objeto y el array. Con el fin de

simplificar el problema, las simulaciones, realizadas con COMSOL, se han llevado a cabo en 2-D, pues se

mantiene la física del problema. La nanorejilla consiste en una capa de 60nm de oro donde se han realizado

rendijas de 180nm de anchura. Como se puede ver en la Figura 1, ésta se encuentra sobre un sustrato de vidrio.

Encima de la misma está el medio líquido (agua) en el que se sumerge el objeto dieléctrico estudiado. El radio

del mismo es R=10µm y su índice de refracción 1.4. La estructura es iluminada a lo largo del eje y por un haz

gaussiano de anchura 20µm y linealmente polarizado a lo largo del eje x.

Figura 1.- Esquemas de las estructuras utilizadas para estudiar el efecto de una objeto de gran tamaño (R=10µm) sumergido

dentro del agua. En a) la superficie de contacto entre el objeto y el array de nanoagujeros es mediante un punto. En b) el

objeto cubre algunas nanorendijas con el fin de aumentar la superficie de contacto.

Referencias

[1] Brolo, A. G., “Plasmonic for future biosensors”, Nat. Photonics., 6, 709-713 (2012).

[2] Ghaemi, H. F. et al., “Surface plasmons enhance optical transmission through subwavelength holes”, Phys. Rev. B, 58,

6779-6782 (1998).

Analysis of spatiotemporal distortions in ultrashort light pulses of 20femtoseconds produced by Seidel primary aberrations: Theoretical and

experimental results.

Miguel Ángel González-Galicia*, M. Rosete-Aguilar** J. Garduño-Mejía**, and N. CBruce**

*Grupo de Investigación en Óptica Extrema (GIOE), Universidad de Salamanca, Pl. de la Merced s/n, E-37008 Salamanca, Spain

** Centro de Ciencias Aplicadas y Desarrollo Tecnológico. Universidad Nacional Autónoma de México. CiudadUniversitaria, Circuito Exterior S/N, Apartado Postal 70-186, México City. 04510, México

Abstract: We present a spatiotemporal analysis in the focal plane, corresponding to thefocusing of ultrashort light pulses with a duration of 20 fs and a carrier wavelength of 810 nmat the paraxial focal plane of an achromatic doublet. We analyze the e ects of sphericalffaberration, coma, astigmatism, and field curvature in the focusing of ultrashort pulses forGaussian illumination. We also present experimental results for the spatiotemporal profile andthe corresponding theoretical analysis.

1. IntroductionWe demonstrate theoretically and experimentally that pulses 20 fs temporal distortion does not occur due to theinfluence of primary Seidel aberrations. While in contrast, the spatial profile distortion increases as the angle ofinclination of the achromatic doublet. In reference [1] has developed the theoretical study of primary aberrations.We analyze the spatiotemporal intensity of Gaussian temporal envelope pulses with initial durations of 200 fsand a carrier wavelength of 810 nm at the paraxial focal plane of an achromatic doublet lens, using the Seidelaberration theory, in this work we have obtained theoretical and experimental results [2].

2. Diffraction theoryThe field distribution near the focal plane of a lens can be estimated according to the following diffractionintegral

U ( x2 , y2, z ,u ;Δω)∝∫−∞

∞

∫−∞

∞

U 0(x1 , y1 , u)P(x1 , y1)A (Δω)

e [−iΘ (x1 , y1 ;η )] e [iϕ (x1 , y1 )]×e

i ka

2 z [( x2− x1 )2+( y2− y1)

2]d x1 d y1

(1)

3. Theoretical results Spatiotemporal profile shown in Figure 1, is obtained by numerically solving equation 1.

Figure 1: Spatiotemporal pulse intensities, at the paraxial focal plane, are presented for 8 degrees, with respect to the opticalaxis of a commercial achromatic doublet (model NT45-794 designed for NIR from Edmund).

4. ConclusionsWe conclude that primary aberrations do not produce temporal spreading for 20 fs. The spatial profile is affectedby lens aberrations and distortion is dominated by astigmatism and field curvature to 5 and 8 degrees.

5. References[1] González-Galicia, M A; Rosete-Aguilar, M; Garduño-Mejía, J; Bruce, N C; Ortega- Martínez, R. “Effects of primaryspherical aberration, coma, astigmatism and field curvature on the focusing of ultrashort pulses: homogenous illumination”.JOSA A, Vol. 28 Issue 10, pp.1979-1989. (2011).[2] González-Galicia, M A; Rosete-Aguilar, M; Garduño-Mejía, J; Bruce, N C; Ortega- Martínez, R. “Effects of primaryspherical aberration, coma, astigmatism, and field curvature on the focusing of ultrashort pulses: Gaussian illumination andexperimental”. JOSA A, Vol. 28 Issue 10, pp.1990-1994. (2011)

Respuesta Espectral de Nanoantenas Dipolares en Campo Cercano y Lejano

Y. Gutiérrez1), F. Moreno1) and F. González1). 1 Grupo de Óptica, Departamento de Física Aplicada, Universidad de Cantabria, Avenida de Los Castros

s/n, 39005 Santander, España.

Resumen: Estudios realizados en nanopartículas metálicas muestran un corrimiento al rojo y ensanchamiento de los picos de las resonancias plasmónicas en la transición del campo lejano al cercano. Este trabajo estudia la respuesta espectral de nanopartículas dieléctricas con alto índice de refracción, las cuales muestran resonancias dipolares eléctricas y magnéticas, y ofrece una interpretación del ensanchamiento y corrimiento al rojo producido en estos materiales en términos de las contribuciones radiativa y no-radiativa al campo electromagnético difundido.

Actualmente existe un gran interés en el diseño de nanoantenas[1]. El control de la direccionalidad de la luz difundida y la eficiencia energética son los dos requisitos más buscados por los científicos que trabajan en este campo. La mayoría de la conclusiones acerca del comportamiento de nanoantenas se obtiene a partir del análisis de su comportamiento en campo lejano. Esto es debido a que, en este régimen, existen parámetros físicos bien definidos a partir de los cuales es posible obtener resultados numéricos sobre su comportamiento electromagnético. Desde el punto de vista experimental, la precisión de los experimentos en campo cercano muestran es menor que aquellos realizados en campo lejano. Sin embargo, muchas de las aplicaciones para las cuales las nanoantenas han sido diseñadas necesitan un análisis de su funcionamiento en campo cercano. En investigaciones recientes, se ha demostrado que bajo la aproximación dipolar existe un claro corrimiento al rojo y ensanchamiento de la respuesta de la nanoantena metálica en la transición del campo lejano al cercano[2-3].

Los materiales que presentan propiedades magnetodieléctricas han despertado un reciente interés como materiales con bajas perdidas e inusuales propiedades a la hora de difundir la luz, debido a la posibilidad de la excitación coherente de las resonancias dipolares eléctricas y magnéticas[4-6]. El propósito de esta contribución es la interpretación del corrimiento al rojo y ensanchamiento de las resonancias producidas en materiales magnetodieléctricos. Esta interpretación se llevará a cabo a través del estudio de los cambios sufridos por la luz difundida en su propagación desde la superficie de la nanoantena hasta lugares alejados de la misma. Para ello, se estudia el papel que juegan las contribuciones radiativa y no radiativa al campo difundido por la nanoantena[7]. Éstos son los conceptos clave para la descripción e interpretación del comportamiento de las resonancias en campo cercano con respecto a las observaciones realizadas en campo lejano. Referencias [1] Novotny, L., & van Hulst, N. Antennas for light. Nature Photonics, 5(2), 83–90 (2011) [2] Moreno, F., Albella, P., & Nieto-Vesperinas, M. Analysis of the spectral behavior of localized plasmon resonances in the near- and far-field regimes. Langmuir: The ACS Journal of Surfaces and Colloids, 29(22), 6715–21. (2013) [3] Alonso-González, P., Albella, P., Neubrech, F., Huck, C., Chen, J., Golmar, F., Aizpurua, J., Hillenbrand, R. Experimental Verification of the Spectral Shift between Near- and Far-Field Peak Intensities of Plasmonic Infrared Nanoantennas. Phys. Rev. Lett., 110(20), 203902 (2013) [4] Geffrin, J. M., García-Cámara, B., Gómez-Medina, R., Albella, P., Froufe-Pérez, L. S., Eyraud, C., Litman, A., Vaillon, R., González, F., Nieto-Vesperinas, M., Sáenz, J. J., Moreno, F. Magnetic and electric coherence in forward- and back-scattered electromagnetic waves by a single dielectric subwavelength sphere. Nature Communications, 3, 1171. (2012) [5] Albella, P., Poyli, M. A., Schmidt, M. K., Maier, S. A., Moreno, F., Sáenz, J. J., & Aizpurua, J. Low-Loss Electric and Magnetic Field-Enhanced Spectroscopy with Subwavelength Silicon Dimers. The Journal of Physical Chemistry C, 117, 13573−13584. (2013) [6] Albella, P., Alcaraz, R., Moreno, F., & Maier, S. A. Electric and Magnetic Field Enhancement with Ultralow Heat Radiation Dielectric Nanoantennas: Considerations for Surface- Enhanced Spectroscopies. ACS Photonics. (2014). [7] Nieto-Vesperinas, M. Scattering and Diffraction in Physical Optics, 2nd ed.; World Scientific: Singapore, 2006; Chapter 2

Characterization of ultrashort light pulses: chirp determination via transverse SHG in random nonlinear crystals

J. Trull, B. Wang1, I. Sola2, W. Krolikowski3,4, Y. Sheng3, R. Vilaseca1 and C. Cojocaru1

1. Universitat Politècnica de Catalunya, Rambla Sant Nebridi 22, 08222 Terrassa, Barcelona, Spain 2. Universidad de Salamanca, Plaza de la Merced s/n 37008 Salamanca, Spain

3. National University, Canberra ACT 0200, Australia. 4. Texas A&M University at Qatar, Doha, Qatar

Summary: We show that the recently implemented single-shot transverse autocorrelation technique (TAC), which takes advantage of the second-harmonic light generated in transverse direction by a random nonlinear crystal and was shown to work for light pulses of 200 fs, can be extended to measure pulse duration and initial chirp of pulses with durations down to 30fs. This technique can be very useful for easy in-situ inspection of ultrashort light pulses.

The single-shot transverse autocorrelation technique (TAC) [1] has been proved to be an effective method for ultrashort pulse characterization in the range of 200fs. Here we extend it to shorter pulses, down to 30 fs. In TAC, the superposition of two replicas of the pulse within a crystal with a random-sized distribution of antiparallel nonlinear domains (i.e. SBN crystal) generates a transverse second harmonic signal (TSHG) emitted in a transverse direction [2]. The width of the TSHG trace inside the crystal is directly related to the pulse duration. On the other hand the dispersion of the SBN crystal itself introduces a change of the pulse duration during its propagation inside the crystal, which is very sensitive to the value of the initial chirp of the pulse. Thus both pulse duration and initial chirp can be deduced from the traces.

Fig. 1 shows the experimental setup. Two replicas of the unknown ultrashort pulse delivered by the laser system are overlapped within the nonlinear crystal at an angle 2αext=6.8º. An acousto-optic device was used to control and modify the negative initial chirp of the pulse. A CCD camera placed on top of the crystal recorded the TAC trace.

\ Fig. 2 shows the experimental (a-f) and numerically calculated (g-l) TAC traces as a function of the

propagation distance along the crystal, for different values of initial chirp parameter C. The TAC traces at particular selected points are shown in the insets. The values of C and of the initial pulse time duration can be obtained from measurements of the maximum compression distance xmin and the corresponding pulse duration τmin. A very good agreement between experiment and numerical modelling was found [3].

In conclusion, this work shows that the measurement of chirp parameter and duration of 30fs pulses is possible using TAC method. In addition, this technique permits an in-situ analysis of the pulse evolution and provides an easy way to correct for the pulse chirp acquired during propagation in the optical system.

References [1] J. Trull et al., Appl Phys B 95, 609 (2009). [2] A.R. Tunyagi, M. Ulex and K. Betzler, "Noncollinear Optical Frequency Doubling in Strontium Barium Niobate, Phys. Rev. Lett. 90, 243901 (2003). [3] J. Trull, I. Sola, B. Wang, A. Parra, W. Krolikowski, Y. Sheng, R. Vilaseca, C. Cojocaru, Appl. Phys. Lett. 106, 221108 (2015)

Fig. 2.- Top row (a-f): experimental TAC traces (pulse propagation from bottom to top). Bottom row (g-l): simulated TAC traces.

Fig. 1.- Experimental setup. M-mirror, BS-beam splitter, λ/2-half wave plate.

Two-dimensional Spatial Adiabatic Passage of matter waves: interferometry, angular momentum and geometric phases

R. Menchon-Enrich1, A. Martínez-Cuadrado1, Th. Busch2, J. Mompart1, and V. Ahufinger1

1Departament de Física, Universitat Autònoma de Barcelona, E-08193 Bellaterra, Spain 2Quantum Systems Unit, OIST Graduate University, Okinawa 904-0495, Japan

Summary: Quantum transport of matter waves in systems of two-dimensional harmonic traps coupled by tunneling is discussed. We introduce novel protocols for matter-wave interferometry and generation of angular momentum. We also explore configurations where the emerging geometric phases can be straightforwardly detected by measuring the final population distribution among the traps.

Wave properties of neutral atoms naturally emerge as they are cooled down to temperatures close to the absolute zero. In this context, Spatial Adiabatic Passage (SAP) has been proposed for the efficient and robust transport of single atoms [1], electrons in quantum dots [2], and Bose-Einstein condensates [3] between the outermost traps of one-dimensional triple-well potentials. In addition, SAP has been reported experimentally for light beams propagating in optical waveguides coupled via the evanescent field [4,5].

In this work, we discuss the extension of SAP to systems formed by two-dimensional (2D) harmonic traps in a triangular configuration coupled via tunneling. For identical traps, we take advantage of an energy level crossing that occurs during the dynamics to create an equal probability coherent superposition of the atomic wave-function in two of the traps to implement a matter-wave interferometry protocol [6]. For non identical traps, a single cold atom can be completely transferred from the ground state of the initial trap to the degenerate first excited states of the final trap following a superposition of two energy eigenstates of the system. Depending on the total time of the process, angular momentum is generated with values that oscillate between �ħ [7], see Figure 1. More involving configurations including an extra harmonic trap are investigated as possible scenarios to evidence tunneling-induced geometric phases in ultracold atomic systems.

Figure 1.- Population distribution temporal sequence for a SAP protocol in a system of three harmonic traps in a triangular

geometry that eventually yields an atomic angular momentum state.

References [1] K. Eckert, M. Lewenstein, R. Corbalán, G. Birkl, W. Ertmer, and J. Mompart, Phys. Rev. A 70, 023606 (2004). [2] A. D. Greentree, J. H. Cole, A. R. Hamilton, and Lloyd C. L. Hollenberg, Phys. Rev. B 70, 235317 (2004). [3] E. M. Graefe, H. J. Korsch, and D. Witthaut, Phys. Rev. A 73, 013617 (2006). [4] S. Longhi, G. Della Valle, M. Ornigotti, and P. Laporta, Phys. Rev. B 76, 201101 (2007). [5] R.Menchon-Enrich, A. Llobera, V. J. Cadarso, J. Mompart, and V. Ahufinger, IEEE Photonics Technology Letters 24, 536 (2012). [6] R. Menchon-Enrich, S. McEndoo, J. Mompart, V. Ahufinger, and Th. Busch, Phys. Rev. A 89, 053611 (2014). [7] R. Menchon-Enrich, S. McEndoo, Th. Busch, V. Ahufinger, and J. Mompart, Phys. Rev. A 89, 013626 (2014).

Parametric control of frequency conversion processes mediated by Raman

coherence waves in hydrogen-filled kagomé photonic crystal fibre

David Novoa, Sebastian T. Bauerschmidt, Amir Abdolvand, and Philip St.J. Russell Max Planck Institute for the Science of Light, Guenther-Scharowsky-Str. 1, 91058 Erlangen, Germany

Abstract: We report on broadband frequency conversion processes in kagomé-style hollow-

core photonic crystal fibres filled with hydrogen gas. Both up- and down-shifting of arbitrary

optical signals by the Raman frequency are made possible via pre-excitation of Raman

coherence waves in the gas-filled core. For these processes to be efficient, phase-matching is

required and can be achieved for different modal configurations by the unique pressure-

tunable dispersion landscape of these fibres.

When a laser pump beam of high intensity propagates throughout a Raman-active medium such as

hydrogen gas, a strong coherent Stokes signal, red-shifted by a given Raman transition frequency ΩR (associated

with a molecular degree of freedom) is generated. This is accompanied by the creation of a "coherence wave" in

the medium, i.e., a travelling refractive index modulation whose phase velocity is determined by the dispersion

of the optical system. This coherence wave, which will typically last a few hundred picoseconds after excitation,

can be used to shift by ΩR the frequency of a third, arbitrary "mixing" signal, provided phase-matching between

the coherence wave, the mixing and the shifted signals is satisfied [1].

Here we report the experimental realization of different schemes for highly-efficient broadband frequency

shifting of arbitrary optical signals in hydrogen-filled kagomé-style photonic crystal fibre (PCF) [2]. Stimulated

Raman scattering is extremely efficient in these fibres owing to a long light-matter interaction length and tight

optical confinement in the core, and furthermore different inter- and intramodal Raman scattering processes [3]

can be arranged through the pressure-tunable dispersion landscape of the gas-filled kagomé-PCF. In particular,

overall frequency-shifting conversion efficiencies in excess of 70% for broadband signals are achieved (see

Fig. 1 for example). These results have potential applications in spectroscopy and efficient wavelength-

conversion of broadband laser sources.

Figure 1.- Broadband frequency up-conversion of a supercontinuum mixing signal M0

0 mediated by the Raman coherence

wave generated by the beat note of the pump (P) and Stokes (S1,S2) signals. The bandwidth is replicated and up-shifted to

the vicinity of the first (M1) and second (M2) mixing anti-Stokes bands by the fundamental vibrational excitation of

hydrogen molecules with ΩR = 125 THz. The quasi-monochromatic pump pulse is centred at 532 nm.

References [1] S. E. Harris and A. V. Sokolov, “Subfemtosecond pulse generation by molecular modulation”, Phys. Rev. Lett. 81, 2894

(1998).

[2] P. St.J. Russell, P. Hölzer, W. Chang, A. Abdolvand, and J. C. Travers, “Hollow-core photonic crystal fibers for gas-

based nonlinear optics”, Nat, Photonics 8, 278 (2014). [3] S. T. Bauerschmidt, D. Novoa, B. M. Trabold, A. Abdolvand, and P. St.J. Russell, “Supercontinuum up-conversion via

molecular modulation in gas-filled hollow-core PCF”, Opt. Express 22, 20566 (2014).

Deformación de un pulso laser gaussiano ultraintenso al propagarse en el vacío cuántico

Ángel Paredes1, David Nóvoa2, Daniele Tommasini1

1Departamento de Física Aplicada, Universidade de Vigo, As Lagoas s/n, ES-32004 Ourense, Spain 2Max Planck Institute for the Science of Light, Gunther-Scharowsky Str. 1, 91058 Erlangen, Germany

Resumen: La creación de pares partícula-antipartícula virtuales implica que incluso el vacío perfecto es un medio no lineal. Presentamos estimaciones analíticas de los efectos sobre la propagación de un pulso ultraintenso, inicialmente gaussiano, incluyendo la mezcla de modos transversales, la rotación de polarización y la generación de tercer harmónico. Dichos fenómenos se podrían detectar en instalaciones futuras en el rango del multipetavatio y permitirían examinar el modelo estándar y otros paradigmas en un régimen previamente inexplorado.

El desarrollo de láseres con cada vez mayor potencia de pico e intensidad ha sido notable en las últimas décadas, desde la invención de la Chirped Pulse Amplification [1]. Entre otras aplicaciones, esto permite diseñar experimentos de física fundamental que exploren el modelo estándar de la física de partículas en nuevas regiones de parámetros. La cantidad física que controla los efectos debidos a la polarización del vacío cuántico es la razón entre el campo eléctrico del pulso láser y el llamado campo eléctrico de Schwinger, ES=1.3 x 108 V/m. Es importante remarcar que aun en el caso E<ES, el vacío introduce correcciones no lineales a las ecuaciones de Maxwell debido a la creación virtual de pares (en ciertos modelos, también podría darse la creación y detección de partículas reales [2]). Existen escenarios más allá del modelo estándar (p. ej. partículas tipo axión o parafotones) que podrían modificar estas correcciones. Por tanto, es de gran interés diseñar y realizar experimentos basados en láser para dilucidar estas cuestiones.

En esta contribución, se presentan los resultados de [3], artículo en el que se obtuvieron expresiones matemáticas sencillas que describen la deformación de un pulso gaussiano debido a su auto-interacción en el vacío (otros trabajos relacionados son [4,5]). Se hallan los términos dominantes en una doble expansión en paraxialidad (λ/w0, siendo λ la longitud de onda central del pulso y w0 el radio de su cintura) y efectos cuánticos (E/ES). Encontramos que:

• Existe rotación de polarización. Si el haz incidente está linealmente polarizado en la dirección x, cierto

número de fotones tienen polarización y a la salida. • Se genera tercer harmónico en la región cercana al foco del haz. Sin embargo, por interferencia destructiva

la onda de tercer harmónico se desvanece asintóticamente, con cierta similitud a lo que sucede en un material sin coincidencia de fase.

• Se produce auto-enderezamiento del pulso (“self-steepening”). • Existe transferencia de energía entre los modos transversales. Cerca del foco, se excita toda la torre infinita

de modos. Asintóticamente, sólo un número pequeño de modos sobrevive, dando lugar a una deformación calculable del frente de onda. Este efecto es el dominante y podría ser medible mediante técnicas interferométricas en instalaciones de multipetavatio en un futuro no lejano, aunque requeriría desarrollos tecnológicos importantes. La repetibilidad y el control sobre la distribución espacial del haz incidente son factores limitantes.

Referencias [1] G. A. Mourou, T. Tajima, and S. V. Bulanov, “Optics in the relativistic regime”, Rev. Mod. Phys. 78, 309 (2006). [2] K. Homma, D. Habs, T. Tajima, “Probing the semi-macroscopic vacuum by higher-harmonic generation under focused intense laser fields”, Appl. Phys. B 106, 229 (2012). [3] Ángel Paredes, David Nóvoa, and Daniele Tommasini, “Self-induced mode mixing of ultraintense lasers in vacuum”, Phys. Rev. A 90, 063803 (2014). [4] Y. Monden and R.Kodama, “Enhancement of Laser Interaction with Vacuum for a Large Angular Aperture”, Phys. Rev. Lett. 107, 073602 (2011). [5] A. M. Fedotov and N. B. Narozhny, “Generation of harmonics by a focused laser beam in the vacuum”, Phys. Lett. A 362, 1 (2007).

What is the ultracold bosons simmetry memory? A. Ferrando

Departament d’Òptica i Optometria i Ciències de la Visió, Universitat de València, Spain. M. A. Garcia-March

Institute of Photonic Sciences - ICFO and University of Barcelona, Spain. L. D. Carr

Colorado School of Mines, Golden, CO, USA and University of Heidelberg, Germany. J. Vijande

Departament de Física Atòmica, Molecular i Nuclear, Universitat de València, Spain.

Abstract: We study the quantum non-equilibrium dynamics, which occurs after a quench in the parameters of a system of ultracold bosons trapped in a ring of potential wells. We introduce three new concepts to predict and characterize the symmetry dynamics after the quench. We observe that the memory of the original symmetry that the system retains crucially depends on the initial quantum phase.

We study the quantum non-equilibrium dynamics, which occurs after a quench in the parameters of a sys- tem of ultracold bosons trapped in an external ring trap. The system is described by a Bose-Hubbard Hamiltonian. The relevant parameters are the interaction energy U, associated to contact interactions among the bosons and the tunneling energy J between different ring sites. A system of ultracold bosons described by a Bose-Hubbard model has a superfluid and a Mott phase. A phase transition has been described and observed experimentally between both phases [1, 2]. We study a system in which the initial, not-quenched, external potential shows a rotational discrete symmetry of order M , in which all J are equal ---see Fig. 1(left). Its associated conserved quantity is the so-called the angular pseudo-momentum [3]. For simplicity, we assume that the order of this discrete symmetry, M, is even. Then we consider a quench occurring at t = 0 , which breaks this initial symmetry in a controlled manner. For example, it can be due to a change in the tunneling energy, which makes it different for odd, and even sites ---see Fig. 1(right). In this way, the final system has a discrete rotational symmetry of order M/2. We study then the non-equilibrium dynamics after such a quench when the system is initially either in the superfluid phase or in the Mott one. We use exact diagonalization and group theory for small systems. We introduce three new concepts to predict and characterize the dynamics after the quench: symmetry memory, critical symmetry-breaking strength, and the symmetry gap. We observe that the memory that the system retains from the initial potential depends crucially on the initial quantum phase. We also obtain that the critical symmetry breaking can manifest itself in the form of current reversals, although it is more clearly observed in the symmetry memory operator, which is based on unitary rotations.

Figure 1.- Schematic of the symmetry quench in a discrete ring trap. Left panel: C6 symmetric ring where all tunneling energies between different wells are equal. Right panel: external potential ring after a quench where the tunneling energies

are different for odd and even sites. The new potential shows C3 discrete rotational symmetry.

References [1] D. Jaksch, C. Bruder, J.I. Cirac, C.W. Gardiner, and P. Zoller, Phys. Rev. Lett. 81, 3108 (1998) . [2] M. Greiner, O. Mandel, T. Esslinger, T. W. Hänsch, and I. Bloch, Nature 415, 39 (2002). [3] M. A. García-March, A. Ferrando, M. Zacarés, J. Vijande, and L. D. Carr, Physica D: Nonlinear Phenomena 238, 1432 (2009).

Conversión activa de imágenes al visible mediante iluminación láser

en la región espectral de 1550 nm

A. J. Torregrosa1, H. Maestre

1, M. L. Rico

2, J. Capmany

1

(1) Dpto. de Ingeniería de Comunicaciones. Universidad Miguel Hernández de Elche.

Av. Universidad s/n, 03202 Elche (Alicante).

(2) Dpto. Tecnología Informática y Computación. Universidad de Alicante.

Ctra. San Vicente del Raspeig. 03690 San Vicente del Raspeig (Alicante).

La conversión de longitud de onda de imágenes aparece como una técnica prometedora para la

visualización de imágenes formadas en regiones espectrales donde no se encuentran disponibles sensores de

imágenes de arrays de plano focal. Por ello resulta interesante la conversión de imágenes a la región espectral

donde operan cámaras CMOS o CCD de silicio dadas sus características de funcionamiento sobresalientes en

cuanto a eficiencia y reducido coste, así como la posibilidad de utilizar dispositivos EMCCDs (CCDs

multiplicadores de electrones) cuando se trabaja con niveles de luz extremadamente bajos incluso con eficiencias

de conversión bajas. Hasta la fecha diversos trabajos han explorado este tipo de procesos a partir de la

iluminación de objetos mediante fuentes coherentes de banda estrecha y fuentes térmicas incoherentes de banda

ancha [1,2]. En este trabajo se presentan los resultados preliminares que proporciona el sistema experimental

propuesto para la conversión de longitud de onda de imágenes formadas mediante iluminación láser en la región

espectral del infrarrojo eye-safe centrada en 1550 nm. La imagen convertida se encuentra en la región visible del

rojo donde es habitual encontrar dispositivos sensores de imagen de plano focal de silicio con una eficiencia

cuántica superior a 0.6 para longitudes de 630 nm. La conversión tiene lugar en un cristal no lineal

periódicamente polarizado de niobato de litio (PPLN) ubicado en el interior de la cavidad de un láser de estado

sólido de Nd3+

:YVO4 bombeado por diodo (808 nm). La imagen convertida a 630 nm es resultado del proceso

de mezcla de frecuencia suma intracavidad (conversión activa) de paso único entre la oscilación láser del modo

fundamental a 1064 nm y el haz de la imagen formada en la región eye-safe.

En la Fig. 1 se muestra el montaje experimental. El cristal de Nd3+

:YVO4 (dimensiones 2×2×5 mm3 y

concentración de l% at. Nd3+

) presenta en su cara de entrada el espejo M1 (alta transmitancia a 808 nm y elevada

reflectancia entre 1000 y 1100 nm). Está cortado con caras perpendiculares al eje-a, de modo que pueda oscilar

en polarización-c (la de mayor sección eficaz) y coincida con la polarización (extraordinaria) que deben poseer

las ondas interactuantes en procesos de QPM (quasi-phase matching) de tipo 0 para acceder al coeficiente no

lineal de mayor valor del cristal PPLN (dimensiones 5×1×3 mm3 y periodo 11.8 µm). La imagen se forma en el

infrarrojo a partir de la iluminación de un blanco (estándar USAF 1951) con un láser DFB de 20 mW en onda

continua a 1550 nm. El haz resultante se introduce en la cavidad a través del beam splitter dicroico (espejo M2)

tras su focalización para formar la cintura en el centro del cristal PPLN e incrementar así la eficiencia de la

interacción con la oscilación láser a 1064 nm (modo fundamental). El espejo de salida M3 (reflectancia a 1064

nm de 99.4%) es plano paralelo para evitar la distorsión de la imagen convertida a su paso. A la salida, tras la

lente de colimación se sitúan dos filtros para eliminar la presencia del láser a 1064 nm, del bombeo no absorbido

a 808 nm y del haz a 1550 nm sin convertir. Las imágenes se captan mediante una cámara CMOS de silicio

enfocada a infinito. La Fig. 2 muestra un ejemplo de las imágenes convertidas a 631 nm tras iluminar con el láser

de 1550 nm la región del blanco con motivos de 0.79 y 1.78 líneas/mm de resolución.

Referencias

1 J. E. Midwinter, “Parametric infrared image converters”, IEEE J. Quantum Electron. 4, 716 (1968)

[2] C. Pedersen, E. Karamehmedović, J. S. Dam, P. Tidemand-Lichtenberg, “Enhanced 2D-image upconversion using solid

state lasers”, Opt. Express 17, 20885 (2009)

Figura 2.- Imágenes convertidas.

Colimación y focalización

M1: RoC =

HR@ 1064 nm

Nd3+:YVO4

Diodo láser @ 808 nm acoplado a fibra

Haz infrarrojo en la banda espectral de 1550 nm

Haz láser Nd3+:YVO4 a 1064 nm

Haz generado en la región espectral del visible (rojo)

Lente de

focalización M2: Espejo dicroico

(1064/1550 nm)

Lente de colimación

Filtro notch (@ 1064 nm)

Filtro paso bajo

(@ 750 nm) Lente de

colimación

M3: RoC =

HR@ 1064 nm HT@ 1550 nm

A

Cristal no lineal (PPLN)

Blanco (Máscara en transmisión)

Diodo láser @ 1550 nm acoplado a fibra

a

Imagen del blanco en el

espectro visible

a

Lente de focalización

Figura 1.- Montaje del sistema experimental propuesto.

Captura (b)

(b)

Captura (a) Captura (c)

Captura (d)(d)

(Transmisión en blanco negativo)

(Transmisión en blanco positivo)

Blancos empleados(estándar USAF 1951)

(a)

(c)

Laser-assisted technique for the fabrication of an oil-based nanofluid

R. Torres-Mendieta1, R. Mondragón

2, C. Doñate-Buendía

1,

P. Andrés3, J. Lancis

1, G. Mínguez-Vega

1

1GROC, UJI, Institut de Noves Tecnologies de la Imatge (INIT), Universitat Jaume I., 12080, Castelló, Spain.

2Departmento de Ingeniería Mecánica y Construcción, Universitat Jaume I., 12071, Castelló, Spain.

3Department d’Òptica, Universitat de València, Burjassot (València), Spain

Abstract: We present an easy laser-assisted method to produce highly pure, well dispersed

spherical gold nanoparticles (NPs) of (58 ± 31) nm in a thermal oil. The procedure

accomplishes two steps. In the first one, the NPs are obtained by focusing laser pulses on a

bulk gold target immersed in the thermal oil. In the second step, the photo-fragmentation of

the NPs in the colloid allows to control the final size of the NPs and in this way increase its

stability.

Organic heat transfer fluids are widely used in several industrial applications such as fiber manufacturing,

and solar thermal power plants because they have a good thermal stability and low viscosity. Nowadays, there is

an intensive research work in order to enhance the thermal properties of these fluids to improve their

competitiveness in the industry making them suitable for the daily use. The employ of nanofluids (fluids

containing nanoparticles) is an emerging technique for heat transfer intensification. It has been demonstrated that

by adding gold nanoparticles (NPs), the thermal conductivity of the thermal oil increase by up to 6.5% [1].

In this context, we proposed the fabrication of an oil-based nanofluid by a laser-assisted method [2]. The

experiment was carried out with a Ti:Sapphire laser (Femtopower Compact Pro, Femtolasers), that emits pulses

of 30 fs intensity full width at half maximum (FWHM) with a central wavelength of 800 nm and 1 kHz

repetition rate. A gold (99.99% purity) disc of 1 mm thickness and 6.5 mm diameter was used as the target. The

disc was placed at the bottom of a glass vessel (cuvette) filled with the thermal oil (an eutectic mixture of 26.5%

diphenyl and 73.5% diphenyl oxide). The thickness of the fluid layer above the target was about 2 mm. The

cuvette was attached to a 2D motion controlled stage that moves at a constant speed of 4.5 mm s−1

during the

experiment. The light from the laser was focused onto the target by a lens of 75 mm focal length and the target

was irradiated during 15 min (see Fig 1a). In the following experimental stage, we filled a 10 ml glass cuvette

with the nanofluid. Then, the nanofluid was irradiated using the light from the Ti:Sapphire laser, previously

focused onto its center, while the suspension was stirred with a magnet to homogenize the photo-ablation

process, which consists of a fragmentation of the biggest particles into smaller particles by means of a second

ablation process (see Fig 1b). To determine the particle size distribution we used the non-destructive dynamic

light scattering technique by means of a Zetasizer NANO ZS analyzer. The NPs produced just after the ablation

reach sizes around (120 ± 155) nm, whereas for the sample that is re-fragmented the sizes of NPs decreased after

the irradiation until (58 ± 31) nm. As chemical additives are no required, NPs show no pollution and the

crystallographic planes suggest that there are no defects due to chemical reaction between the heat transfer fluid

and the particles (see Fig 1c) making this technique one of the cleanest at the moment.

Figure 1.- a) Fabrication of NPs by PLAL b) Photo-fragmentation of the nanofluid c) high resolution transmission electronic

microscopy micrography of produced NP showing the crystallographic planes of gold.

References

[1] C. Wang, J. Yang, Y. Ding, "Phase transfer based synthesis and thermophysical properties of Au/Therminol VP-1

nanofluids" Prog. Nat. Sci.: Mater. Int. 23, 338 (2013).

[2] R. Torres-Mendieta, R. Mondragón, E. Juliá, O. Mendoza-Yero, E. Cordoncillo, J. Lancis and G. Mínguez-Vega,

"Fabrication of gold nanoparticles in Therminol VP-1 by laser ablation and fragmentation with fs pulses," Laser Phys. Lett.

11, 126001 (2014).

a) b) c)

Extreme-ultraviolet isolated attosecond pulses with controlled polarization

Carlos Hernández-García1,2, Daniel D. Hickstein1, Tenio Popmintchev1, Margaret M. Murnane1, Henry C. Kapteyn1, Andreas Becker1, Agnieszka Jaron-Becker1, Charles Durfee1,3

1JILA and Department of Physics, University of Colorado at Boulder, Boulder, CO 80309-0440 USA 2Grupo de Investigación en Óptica Extrema, Universidad de Salamanca, E-37008, Salamanca, Spain

3Department of Physics, Colorado School of Mines, Golden, CO 80401, USA Abstract: High-order harmonic generation (HHG) is considered one of the most reliable sources for the generation of coherent EUV/X-ray linearly polarized attosecond pulses. We perform advanced theoretical analysis to show for the first time the generation of attosecond pulses with controlled polarization, by combining two counter-rotating driving beams. In particular we demonstrate that isolated attosecond pulses with circular polarization can be emitted when driving HHG with two non-collinear counter-rotating near-IR beams.

High-order harmonic generation (HHG) is considered one of the most reliable sources of coherent radiation extending from the EUV to the soft X-ray regime [1], in the form of attosecond bursts. It is simply understood in semiclassical terms: an electron is tunnel ionized from an atom by an intense linearly polarized laser field, then accelerated, and finally driven back to its parent ion, releasing the kinetic energy acquired form the field in the form of EUV/X-ray radiation upon recollision. However, if driven by a circularly polarized field, the electronic wavepacket does not recollide with the parent ion, and it was believed impossible to generate bright circularly polarized EUV light by HHG. This precluded many applications such as X-ray magnetic circular dichroism.

Recently, two different schemes have been used to experimentally prove the generation of circularly polarized harmonics by combining driving fields with different polarization. First by driving HHG by two-color (800 nm and 400 nm), collinear, counter-rotating circularly polarized pulses [2]. Second, noncollinear circularly polarized HHG (NCP-HHG), has been recently demonstrated using a noncollinear mixing of counter-rotating circularly polarized laser beams of the same color (for instance, 800 nm) [3].

In this contribution we perform advanced theory to characterize the attosecond pulses emitted from both schemes. We show that collinear, two-color driven HHG produces a pulse train of attosecond pulses consisting of three linearly polarized attosecond bursts per laser cycle, where the polarization rotates 120 degrees between each burst. By changing the intensity ratio between the two colors, linear to elliptical attosecond pulses can be obtained. On the other hand, NCP-HHG generates truly circular attosecond pulses, and to our knowledge it is the first scheme that allows for the generation of isolated circularly polarized attosecond pulses.

Figure 1. Linearly polarized attosecond pulse emission when driving HHG by collinear, two-color (800 nm right circular +

400 nm left circular), multi-cycle (a) and few-cycle (b) laser pulses, compared to truly circularly polarized emission obtained when driving HHG by non-collinear, one-color (800 nm right circular + 800 nm left circular), multi-cycle (c) and few-cycle (d) laser pulses. Light blue lines show the projections into x and y components, and green lines shows integration over time.

[1] T. Popmintchev, et al, Science 336, (2012) 1287. [2] O. Kfir et al., Nature Photonics 9, 99 (2015). [3] D. D. Hickstein, F. J. Dollar, P. Grychtol, J. L. Ellis, R. Knut, C. Hernández-García, C. Gentry, D. Zusin, J. M. Shaw, T. Fan, K. M. Dorney, A. Becker, A. Jaroń-Becker, H. C. Kapteyn, M. M. Murnane, and Ch. G. Durfee, “Angularly separated beams of circularly polarized high harmonics”, submitted to Nature Photonics (2015).

Reconstruction of conically refracted Gaussian beams after an obstruction

A. Turpin1, Yu. V. Loiko

2, T. K. Kalkandjiev

1,3, and J. Mompart

1

1. Departament de Física, Universitat Autònoma de Barcelona, E-08193 Bellaterra, Spain

2. Aston Institute of Photonic Technologies, School of Engineering& Applied Science Aston University, B4 7ET

Birmingham, United Kingdom

3. Conerefringent Optics S.L., Avda Cubelles 28, E-08800 Vilanova i la Geltrú, Spain

Abstract: A Gaussian beam propagating through a biaxial crystal parallel to one of the optic

axes suffers from conical refraction (CR). We report the reconstruction of both the intensity

pattern and polarization of CR Gaussian beams when the latter are partially blocked before

the crystal. We show that, at the focal plane, the CR beams are hardly affected by the

presence of obstructions blocking up to the half of the input Gaussian beam.

Conical refraction (CR) is an optical phenomenon occurring in biaxial crystals associated to a diabolical

point generated at the corresponding Fresnel’s surface and defining the direction of the optic axes of the crystal

[1]. When a circularly polarized focused Gaussian beam propagates through a biaxial crystal parallel to one of

the optic axes, it is transformed at the focal plane into a pair of concentric bright rings split by a null intensity

thin annular region known as Poggendorff ring [1]. The state of polarization of the rings is linear at every point,

with the azimuth rotating continuously between 0 and π for a full turn along the rings. Far from the focal plane

and symmetrically along the axial direction, the CR rings become wider and, at a certain axial distance, the

transverse intensity pattern is formed by an on-axis spot, being this beam evolution strongly related to Bessel

beams [2]. Recently, it has been shown that there exist beams (free-diffracting beams) with the ability of self-

reconstruct (or self-heal) upon propagation after being partially blocked, e. g. [3].

In this communication we discuss theoretically and demonstrate experimentally the reconstruction of both

the transverse pattern and of the state of polarization of CR Gaussian beams when the latter are obstructed before

passing through a biaxial crystal. We consider obstructions blocking an azimuthal sector of the beam and

analyze the influence of the angle of the obstruction at the focal plane. It is particularly interesting the fact that

we obtain that even when half of the Gaussian beam is blocked, the CR transverse pattern is formed by a ring-

like structure. Thus, for a fixed angle, we investigate the evolution of the CR transverse intensity patterns along

the beam propagation direction, see Fig.1. With respect to the state of polarization, it is found to be very robust

against large obstructions.

Figure 1.- Experimental (second row) and numerically calculated CR transverse intensity patterns along the axial direction

when an azimuthal obstruction of closing angle of 45º is considered. The first column shows the numerically calculated

expected transverse intensity patterns in the absence of the obstruction.

References

[1] M.V. Berry and M. R. Jeffrey, “Conical diffraction: Hamilton's diabolical point at the heart of crystal optics,” Prog. Opt.

50 13 (2007).

[2] T.A. King, W. Hogervorst, N.S. Kazak, N.A. Khilo, and A.A. Ryzhevich, “Formation of higher-order Bessel light beams

in biaxial crystals,” Opt. Comm.187, 407 (2001).

[3] J. Broky, G. A. Siviloglou, A. Dogariu, and D. N. Christodoulides, “Self-healing properties of optical Airy beams” Opt.

Express 16, 12880 (2008).

D-scan como Diagnóstico de Excitaciones Plasmónicas en Nanoestructuras

con Pulsos Ultracortos

Rosa Weigand1, Helder Crespo2 1Departamento de Óptica, Facultad de Ciencias Físicas, Universidad Complutense de Madrid

Avda. Complutense s/n 28040 Madrid, España 2Departamento de Física y Astronomía e IFIMUP-IN, Facultad de Ciencias, Universidad de Oporto,

R. do Campo Alegre 687, 4169-007 Oporto, Portugal

Resumen: Se muestra cómo la técnica d-scan (dispersion scan) de medidas temporales de pulsos ultracortos de banda ancha puede utilizarse para estudiar las excitaciones plasmónicas en nanoestructuras. Se presentan los resultados obtenidos en la propagación de pulsos a través de una red de nanorendijas de oro a diferentes ángulos. La técnica puede utilizarse hasta potencias de 0.5 µW, por lo que es aplicable a nanoestructuras con baja transmisión.

La óptica ultrarrápida hace grandes contribuciones al estudio de plasmones en nanoestructuras [1]. Un

pulso láser transmite de forma diferente a través de una red de oro de 150 nm de espesor y surcos de 50 nm de ancho y 100 nm de profundidad de separados entre si 650 nm, según sea el ángulo de incidencia sobre la red [1], debido a que se producen diferentes excitaciones plasmónicas. El pulso a la salida puede caracterizarse con interferometría espectral (IE). Aquí mostramos por primera vez que la técnica de medida temporal de pulsos ultracortos d-scan [2] puede utilizarse para realizar el diagnóstico temporal de los pulsos transmitidos por nanoestructuras. Esta técnica presenta la ventaja de que no necesita del delicado alineamiento de la IE, las trazas son intuitivas y la reconstrucción es global, mientras que la IE presenta problemas cuando los espectros son muy estructurados, en particular en las zonas de amplitud baja. En la figura 1 representamos las medidas obtenidas por d-scan junto con la reconstrucción para un láser de Ti:Zafiro de 8 fs a), la nanoestructura a 9.6º b) y a 10.9º c). Además se presenta el pulso temporal deducido y la amplitud y fase del espectro transmitido.

Figura 1.- Trazas de d-scan medidas y reconstruidas. Pulso temporal deducido en cada caso, espectro lineal y fase del pulso transmitido. Casos: a) Láser de Titanio:zafiro; b) Nanoestructura a un ángulo de incidencia de 9.6º y c) a un ángulo de 10.9º.

Referencias [1] Claus Ropers, Thomas Elsaesser, Giulio Cerullo, Margherita Zavelani-Rossi and Christoph Lienau, “Ultrafast optical excitations of metallic nanostructures: from light confinement to a novel electron source”, New J. Phys. 9, 397 (2007). [2] M. Miranda, T. Fordell, C. Arnold, A. L’Huillier, and H. Crespo, “Simultaneous compression and characterization of ultrashort laser pulses using chirped mirrors and glass wedges,” Opt. Express 20(1), 688 (2012).

Spatial-temporal model of propagation for nonlinear phenomena in BaF2 crystals

Ferran Cambronero, Camilo Ruiz Méndez y Carmen Bao Varela

Departamento de Física Aplicada, Universidade de Santiago de Compostela, Facultade de Óptica e Optometría (Campus Vida), 15782 Santiago de Compostela (Spain)

Abstract: Contrast management in ultrashort pulses has become very important feature for laser-plasma interactions in solid targets. The BaF2 crystal has excellent properties enhancing the temporal contrast by using the Cross Phase Polarized Generation (XPW). In this communication we present a spatial-temporal model for the propagation of a short laser pulse using the Nonlinear Schrödinger Equation that studies the linear and nonlinear contributions and the intensity dependence of the polarization. Also we show a comparison between different models of the XPW inside the crystal.

Ultrashort and ultraintense lasers allow the study of extreme laser-plasma interactions to observe phenomena like particle acceleration, X-ray generation and attosecond pulses. Picosecond contrast is highly relevant in this kind of physical events. One of the most important techniques for improving the contrast is the XPW process present in the Barium Fluoride crystals. It is a degenerate four-wave mixing process which is used in high intensity lasers in order to achieve picosecond contrast of 1:1010. On the other hand, attosecond pulses need ultrashort pulses with a very clean spectra, in this case the spectral cleaning done by the BaF2 make this crystal suitable for the generation of “state of art” attosecond pulses [1].

In this communication we present a theoretical model of propagation where Nonlinear Schrödinger

Equation is numerically solved using the split-step method [2], along with the XPW differential equations. Our model includes linear (diffraction, dispersion) and nonlinear (Kerr effect, XPW,SPM) physical phenomena.

Our work includes a comparison between different solutions of the XPW differential equations, in order to

describe the spatial-temporal effects in a femtosecond pulse. Due to the local variation of the intensity, it is possible to perform a spatial local map of the polarization.

Figure 1.- Local polarization map during the pulse propagation.

References [1] A. Jullien, J. P. Rousseau, B. Mercier, L. Antonucci, O. Albert, G. Chériaux, S. Kourtev, N. Minkovski, S. Saltiel: “Highly efficient nonlinear filter for femtosecond pulse contrast enhancement and pulse shortening”. Opt. Let., Vol 33, 2353, (2008). [2] A. Couairon, A. Mysyrowicz: “Femtosecond filamentation in transparent media”, Phy. Rep., Vol 441, 47, (2007).

Simposio en Óptica Cuántica y Óptica

No Lineal (póster)

Multiphoton absorption in ionic liquids at 810nm

Elena López Lago1, J. A. Nóvoa2, B. AlGnamat1, Raúl de la Fuente1, J.A. Seijas3, M.P. Vázquez-Tato3, J. Troncoso4, H. Michinel2

1 Departamento de Física Aplicada, Universidade de Santiago de Compostela, Campus Vida s/n E-15782. Santiago de Compostela, Spain

2 Area de Óptica, Facultade de Ciencias de Ourense, Universidade de Vigo, Ourense, 32004 Spain 3 Department of Organic Chemistry. Facultade de Ciencias. Universidade de Santiago de Compostela. Campus

Lugo. 27080-Lugo. Spain. 4Departamento de Física Aplicada, Universidad de Vigo, Facultad de Ciencias, 32004 Ourense, Spain

Abstract: Open aperture Z-scan is used to characterize multiphotonic absorption processes at 810 nm in two newly synthesized ionic liquids containing Ni and Cu atoms in their anions. Two and three photon absorption are the nonlinear effects identified in [BMIM]4[Ni(SCN)6] and [BMIM]3[Cu(SCN)4]respectively. Ionic liquids are organic salts that melt below 100oC although most of them are liquid at room temperature [1]. They are integrated by an organic cationic part (containing N, P or S atoms and one or more alkyl chains) and an anionic part that can be monoatomic or polyatomic. The ionic combination determines the chemical and physical properties of the material, among them the nonlinear optical properties. In this work we study the nonlinear absorption effects at 810nm [2] in ionic liquids containing Ni and Cu atoms in the anion and the 1-butyl-3-methyl-imidazolium cation ([C4C1Im]+). We use the open aperture Z-scan technique. The two ILs, [BMIM]4[Ni(SCN)6] and [BMIM]3[Cu(SCN)4] are newly synthesized so their properties are not well known. The obtained results suggest that the nature of the nonlinear absorption in [BMIM]3[Cu(SCN)4] is due to three-photon absorption and the measured in [BMIM]4[Ni(SCN)6] is mainly due to two-photon absorption. The threshold irradiance is lower in [BMIM]4[Ni(SCN)6] (24GW/cm2) than in [BMIM]3[Cu(SCN)4] that is 170GW/cm2. The ionic liquid [BMIM]4[Ni(SCN)6], solid at room temperature, has a very low irradiance damage threshold (37GW/cm2); higher irradiances induce a photodarkening in this material. The two-photon absorption coefficient of [BMIM]4[Ni(SCN)6] is 21±5cm/GW and the three-photon absorption coefficient of [BMIM]3[Cu(SCN)4] is (1.9±0.5)10-4cm3/GW2. whereas in [BMIM]3[Cu(SCN)4].

(a)

(b)

(c)

Figura 1.- (a) Z-scan curve for [BMIM]4[Ni(SCN)6] (b) image of irradiated and non irradiated

areas of taken between crossed polarizers, (c) Z-scan curve for[BMIM]3[Ni(SCN)4]

Referencias [1] R.D. Rogers and K.R. Seddon, Ionic Liquids IIIA: Fundamentals, Progress, Challenges and Opportunities. Properties

and structure. (ACS Symposium Series 901, Washington DC, 2005). [2] M. Sheik-Bahae, M., A. A., Said,T. Wei, D. J. Hagan and E. W. Van Stryland, ‘‘Sensitive measurement of optical

nonlinearities using a single beam’’, IEEE J. of Quantum Electron. 26, 760 (1990). [3] G. S. He, L.-S. Tan, Q. Zheng and P. N. Prasad, “Multiphoton Absorbing Materials: Molecular Designs,

Characterization and Applications”, Chem. Rev. 108, 1245 (2008).

-10 0 100.9

0.95

1

1.05

z(mm)

Nor

mal

ized

Tra

nsm

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-4 -2 0 2 40.98

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1

1.01

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e

Caracterización de pulsos sub-5-fs de un compresor de fibra hueca en los dominios espacio-temporal y espacio-espectral

Benjamín Alonso1,2, Miguel Miranda2, Francisco Silva2, Vladimir Pervak3,4, Jens Rauschenberger3, Julio San Román1, Íñigo J. Sola1, y Helder Crespo2

1 Grupo de Investigación en Óptica Extrema (GIOE), Universidad de Salamanca, España 2IFIMUP-IN and Departamento de Física e Astronomia, Universidade do Porto, Portugal

3UltraFast Innovations GmbH, Garching, Alemania 4 Ludwig-Maximilians-Universität München, Department für Physik, Garching, Alemania

Resumen: Se han caracterizado las amplitudes y fases espacio-temporal y espacio-espectral de pulsos post-comprimidos con una duración de 4.5 fs, combinando las técnicas d-scan y STARFISH, lo que permite estudiar el chirp espacial de la post-compresión en los dominios temporales y espectrales.

La caracterización temporal de pulsos de pocos ciclos ópticos es de gran relevancia para sus aplicaciones. Sin embargo, su gran ancho de banda puede limitar la aplicación de técnicas habituales. Por otra parte, ensu generación a menudo se introducen inhomogeneidades espaciales, acopladas en los dominios temporal/espectral. Por tanto, su caracterización espacio-temporal es obligatoria para su optimización y aplicaciones.

A continuación, presentamos la medida de pulsos intensos de duración inferior a dos ciclos ópticos, obtenidos de la post-compresión en una fibra hueca [1]. Medimos en el dominio temporal una réplica del pulso con el d-scan [2], que se utiliza como pulso de referencia para obtener la amplitud y la fase espacio-temporal de los pulsos con STARFISH [3]. Comprimimos pulsos de un láser Ti:zafiro en una fibra hueca con argón a 960 mbar, obteniendo pulsos de salida con un ancho de banda de 400 nm [1]. Su fase se compensa con espejos chirped y cuñas de vidrio de BK7, que controlan la dispersión para su compresión y la caracterización de d-scan [2]. El pulso óptimo comprimido tiene una duración de 4.5 fs (FWHM), exhibiendo pre-pulsos debido a la dispersión residual principalmente de tercer orden.

Se utilizó la técnica STARFISH [3] para medir el espectro resuelto espacialmente (Fig. 1a) y la intensidad espacio-temporal (Fig. 1b). El pulso presenta chirp espacial (mayor ensanchamiento espectral y desplazamiento a los azules en eje, x=0) y una curvatura de frente de pulsos debido a la divergencia del haz. La duración temporal es espacialmente dependiente, variando desde 44.5 fs en eje a 5.0 fs en la periferia del haz. Presentamos la intensidad espacio-temporal coloreada con la longitud de onda instantánea (Fig. 1c), para ilustrar el desplazamiento a los azules en el eje y al rojo fuera de eje para la frecuencia portadora de los pulsos.

El gran ancho de banda medible por las técnicas d-scan y STARFISH es clave para la presente aplicación, además de que quedar demostrada su capacidad para casos con fuertes modulaciones de fase, mayor intensidad y fluctuaciones, comparado con otras fuentes láser, como osciladores y amplificadores.

Figura 1.- (a) Espectro normalizado; (b) intensidad espacio-temporal; (c) intensidad y longitud de onda instantánea.

Referencias [1] B. Alonso, M. Miranda, F. Silva, V. Pervak, J. Rauschenberger, J. San Román, I. J. Sola, and H. Crespo, “Characterization of sub-two-cycle pulses from a hollow-core fiber compressor,” Appl. Phys. B 112, 115 (2013). [2] M. Miranda, T. Fordell, C. Arnold, A. L’Huillier, and H. Crespo, “Simultaneous compression and characterization of ultrashort laser pulses using chirped mirrors and glass wedges,” Opt. Express 20, 688 (2012). [3] B. Alonso, I. J. Sola, O. Varela, J. Hernández-Toro, C. Méndez, J. San Román, A. Zaïr, and L. Roso, “Spatiotemporal amplitude-and-phase reconstruction by Fourier-transform of interference spectra of high-complex-beams,” J. Opt. Soc. Am. B. 27, 933 (2010).

Análisis de la fuerza de arrastre en dos ENLSs cúbico-quínticas

David Feijoo, Ismael Ordóñez, Ángel Paredes y Humberto MichinelÁrea de Óptica-Facultade de Ciencias, Universidade de Vigo, As Lagoas s/n 32004 Ourense (España)

Resumen: En esta comunicación presentamos nuestro estudio de dos ecuaciones no lineales

de Schrödinger (ENLS) cúbico(focalizante)-quínticas(desfocalizante) en dos dimensiones

transversales acopladas por términos cúbicos repulsivos [1]. Primeramente procedemos a

mostrar el cálculo de soluciones estáticas y soluciones viajeras que preservan su forma en este

sistema. Posteriormente, consideramos un experimento tipo de un viscosímetro de caída de

bola donde definimos una analogía con un sistema mecánico y observamos el efecto de la

fuerza de arrastre.

1. Modelo matemático de las soluciones

La ENLS bimodal cúbico-quíntica que analizamos tiene la siguiente forma:

Buscamos soluciones estacionarias radialmente simétricas con un círculo de ψ1 rodeado por un fondo crítico

infinito de ѱ2. Las ecuaciones son reescritas en forma de diferencias finitas para ser posteriormente resueltas.

También es posible buscar soluciones en los que la primera especie se mueve con velocidad constante U dentro

del fluido de la segunda especie, lo que significa que la fuerza de arrastre es 0 (paradoja de D'Alembert). Las

soluciones numéricas son buscadas empleando de nuevo el método de diferencias finitas, proporcionando un

asatz inicial (una solución estática) y usando un método estándar Newton-Raphson. Ejemplos de estas soluciones

se presentan en la Fig.1.

Figura 1.- A la izquierda, ejemplos de soluciones estacionarias calculadas para distintos valores de la constante de

propagación β1, donde las líneas discontinuas corresponden a la especie f1 y las discontinuas a f2. A la derecha, ejemplos de

soluciones viajeras de la primera especie en el seno de la segunda para distintos valores de U.

2. Efectos de la fuerza de arrastre en una “bola”

Simulamos la evolución de una bola (solución estática inicial) moviéndose dentro de un fluido sujeto a una

fuerza externa -g y ψ1. EL comportamiento resultante es diferente para pequeños o grandes valores de g. En la

Fig. 2 se muestra un ejemplo ilustrativo en el que la “bola” en su avance genera un par vórtice-antivórtice.

Figura 2- Ejemplo de generación de pares vórtice-antivórtice en el avance de la bola de la primera especie. A la derecha se

muestra la interferencia de la función de onda con una onda plana para visualizar la estructura de “tenedor” del par.

Referencias

[1] D. Feijoo, I. Ordóñez, A. Paredes and H. Michinel, “Drag force in a bimodal cubic-quintic non-linear Schrödingerequation”, Phys. Rev. E. 90, 033204 (2014).

Control de interferencias de pulsos attosegundo para el modelado de espectros en el rango de ultravioleta lejano

W. Holgado1 , C. Hernández-García1,2, B. Alonso1,3, M. Miranda4 , F. Silva3 , L. Plaja1 , H. Crespo3 , I. J. Sola1

1Grupo de Investigación en Óptica Extrema (GIOE), Universidad de Salamanca, Pl. de la Merced s/n, E-37008 Salamanca, Spain

2 JILA, University of Colorado at Boulder. 440 UCB Boulder, CO 80309-0440, USA 3 IFIMUP-IN and Dep. Física e Astronomia, Univ. Porto, R. do Campo Alegre 687, 4169-007 Porto, Portugal

4 Department of Physics, Lund University, P.O. Box 118, SE-221 00 Lund, Sweden Resumen: La generación de supercontinuos espectrales en el rango ultravioleta extremo es de gran interés por sus aplicaciones. En la presente contribución se demuestra experimental y teóricamente cómo se pueden obtener a través del control de las fases relativas de pulsos attosegundos obtenidos por generación de armónicos superiores. Dicho control se obtiene al modificar temporalmente los pulsos de la radiación fundamental (infrarroja) y su focalización. La generación de supercontinuo en el rango del ultravioleta extremo (XUV) es de alto interés por las diversas aplicaciones en esa región del espectro (interferometría espectral, espectroscopia, etc.). En la generación de armónicos de orden elevado (HHG) los supercontinuos son generados usualmente solo cuando se emite un pulso de attosegundo aislado, pero ello implica el empleo de complejas técnicas de “gating” o pulsos láser en el rango infrarrojo (IR) de duración inferior a 3 fs. En este trabajo presentamos una nueva estrategia para modelar espectros supercontinuos haciendo uso de propiedades microscópicas y macroscópicas de la HHG. Hemos comprobado que el empleo de pulsos IR con “chirp” negativo, unido a efectos de acuerdo de fase, puede conducir a la generación de espectros continuos incluso en regiones de armónicos relativamente bajos (del orden 13 al orden 23, siendo la longitud de onda fundamental 750 nm). La Figura 1 muestra los espectros HHG obtenidos en Kr empleando pulsos (cuya duración en el caso de fase espectral compensada es de 4 fs) de frecuencia fundamental con “chirp” negativo y fase portadora-envolvente (CEP) estabilizada [1]. Al ajustar el “chirp” del IR el espectro se ensancha hasta dejar de ser el peine espectral típico de la HHG (caso sin “chirp”) y convertirse en continuo (“chirp” negativo). Se han efectuado simulaciones teóricas incluyendo efectos de propagación [2], obteniendo un buen acuerdo con los experimentos. En particular se pone de relevancia el papel del “chirp” y del acuerdo de fase para obtener los supercontinuos. Experimentalmente hemos observado el efecto con pulsos IR desde 4 fs hasta 7 fs, lo que demuestra que no se está generando un único pulso attosegundo en el proceso. Las simulaciones muestran que se generan varios pulsos XUV (3 pulsos, ver recuadro de Figura 2). En condiciones normales se generaría un espectro de picos de armónicos. Sin embargo, se observa que dependiendo de las condiciones del pulso fundamental la fase de los pulsos attosegundos se modifica, variando el patrón de interferencia, lo que conduce a la aparición del supercontinuo en XUV (Figura 2, línea roja). Comparando el caso con propagación (Figura 2, línea roja) con la respuesta microscópica de un único dipolo oscilante (Figura 2, línea gris) se concluye que el acuerdo de fase rellena la estructura obtenida a nivel microscópico.

Figura 1.Espectro HHG generado en Kr. con pulsos de 4

fs a los que se les aplica un “chirp” negativo.

Figura 2.!Espectros HHG simulados. Respuesta de átomo aislado (gris) y con propagación (rojo). Recuadro:

perfil temporal para ambos casos.

En resumen, se demuestra experimental y teóricamente que es posible generar supercontinuos en el rango XUV manipulando la respuesta microscópica y macroscópica del fenómeno de HHG. Referencias [1] F. Silva, M. Miranda, B. Alonso, J. Rauschenberger, V. Pervak, and H. Crespo, “Simultaneous compression, characterization and phase stabilization of GW-level 1.4 cycle VIS-NIR femtosecond pulses using a single dispersion-scan setup”, Optics Express 22, 10181 (2014). [2] C. Hernandez-Garcia, J. A. Perez-Hernandez, J. Ramos, E. Conejero Jarque, L. Roso, and L. Plaja, “High-order harmonic propagation in gases within the discrete dipole approximation,” Physical Review A 82, 033432 (2010).

Emisión de nanopartículas en los procesos de ablación con láser pulsado de nanosegundos

Maite Irigoyen1, Philip Siegmann2, Eusebio Bernabeu1 1Grupo Complutense de Óptica Aplicada, Departamento de Óptica, Facultad de CC. Físicas, Universidad

Complutense de Madrid, Avda. Complutense s/n, 28040 Madrid 2Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones, Universidad de Alcalá, Escuela Politécnica,

Campus Universitario, 28871 Alcalá de Henares, Madrid Resumen: Presentamos en este trabajo un estudio de la emisión de nanopartículas generadas en los procesos de ablación. El proceso de ablación láser se realiza mediante un sistema de láser modulado con Q-Switching con pulsos de nanosegundos. El material ablacionado es acero inoxidable, obteniéndose altos niveles de polución de nanopartículas del material suspendidas en el aire. Para la medición de las nanopartículas se dispone de un dispositivo sensible a partículas nanométricas no dependiente de su naturaleza química.

1. Introducción Las nanopartículas presentes en la atmósfera se generan principalmente de forma involuntaria en los procesos

de combustión incompleta de material orgánico, pero también en procesos de mecanizado y especialmente cuando se realiza ablación láser . En los procesos de ablación la densidad de energía del haz por unidad de superficie debe superar un umbral a partir del cual el haz es lo suficientemente energético para retirar material del sustrato. En este proceso se forma una nube densa de gas o plasma conocida como pluma de ablación, producida por la absorción de la gran cantidad de energía del haz incidente por el material, que se volatiliza. Algunas de estas partículas tienen dimensiones nanométricas que el cuerpo humano no es capaz de filtrar antes de su llegada al torrente sanguíneo y posterior dispersión por todo el cuerpo, lo que puede derivar en afecciones cardiovasculares y cancer [1, 2].

2. Dispositivos de medición Las medidas de las nanopartículas que quedan suspendidas en el aire se realizaron con un sensor basado en

la medición de una corriente producida por un proceso de ionización de las partículas mediante choques con moléculas de gas ionizadas (“Diffusion Charging”). Es sensible a partículas nanométricas independientemente de su naturaleza química [3]. Los valores obtenidos se miden en superficie activa total (TAS) de las nanopartículas por metro cúbico de aire (mm²/m³).

3. Desarrollo experimental Para la generación de nanopartículas se ha utilizado un láser de estado sólido de Nd:YAG con emisión en el

infrarrojo (IR, 1064 nm) modulado con Q-Switching para la obtención de pulsos de duración de nanosegundos. Se han realizado grabaciones sobre acero inoxidable Westing 1.4028MO durante periodos de un minuto variando en cada medida la frecuencia de repetición de los pulsos. Se ha observado que existe una relación entre la cantidad de nanopartículas emitidas y la densidad de energía por unidad de superficie o fluencia, como vemos en la Figura 1 (izquierda). Al aumentar la frecuencia disminuye la energía por pulso pero aumenta la cantidad de pulsos solapados en la misma área, existiendo una combinación de estas variables que genera una emisión de nanopartículas al ambiente. Si aumentamos la intensidad de bombeo óptico del láser, como mostramos en la Figura 1 (derecha), aumenta la fluencia y por lo tanto aumenta el orden de magnitud en la emisión de nanopartículas, siendo similar el comportamiento creciente y decreciente.

Figura 1. Emisión de nanopartículas por unidad de volumen (mm2/m3) para distintos valores de la frecuencia de pulsado A (izda.) y emisión para distintos valores de la intensidad de bombeo (dcha.)

Referencias [1] C.A. Pope, et al. "Cancer, cardiopulmonary mortality, and long-term exposure to fine particulate air pollution". J. Amer. Med. Assoc. 287(9): 1132–1141, 2002. [2] R.D. Brook et all, "Particulate Matter Air Pollution and Cardiovascular Disease: An Update to the Scientific Statement From the American Heart Association," American Heart Association, 121, 2331-2378. 2010. [3] A. Keller, K. Siegmann, H.C. Siegmann, A. Filippov, “Surface science with nanosized particles in a carrier gas”, J. Vac. Sci. Technol. A., 19(1), 1-8, 2001.

Spatial light modulators for controlled multibeam supercontinuum generation

J. Pérez-Vizcaíno1, R. Borrego-Varillas1,2, O. Mendoza-Yero1, J.R. Vázquez de Aldana2

M. Carbonell-Leal1, C. D. Buendía1, and J. Láncis1

1. Instituto de Nuevas Tecnologías de la Imagen (INIT), Universidad Jaume I, E 12080 Castellón, Spain 2. Departamento de Física Aplicada, Universidad de Salamanca, Salamanca, E-37008, Spain

Abstract: Deterministic femtosecond multi-filamentation in fused silica is reported by encoding a diffractive microlens array into a spatial light modulator. The efficiency and focal length of each microlens are electronically controlled. Even for an input inhomogeneous irradiance distribution, this allows for a precise control on the energy coupled to the filaments and the spectra of the generated supercontinuum beams. Applications like filamentation-based tumor treatment, laser processing, or spectroscopy might benefit from this method.

Filamentation of near infrared femtosecond pulses can eventually give rise to an extreme spectral broadening, ranging from the ultraviolet to the infrared regions, termed supercontinuum (SC) generation. Gaining control over the spatial filaments distribution is an important task in applications such as filamentation-based tumor treatment [1], a novel technique which has been recently proposed for cancer therapy. In such case, careful management of both the position and the energy of the filaments is decisive to control the radiological dose and avoid damage of the adjacent healthy tissue.

In this contribution, we report active control of multi-filamentation (MF) by means of a phase-only spatial light modulator (SLM) [2]. We demonstrate a precise control on the energy coupled to each one of the filaments and the spectrum of the generated SC light. This is achieved by encoding a diffractive microlens (DML) array into a SLM and focusing onto a fused silica (FS) sample. The resulting SC radiation is individually analysed with a spectrometer. We change the focal length and efficiency of the microlenses: the first is responsible for the tunability of the central wavelength of the SC [3], whereas the latter modifies the energy coupled to each filament. This is of interest when dealing with inhomogeneous beams for MF using a microlens array. It allows for a control over each individual filament position inside the FS sample (Fig. 1a), and so we are able to tune the spectrum for each one of them (Fig. 1b and Fig. 1c).

Fig. 1. a) Filaments’ profiles imaged with a CCD inside the fused silica sample for 3 different focal lengths (the dotted lines indicate the sample’s input and output faces). b) Corresponding spectra measured for SC beams and c) photograph of the generated SC light.

Referencias [1] R. Meesat, H. Belmouaddine, J.-F. Allard, C. Tanguay-Renaud, R. Lemay, T. Brastaviceanu, L. Tremblay, B. Paquette, J. R. Wagner, J.-P. Jay-Gerin, M. Lepage, M. A. Huels, and D. Houde, "Cancer radiotherapy based on femtosecond IR laser-beam filamentation yielding ultra-high dose rates and zero entrance dose," Proceedings of the National Academy of Sciences 109, E2508-E2513 (2012). [2] R. Borrego-Varillas, J. Perez-Vizcaino, O. Mendoza-Yero, G. Mínguez-Vega, J. R. Vázquez de Aldana and J. Lancis. “Controlled multi-beam supercontinuum generation with a spatial light modulator”. IEEE Photonics Technology Letters, 26(16), 1661–1664 (2014) [3] R. Borrego-Varillas, C. Romero, O. Mendoza-Yero, G. Mínguez-Vega, I. Gallardo, and J. R. Vázquez de Aldana, "Femtosecond filamentation in sapphire with diffractive lenses," J. Opt. Soc. Am. B 30, 2059-2065 (2013)

Generación holográfica de vórtices acromáticos con láseres de pulsos ultracortos y ultraintensos

Julia Marín1, Mª Victoria Collados1, Íñigo J. Sola2, Jesús Atencia1

1Universidad de Zaragoza. Departamento Física Aplicada. Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón (I3A).

Facultad de Ciencias. Pedro Cerbuna, 12. 50009 ZARAGOZA (España) 2Universidad de Salamanca. Departamento de Física Aplicada.

Plaza de la Merced s/n, 37008 SALAMANCA (España)

Resumen: Se han diseñado y construido elementos ópticos holográficos de volumen y fase que permiten generar vórtices acromáticos para un amplio rango espectral. Los elementos se han registrado en gelatina dicromatada y presentan un alto umbral de daño, por lo que son adecuados para la generación de vórtices ópticos a partir de pulsos ultraintensos de femtosegundos.

Hemos registrado elementos ópticos holográficos de volumen y fase mediante la interferencia de una onda plana y una onda portadora de vórtice. Esta última se obtiene a partir de un holograma generado por ordenador (CGH). El registro se realiza sobre gelatina dicromatada, material con el que se obtiene una modulación de índice adecuada para obtener alta eficiencia a 800 nm y presenta un elevado umbral de daño [1]. El elemento así construido permite generar vórtices ópticos a partir de pulsos ultraintensos de femtosegundos, aunque produce una elevada dispersión cromática. Para evitarla se emplean habitualmente complicados montajes [2] que hacen necesario el uso una cámara de vacío en la zona de focalización del haz.

Para acromatizar el vórtice hemos diseñado y construido un elemento holográfico compuesto que simplifica el montaje. Para ello se registran dos elementos: una red de volumen plana mediante la interferencia de dos ondas planas; y una red de vórtice mediante la interferencia de una onda portadora de vórtice y una onda plana. Ambos elementos se pegan con las emulsiones adyacentes de forma que la onda reconstruida al iluminar la primera red en incidencia normal y condición de Bragg, incida en condición de Bragg sobre la segunda y reconstruya una onda portadora de vórtice en dirección normal a la placa [3].

La figura 1(a) muestra el vórtice reconstruido con luz blanca tras 1 m de propagación. En la figura 1(b) se muestra la interferencia de luz blanca de la onda de vórtice con una onda plana, mostrando que la condición de vórtice se mantiene para todas las longitudes de onda difractadas. La figura 1(c) muestra el espectro difractado por el elemento compuesto, cuyos elementos han sido registrados en el límite de la condición de volumen.

Se han realizado medidas con pulsos de femtosegundo, encontrando que el elemento introduce una leve inclinación del frente de pulso. Se está estudiando compensar estos efectos en el proceso de registro, sustituyendo el CGH por un modulador espacial de luz.

Figura 1.- Vórtice acromático (a) Tras 1 m de propagación (b) Interferencia con una onda plana (c) Espectro difractado.

Investigación financiada por el Ministerio de Economía y Competitividad (FIS2012-35433) y la Diputación General de Aragón (Grupo Consolidado TOL, T76). Referencias [1] A. Villamarín, J. Atencia, M. V. Collados, and M. Quintanilla, “Characterization of transmission volume holographic gratings recorded in Slavich PFG04 dichromated gelatin plates,” Appl. Opt. 48, 4348-4353 (2009). [2] I.J. Sola, V. Collados, L. Plaja, C. Méndez, J. San Román, C. Ruiz, I. Arias, A. Villamarín, J. Atencia, M. Quintanilla, L. Roso, “High power vortex generation with volume phase holograms and non-linear experiments in gases,” Appl. Phys. B 91, 115-118 (2008). [3] J. Atencia, M. V. Collados, M. Quintanilla, J. Marín-Sáez, and I. J. Sola, “Holographic optical element to generate achromatic vórtices,” Opt. Exp., 21, 21056-21061 (2013).

Arbitrary spatial distribution of coherent filaments produced by a single diffractive optical element

O. Mendoza-Yero, M. Carbonell-Leal, C. Doñate-Buendia, G. Mínguez-Vega, and J. Lancis

Institut de Noves Tecnologies de la Imatge (INIT), Universitat Jaume I, 12080 Castelló, Spain

Abstract: We demonstrate a robust and simple method to generate an arbitrary 2D spatial distribution of high coherent multi-filaments in fused silica. The method is based on the codification of the complex field due to the sum of complex lens functions into a SLM. It permits to generate filaments with a separation in the order of the SLM resolution. Features of the generated light as the mutual coherence among filaments can be studied.

Spatiotemporal and spectral properties of light generated due to the interaction of high-peak power ultrashort pulses with transparent dielectrics, depend on the optical elements used to manipulate the light pulses [1-2]. In this contribution, we experimentally demonstrate a robust and simple method to generate an arbitrary 2D spatial distribution of high coherent multi-filaments in fused silica. To this end, each individual filament located at x0, y0 transverse coordinates in a crystal plane is created due to the focusing of light with an associated diffractive lens centred also at x0, y0. The resulted complex field able to synthesize the desired spatial distribution of filaments is obtained from the sum of corresponding complex lens functions. Then, information of the complex field is suited encoded into a single phase mask by using the technique recently proposed in ref [3]. In practice, multi-filamentation is achieved after implementing the phase mask in a phase-only spatial light modulator (SLM), and putting the fused silica crystal within the obtained focal region as shown in Fig.1.

Figure 1.- Image of the optical setup with details of three phase masks shown as insets (left part), filaments achieved inside a fused silica crystal in accordance with the focal distributions (given aside) encoded in the phase masks and implemented in the SLM (central part), and true colour image of the interference conical emission after free propagation of light originated by a 2x2 array of filaments separated only 64 microns.

The ultrashort pulse (about 30 fs intensity FWHM, 1KHz repetition rate, centred at 800 nm) is split into two

beams by means of a pellicle beam splitter. After its reflection on the SLM, the phase modified beam is sent back to the beam splitter and directed to a fused silica crystal where multi-filamentation takes place. Images of the filaments are recorded with the help of a 20X microscopy objective and a CCD cam placed close to the crystal. For simplicity, 1D (instead of 2D) multi-filament distributions are shown in the central part of Fig.1. The filament distributions are induced by the irradiance patterns shown aside (see corresponding mask details at the image top). Features of the generated light are investigated along the propagation direction of the pulse (i.e., conical emission, spectral content or mutual coherence among different filaments). Our method allows generating filaments with a separation in the order of the SLM resolution, without needing from extra elements. This is very convenient for studying the mutual coherent among filaments as illustrated in the right part of Fig.1. References [1] K. Cook, R. McGeorge, A. K. Kar, M. R. Taghizadeh, and R. A. Lamb, "Coherent array of white-light continuum filaments produced by diffractive microlenses." Appl. Phys. Lett. 86, 021105 (2005). [2] A. Camino, Z. Hao, X. Liu, and J. Lin, "Control of laser filamentation in fused silica by a periodic microlens array." Opt. Express. 21, 7908 (2013). [3] O. Mendoza-Yero, G. Mínguez-Vega, and J. Lancis, "Encoding complex fields by using a phase-only optical element."Opt. Lett. 39. 1740 (2014).

On-axis Dammann lenses and femtosecond pulses:

triggering non-linear effects

J. Pérez-Vizcaíno1, R. Borrego-Varillas1,2, O. Mendoza-Yero1, J.R. Vázquez de Aldana2 M. Carbonell-Leal1, C. D. Buendía1, and J. Láncis1

1. Instituto de Nuevas Tecnologías de la Imagen (INIT), Universidad Jaume I, E 12080 Castellón, Spain

2. Departamento de Física Aplicada, Universidad de Salamanca, Salamanca, E-37008, Spain

Abstract: We demonstrate the use of Dammann lenses, encoded into a spatial light modulator (SLM), for triggering non-linear effects. Under continuous wave illumination, Dammann lenses are binary phase optical elements that generate a set of equal intensity foci. Using a Ti: Sapphire femtosecond laser that emits pulses of 30 fs intensity full width at half maximum, on-axis multiple filamentation in fused silica is experimentally generated in a controllable manner.

Dammann diffraction gratings are binary phase distributions of alternate 0, π zones for well-defined transient points. For continuous wave illumination, these gratings generate diffraction patterns characterized by a number N of diffracted orders with the same peak intensity. This concept can be easily extended to lenses [1]. The phase of a converging refractive lens can be represented by πr2∕λf , where r denotes the radial coordinate, f the focal length, and λ the wavelength of light. The lens function exp(iπr2∕λf) can be binarized by applying the Dammann grating formalism to the squared radial coordinate r2 . The resultant binary lens function will create a series of N focal planes having focal lengths of f∕n with equal peak intensities. In this contribution, by using a phase-only SLM programmable, on-axis multifilamentation have been generated with femtosecond laser pulses. By changing the Dammann lenses parameters we demonstrated a complete control over the position, width and peak intensity of the multifilaments [2].

For the experiment we use a Ti:Sapphire fs laser that emits linearly polarized pulses of about 30 fs at intensity FWHM, centered at λ0 = 800 nm, with 50 nm of spectral bandwidth and a repetition rate of 1 kHz. A fused silica sample (20x10x5 mm3, all faces polished) was placed along the multifocal axial distribution. The number and separation of the focal spots can be controlled through the parameters of the Dammann lenses. The plasma emission of the filaments was registered in a CCD from one of the sides of the sample; please see the pictures shown in Fig. 1. In Fig. 1(a) six foci having a distance of 0.85 mm among them, are generated. In Fig.1(b) and 1(c) correspond to four equal foci with spatial period of 0.4 mm and 2.1 mm, respectively. At the bottom of Fig. 1 both the binary phase masks and the central irradiance profile of the filaments are included as insets. As it can be seen in Fig. 1, the shape and peak intensity of the filaments slowly change with the sample depth. This might be expected from the spherical aberration induced by the refraction at the air-glass interface.

Figure 1.- Experimental on-axis plasma filaments generated in a fused silica glass by means of programmable Dammann

lenses. The laser beam propagates from right to left. We have shown that Dammann lenses can be used as a powerful tool to manipulate “at will” certain non-

linear effects with intense fs pulses. Hence, several applications might be expected e.g., for performing in-depth parallel processing of transparent dielectrics.

Referencias [1] C. Zhou and L. Liu, “Numerical study of Dammann array illuminators”, Appl Opt. 34, 5961 (1995). [2] J. Pérez-Vizcaíno, O. Mendoza-Yero, R. Borrego-Varillas, G. Mínguez-Vega, J. R. Vázquez de Aldana, and J. Lancis, "On-axis non-linear effects with programmable Dammann lenses under femtosecond illumination," Optics Letters 38, 1621-1623 (2013).

Predicción de la eficiencia de QPM en cristales ferroeléctricos con distribuciones de dominios arbitrarias

N. Pacheco, A. J. Torregrosa, H. Maestre, J. Capmany Depto. Ingeniería de Comunicaciones, Universidad Miguel Hernández de Elche,

Av. Universidad S/N, E03202 Elche (Alicante)

El uso de cristales ferroeléctricos con ingeniería de dominios está ampliamente extendido en aplicaciones de conversión no lineal de frecuencias ópticas. Mediante la técnica de cuasi-ajuste de fase (QPM) es posible obtener respuestas eficientes asociadas a un conjunto predeterminado de interacciones a partir de la distribución estratégica del coeficiente no lineal a lo largo del cristal siguiendo patrones de dominios polarizados [1]. Sin embargo la variación en la posición y/o el tamaño de los dominios durante el proceso de fabricación con respecto al diseño original puede dar lugar a la modificación de la respuesta deseada, produciendo una penalización de la eficiencia en las interacciones de interés [2]. El conocimiento a priori del patrón de dominios resulta muy útil para determinar la validez de la respuesta de la estructura resultante. Diversas técnicas basadas en perfilometría [3] y en interferometría [4] se han propuesto hasta el momento para la caracterización y predicción de las respuestas de QPM en cristales ferroeléctricos periódicamente polarizados.

En este trabajo se presenta una técnica simple y de bajo coste para la predicción de la eficiencia de QPM en cristales ferroeléctricos con distribuciones de dominios arbitrarias a partir de la caracterización del patrón que modela la distribución real de dominios. El procedimiento se inicia con la captura imágenes del cristal o de la región polarizada a caracterizar mediante dispositivos CCD o CMOS (Fig. 1.a). El conjunto de puntos xi que determinan el lugar donde se produce la inversión de la polarización espontánea (dominio) (Fig. 1.b) se obtiene a partir del procesado de las imágenes mediante una herramienta realizada en MATLAB basada en el uso de funciones de realce y detección de bordes. El patrón real queda modelado por una función espacial g(x) (Fig. 1.c) que toma valores r1 según el sentido de la polarización espontánea (polaridad del dominio). Se considera que las procesos que tienen lugar en las estructuras analizadas satisfacen la aproximación de no agotamiento energético de la onda de bombeo [1, 2], por lo que la eficiencia de QPM en interacciones con ondas planas es proporcional al espectro de potencia de la función espacial g(x), que queda determinado por su transformada de Fourier en el dominio del vector recíproco 'k. Sin embargo, las condiciones de focalización y las características del sensor CCD empleado impiden la caracterización de estructuras con dominios submicrométricos. Las imágenes mostradas en la Fig. 1.a corresponden a un cristal periódicamente polarizado de niobato de litio (PPLN) cuyas caras ±Z han sido atacadas con ácido fluorhídrico con objeto de revelar las zonas polarizadas (franjas oscuras) para su posterior caracterización. El cristal posee una longitud de 7 mm y un periodo de 19 µm con una relación cíclica del 50% para la generación de segundo armónico (SHG) a 1550 nm a una temperatura de 270 K. En la Fig. 2 se muestran las curvas de eficiencia relativa de SHG correspondientes a las respuestas teórica, experimental y estimada con el método presentado para dicho cristal.

Referencias >1@ C. R. Fernandez-Pousa and J. Capmany "Dammann grating design of domain-engineered lithium niobate for equalized wavelength conversion grids," Photon. Technol. Lett. 19, 1037-1039 (2005) [2] M. M. Fejer, G. A. Magel, D. H. Jundt, and R. L. Byer "Quasi-phase-matched second harmonic generation: tuning and tolerances, " IEEE J. Quantum Electron. 28, 2631-2654 (1992) >3@ M. Bazzan, N. Argiolas, A. Bernardi, P. Mazzoldi, and C. Sada, "Topographic investigation of ferroelectric domain structures in periodically-poled lithium niobate crystals by a profilometer," Mat Charact. 51, 177-183 (2003) [4@ J. S. Pelc, C. R. Phillips, D. Chang, C. Langrock, and M. M. Fejer, "Efficiency pedestal in quasi-phase-matching devices with random duty-cycle errors," Opt. Lett. 36, 864-866 (2011)

Figura 1.- Procedimiento para la caracterización de un cristal PPLN: (a) Captura de imágenes, (b) Patrón de dominios, y (c) Modelado de la función espacial g(x).

Figura 2.- Eficiencia relativa de SHG: respuestas teórica, estimada y experimental.

…Captura i-1 Captura i+1… Captura i

(a)

(b) x x x x x x

-1

+1

…xi-1 xi xi+1 …

Distribución de dominios modelada por g(x)

(c)

Filamentation dynamics with intense Bessel beams: underlying conservation and stability laws

Miguel A. Porras

Grupo de Sistemas Complejos. ETSI Minas. Universidad Politécnica de Madrid. Rios Rosas 21. 28003 Madrid Carlos Ruiz-Jiménez

Grupo de Sistemas Complejos. ETSI Agrónomos. Universidad Politécnica de Madrid. Ciudad Universitaria s/n. 28040 Madrid

Abstract: We investigate on the spontaneous formation of long-lived light channels from powerful Bessel beams in self-focusing media with multi-photon ionization. Many observed features can be understood from the existence of a wave attractor and its stability properties. The attractor is identified as the nonlinear Bessel beam that conserves the energy flowing from an energy reservoir, feeding the light channel. Different propagation regimes (steady, quasi-periodic, chaotic…) reflect the stability/instability properties of this attractor.

Filamentation with intense Bessel beams offers a number of advantages over the usual technique with Gaussian beams, as longer and more controllable filament channels. In this work we have studied the propagation of Bessel beams in a nonlinear self-focusing Kerr medium in a regime where photo-ionization by multi-photon absorption plays a major role. Though the dynamics is generally quite complex, depending on input beam parameters, as the cone angle and beam power, and on the medium nonlinearities, our analysis reveals that the gross features of the propagation dynamics are predictable on the basis of quite general laws.

The input Bessel beam of amplitude b0 can be expressed as A(r) = b0 H(1)(r) + b0 H(2)(r), where r is the radial coordinate perpendicular to the propagation direction z, and H(1,2)(r) are the Hänkel beam constituents carrying equal powers radially outwards and inwards, respectively. Our numerical simulations show that the launched Bessel beam is attracted by the nonlinear Bessel beam resistant nonlinear absorption [1] described (asymptotically at large r) by A(r) = bout H(1)(r) + bin H(2)(r), with bin = b0, i. e., by the nonlinear Bessel beam that preserves the amplitude of the inward Hänkel component. This conservation law applies not only to ideal Bessel beams but also to a variety of experimental situations, as axicon-generated Bessel beams with Gaussian beams, introduced softly or abruptly into the medium [2], and determines the general trend of the propagating beam.

As illustrated in Fig. 1(a-b), and as observed in experiments, the input Bessel beam can reach quickly the attracting nonlinear Bessel beam [Fig. 1(a)] or may be oscillate around it periodically, quasi-periodically or chaotically [Figs. 1(b) and 1(c)]. We have performed a detailed stability analysis of nonlinear Bessel beams that shows that these different regimes reflect the stability/instability properties of the attracting nonlinear Bessel beam.

Figura 1.- Examples of (a) stable and (b) unstable (chaotic) nonlinear propagation regimes of Bessel beams. Plots represent the profiles I as functions of the radial coordinate r and propagation distance z, all three in dimensionless units. (c) For the

unstable regime, trajectory in phase space of the peak intensity.

In short, these simple laws allow us to predict the dynamics of powerful Bessel beams in nonlinear media and hence to control the filament channels generated by them. References [1] M. A. Porras, A. Parola, D. Faccio, A. Dubietis, and P. Di Trapani, “Nonlinear unbalanced Bessel beams: stationary conical waves supported by nonlinear losses”, Phys. Rev. Lett. 93, 153902 (2004). [2] P. Polesana, A. Couairon, D. Faccio, M.A. Porras, A. Dubietis, A. Piskarskas, and P. Di Trapani, “Observation of conical waves in focusing, dispersive, and dissipative Kerr media”, Phys. Rev. Lett. 99, 223902 (2007).

Efecto Kerr óptico del grafeno en N-Metil-2-pirrolidona

M. Sánchez Balmaseda1, Horacio Salavagione2, Rosa Weigand3

1Departamento de Física Aplicada III, Facultad de Informática, Universidad Complutense de Madrid C/ Prof. José García Santesmases s/n 28040 Madrid, España

2 Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros CSIC C/ Juan de la Cierva 3, 20006 Madrid, España

3Departamento de Óptica, Facultad de Ciencias Físicas, Universidad Complutense de Madrid Avda. Complutense s/n 28040 Madrid, España

Resumen: Se ha estudiado el efecto Kerr óptico del grafeno en N-Metil-2-pirrolidona (NMP), en suspensión y en estado sólido, con la técnica de z-scan. Se utilizó un láser de Titanio:zafiro con 6 fs de duración o en onda continua. Los resultados se compararon con los obtenidos para el disolvente líquido o desecado y muestran que el efecto Kerr del grafeno en NMP está dominado por el disolvente y puede tener origen térmico o electrónico.

El grafeno presenta absorción saturada, absorción a dos fotones y efecto Kerr, estando éste último generalmente caracterizado con la técnica de z-scan. La dispersión de grafeno en NMP se preparó utilizando grafito expandido en tratamiento de ultrasonidos [1]. El montaje de z-scan utilizado es estándar [2] y se realizaron medidas en apertura abierta (open aperture, OA) y en apertura cerrada (closed aperture, CA). Las muestras de grafeno líquida tenían un transmitancia lineal para el NMP y NMP con grafeno de TNMP=95%, TNMPG=94%. Las muestras sólidas se prepararon por evaporación de una gota de NMP sobre un sustrato de vidrio con transmitancia lineal para el NMP y NMP con grafeno de TNMP=30%, TNMPG=92%.

En la figura 1 a) y b) se muestran los resultados para la muestra líquida en onda continua (100 mW) y en bloqueo de modos (1 nJ por pulso, 6 fs). En la muestra líquida las trazas indican efecto Kerr negativo para el disolvente, que además es de la misma magnitud en onda continua y en bloqueo de modos. El efecto Kerr es asimismo negativo cuando tiene grafeno y es de mayor magnitud que en el disolvente puro. En este caso el origen de la no linealidad es esencialmente térmico.

En la figura 1 c) y d) se muestran los resultados para la muestra sólida en onda continua (100 mW) y en bloqueo de modos (1 nJ por pulso, 6 fs). El efecto Kerr es positivo tanto para el disolvente desecado como para la suspensión desecada. Esto hace pensar que el disolvente interactúa fuertemente con el grafeno y domina su comportamiento no lineal óptico. Además el efecto es de menor amplitud que en líquido y tiene el signo contrario que el grafeno sólido crecido por CVD (Chemical Vapour Deposition) que es negativo [3]. Para la muestra de grafeno desecada el efecto es algo mayor en el régimen en bloqueo de modos que en onda continua. Esto podría indicar que hay una componente de origen electrónico.

Figura 1.- Trazas de z-scan para NMP líquido (negro) y suspensión de grafeno en NMP (azul) en onda continua a) y en bloqueo de modos b). Trazas de z-scan para NMP desecado (negro) y suspensión de grafeno en NMP desecada (verde) en

onda continua c) y en bloqueo de modos d). Referencias [1] G. M. Morales, P. Schifani, G. Ellis, C. Ballesteros, G. Martínez, C. Barbero, H. J. Salavagione, “High-quality few layer 150 graphene produced by electrochemical intercalation and microwave assisted expansion of graphite”, Carbon 49 (8) 2809 (2011). [2] M. Sheik-Bahae, A. Said, T.-H. Wei, D. Hagan, E. W. Van Stryland, “Sensitive measurement of optical nonlinearities using a single beam”, IEEE J. Quantum Electron. 26 (4) 760 (1990). [3] H. Zhang, S. Virally, Q. Bao, L. K. Ping, S. Massar, N. Godbout, P. Kockaert, “Z-scan measurement of the nonlinear

Autocompresión de pulsos láser en fibras huecas rellenas de gas

A. Rodríguez1, A. Sánchez2, I. J. Sola2, E. Conejero Jarque2, J. San Román2

1Universitat Autonoma de Barcelona, E-08193 Bellaterra 2Grupo de Investigación en Óptica Extrema (GIOE), Universidad de Salamanca, Pl. de la Merced s/n, E-37008

Salamanca

Resumen: Presentamos un procedimiento general para lograr auto-compresión de pulsos láser mediante su propagación no-lineal en fibra hueca llena de gas. Hemos contrastado esta técnica tanto experimental como teóricamente para diferentes parámetros del pulso y distintos gases.

En este trabajo se estudia la propagación no lineal de pulsos por fibra hueca en el régimen de auto-compresión, en el que los pulsos salen de la fibra con la fase casi perfectamente compensada sin necesitar dispositivos adicionales, en contra de lo habitual [1,2]. Esta fenomenología ya se ha observado en el régimen de alta intensidad [3]. En este trabajo identificamos un procedimiento general para llegar a un nuevo régimen de auto-compresión modificando la fase espectral del pulso incidente. Hemos observado algunas características generales del proceso, independientes de la duración del pulso incidente y del tipo de gas (Ar, Ne o aire). Los resultados experimentales muestran auto-compresión de pulsos incidentes, centrados en 795 nm y de anchura espectral 10 nm, desde 120 fs a 30 fs en fibras de 40 cm de longitud llenas de aire. En fibras llenas de Ar y Ne se han comprobado auto-compresiones desde 23 fs a 6 fs para pulsos incidentes centrados en 795 nm y con anchura espectral de 50 nm. La eficiencia en energía del proceso es del orden del 35%, similar a las logradas en esquemas que incluyen un sistema de compensación de fase. El acuerdo con los modelos teóricos de propagación no lineal es cualitativamente alto, lo que permite identificar los principales factores del fenómeno.

Figura 1.- Ejemplos de pulsos auto-comprimidos obtenidos en el laboratorio usando un pulso incidente de 120 fs que se propaga en una fibra llena de aire (izquierda) y de un pulso incidente de 23 fs en una fibra llena de Ne (derecha). El pulso

emergente comprimido en aire tiene una duración de 35 fs FWHM medido con un sistema SPIDER casero. El pulso comprimido en Ne es compatible con una duración de 6.3 fs medida con un autocorrelador (Femtometer from Femtolaser).

En resumen, hemos demostrado un procedimiento de auto-compresión de pulsos en fibras huecas llenas de

gas basado en el barrido de la fase espectral del pulso incidente, identificando las condiciones en las que sucede de forma estable y robusta. La ausencia de un dispositivo adicional de compensación de fase permite superar las limitaciones de otros esquemas en cuanto a longitud de onda y anchura espectral.

Referencias [1] B. Alonso, M. Miranda, F. Silva, V. Pervak, J. Rauschenberger, J. San Román, Í.J. Sola, and H. Crespo, "Characterization of sub-two-cycle pulses from a hollow-core fiber compressor in the spatiotemporal and spatiospectral domains", Appl. Phys. B 112, 105 (2013). [2] A. Wirth, M. T. Hassan, I. Grguras, J. Gagnon, A. Moulet, T. T. Luu, S. Pabst, R. Santra, Z. A. Alahmed, A. M. Azzeer, V. S. Yakovlev, V. Pervak, F. Krausz, and E. Goulielmakis, "Synthesized Light Transients," Science 334, 195-200 (2011). [3] N.L. Wagner, E.A. Gibson, T. Popmintchev, I.P. Christov, M.M. Murnane and H.C. Kapteyn, "Self-compression of ultrashort pulses through ionization-induced spatiotemporal reshaping" Phys. Rev. Lett. 93, 173902 (2004).

Laser-driven ion acceleration from ultrathin targets

Luca C. Stockhausen1, Ricardo Torres2, Enrique Conejero3 1Centro de Láseres Pulsados, Parque Científico, Calle del Adaja s/n, 37185 Villamayor, Salamanca (Spain)

2QUASAR group, The Cockcroft Institute, Sci-Tech Daresbury, Warrington WA4 4AD (United Kingdom) 3Grupo de Investigación en Óptica Extrema (GIOE), Universidad de Salamanca, Plaza de la Merced s/n, 37008

Salamanca (Spain)

Abstract: The strong electric fields present during high-intensity laser-matter interaction enable the production of MeV-ion beams, that can potentially be used for a wide range of applications, including hadron therapy and proton radiography [1]. We simulated the generation of up to 100 MeV/u carbon ions from ultrathin solid targets with the particle-in-cell code OSIRIS [2] and studied the dependencies on laser and target parameters.

The Spanish Pulsed Laser Centre (CLPU) is a new high-power laser facility for users. Its main system, VEGA, is a CPA Ti:Sapphire laser which, in its final phase, will be able to reach petawatt peak powers in pulses of 30 fs with a pulse contrast of 1:1010 at 1 ps. The extremely low level of pre-pulse intensity makes this system ideally suited for studying the laser interaction with ultrathin targets.

We have used the particle-in-cell code OSIRIS to carry out 2D simulations of the acceleration of ions under the unique conditions provided by VEGA, wit laser intensities up to 1022 Wcm-2 impinging normally on 5 – 40 nm thick overdense plasmas with different polarizations and pre-plasma scale lengths. We have shown how signatures of the radiation pressure dominated regime, such as layer compression and bunch formation, are only present with circular polarization. By passively shaping the density gradient of the plasma, we demonstrate an enhancement in peak energy up to tens of MeV and monoenergetic features.

Figure 1: Charge density of the carbon ions and corresponding spectra for the interaction with a circularly and linearly polarized laser. The laser is impinging from the left side. The light blue color corresponds to regions of higher density.

On the contrary linearly polarized laser light at the same intenstiy causes the target to blow up, resulting in

much lower energies and broader spectra. One limiting factor of Radiation Pressure Acceleration is the development of Rayleigh-Taylor like instabilites [3] at the interface of the plasma and photon fluid. This results in the formation of bubbles in the spatial profile of the laser-accelerated proton beams.

References [1] H. Daido et al., Reports on Progress in Physics 75, 056401 (2012) [2] R. A. Fonseca et al., Lecture Notes Computational Science 2331, 342-351 (2002) [3] C. Palmer et al., Physical Review Letters 108, 225002 (2012)

Vector beams and optical singularities in conical refraction

A. Turpin1, Yu. V. Loiko2, A. Peinado1, A. Lizana1, T. K. Kalkandjiev1,3, J. Campos1, and J. Mompart1

1. Departament de Física, Universitat Autònoma de Barcelona, E-08193 Bellaterra, Spain 2. Aston Institute of Photonic Technologies, School of Engineering& Applied Science Aston University, B4 7ET

Birmingham, United Kingdom 3. Conerefringent Optics S.L., Avda Cubelles 28, E-08800 Vilanova i la Geltrú, Spain

Abstract: A focused Gaussian input beam passing through a biaxial crystal and parallel to one of the optic axes suffers of the spin-orbit coupling produced by means of the conical refraction (CR) phenomenon. We show that the ratio between the birefringence of the crystal and the waist of the input beam governs the generation of vector beams and optical singularities in CR and discuss how this is related to the spin-orbit coupling inside the crystal.

When a circularly polarized focused Gaussian beam propagates through a biaxial crystal and parallel to one

of the optic axes it is transformed by the conical refraction (CR) phenomenon into a pair of concentric bright rings split by a null intensity (Poggendorff) ring at the focal plane of the system. At this plane, all the points of the rings are linearly polarized with the azimuth of polarization rotating such that every two diametrically opposite points are orthogonally polarized.

In this communication we will show that the previously described features of the CR beam are only valid under the assumption , where and are, respectively, the radius of the dark ring and the waist radius of the focused input beam respectively. We will discuss the state of polarization of beams obtained both for and at different transverse planes of the beam propagation in terms of the Stokes vector formalism. Also, we will show that there can be generated beams such as pure linearly polarized states and Poincaré beams, i.e. beams containing all possible states of polarization. Additionally, we will report different optical singularities that can be found in biaxial crystals and analyze in detail how are they modified by the transition from double to conical refraction and relate them to the spin-orbit coupling provided by the anisotropy of the medium.

Figure 1.- Density plots of the numerically calculated transverse Stokes parameters for (a) , (b) and (c) . First and third rows are for left handed circularly polarized input beams, while second and fourth rows are

for linearly polarized input beams with azimuth at 45º.

References [1] M.V. Berry and M. R. Jeffrey, “Conical diffraction: Hamilton's diabolical point at the heart of crystal optics,” Prog. Opt. 50 13 (2007). [2] A. Turpin, Yu. V. Loiko, A. Peinado, A. Lizana, T. K. Kalkandjiev, J. Campos, and J. Mompart, “Polarization tailored novel vector beams based on conical refraction,” Opt. Express 23, 5704 (2015) .

Sesión Paralela Mixta (orales)

Fibra capilar de polímero PMMA como micro-resonador para la medición de la presión hidrostática de microfluidos.

Duber A. Avila Padilla1

Cesar O. Torres Moreno1

Cristiano M.B. Cordeiro2 1Universidad Popular del Cesar. UNICESAR. Valledupar-Cesar-Colombia

2Universidad de Campinas. UNICAMP. Campinas-S.P-Brasil

Resumen: En el presente trabajo se diseña un dispositivo para la medición de la presión hidrostática de microfluidos, fabricado a partir de una fibra capilar de polímero (PMMA) con un grosor de pared entre 30-300 um y un diámetro externo entre 300-2000 um. La fibra capilar constituye un dispositivo resonador cuyo campo es acoplado a través de una fibra Taper con adelgazamiento adiabático. En el experimento, el factor Q y la sensibilidad del dispositivo fueron medidas.

En este trabajo se reporta el diseño y fabricación de un dispositivo óptico que permite la medición de los cambios de presión que experimenta un fluido al interior de una fibra capilar de PMMA fabricada en una torre de diseño de fibras estándar. El campo óptico confinado al interior del dispositivo es acoplado a través de una fibra Taper, la cual excita los modos WGM al interior del resonador tal y como se ha estudiado en trabajos previos, garantizando la mayor eficiencia de acoplamiento posible [1,2].

En el experimento, se obtuvieron fibras capilares con diámetros externos de 300-2700 µm y con grosor de pared de 30-200 µm, la fibra Taper fabricada para la excitación de los modos al interior del resonador se fabricó con un diametro de Waist de 3 µm, la cual se acercaba al microcapilar con la suficiente distancia para obtener las curvas de resonancias deseadas tal y como se muestra en la figura 1.

Figura 1.- a) Imagen transversal de las fibras capilares fabricadas. b) Acoplamiento del campo al interior del capilar a través

de la fibra Taper En el desarrollo del experimento, uno de los extremos de la fibra capilar es sellado, mientras que el otro

extremo es conectado a una válvula, en donde es presurizada a unos valores de presión controlados usando para ello nitrógeno. El factor Q (Factor de confinamiento) de los dispositivos fabricados fueron medidos experimentalmente en el intervalo de 104-105, los cuales son semejantes a los reportados para el caso de las fibras capilares de silica.

La sensibilidad del dispositivo fue calculada, asumiendo que al aumentar la presión interna de la fibra

capilar en su interior, el diámetro medio del capilar aumenta debido a su relativo bajo módulo de Young’s, que para el caso de una fibra capilar de PMMA presenta un valor de 2,2 𝑥 104 Bar (2.2 GPa), el cual es menor que la silica. Este efecto elasto-óptico, puede cambiar el índice de refracción efectivo del modo confinado en el interior del capilar provocando desplazamientos en los picos de resonancia en el dispositivo.

Con el desarrollo del experimento se demuestra experimentalmente que la sensibilidad del dispositivo

depende del diámetro externo y del grosor de pared, de forma que con un balance preciso entre estas dos cantidades se puede mejorar la sensibilidad en la detección. Referencias [1] J. C. Knight, G. Cheung, F. Jacques, and T. A. Birks, "Phase-matched excitation of whispering-gallery-mode resonances by a fiber taper.," Opt. Lett. 22, 1129 (1997). [2] B. E. Little, J. P. Laine, and H. A. Haus, "Analytic theory of coupling from tapered fibers and half-blocks into microsphere resonators," J. Light. Technol. 17, 704–715 (1999).

Medida de Desplazamiento Nanométrico en Microcantilevers utilizando Interferometría Realimentada Diferencial

Francisco J. Azcona, Ajit Jha, Carlos Yañez, Santiago Royo

Centro de Desarrollo de Sensores, Instrumentación y Sistemas (CD6) – Universidad Politécnica de Cataluña (UPC), Rambla St. Nebridi 10, E-08222, Terrassa, España

Resumen: En este trabajo exploramos la factibilidad del uso de la interferometría realimentada diferencial en la medición de desplazamientos de magnitud nanométrica en cantilevers micrométricos. Los resultados obtenidos muestran que para desplazamientos en baja frecuencia es posible capturar el movimiento del cantiléver con resoluciones en el orden de λ/200. Debido a su costo y facilidad de implementación la técnica podría utilizarse para el desarrollo de biosensores.

La interferometría realimentada, mejor conocida por su acrónimo en inglés SMI (Self-Mixing Interferometry) [1] es una potente herramienta auto-alineada de bajo coste, que permite la medición de cambios en el camino óptico de un láser con precisión micrométrica. En el caso de la medición de desplazamiento, diversos métodos han sido propuestos con el fin de mejorar la resolución de la técnica, siendo indispensable que el movimiento total detectado fuese de una amplitud mayor a λ/2 [2,3]. Nuestro grupo ha propuesto la técnica denominada interferometría diferencial realimentada (DSMI) [4] en la cual, a través de la comparación de dos señales de SMI con una modulación de referencia conocida es posible extraer desplazamientos con resoluciones prácticas en el orden de λ/200.

Un área de interés para la implementación de esta técnica es la estimación de fuerzas de área en la micro escala a través del desplazamiento o vibración de un transductor mecánico previamente caracterizado. Consideramos que un sistema basado en DSMI es una alternativa a los sistemas utilizados para este tipo de medidas.

Con el fin de probar la efectividad de DSMI en la medición de movimientos de micro-cantilévers, se construyó el sistema de pruebas mostrado en Fig. 1. El sensor está constituido por un diodo láser, por lo cual es necesario capturar un conjunto de datos previos que servirán como señal de referencia para el grupo de mediciones.

Figura 1.- A la izquierda sistema de pruebas de movimiento de cantiléver utilizando DSMI. A la derecha detección de

desplazamiento sinusoidal de amplitud 200nm a 20Hz. Como se puede observar en Fig.1, el sistema es capaz de recuperar correctamente el desplazamiento del cantiléver en la mayor parte de las muestras tomadas. Las señales recolectadas presentan un error de reconstrucción en el orden de 3nm, cumpliendo por tanto con los límites prácticos de la técnica DSMI. Para otros valores de amplitud y frecuencia se obtuvieron valores similares de error en la medición, así como de reconstrucción del desplazamiento. El tiempo de procesamiento debe ser mejorado con el fin de utilizar la medición en aplicaciones convencionales. Referencias [1] S. Donati, “Developing self-mixing interferometry for instrumentation and measurements,” Laser Photonics Rev 6, pp.1-25 (2011). [2] O. D. Bernal, U. Zabit, T. Bosch, “Study of laser feedback phase under self-mixing leading to improved phase unwrapping for vibration sensing,” IEEE Sens. J. 13, pp. 4962 – 4971 (2013). [3] L. Wei, J. Xi, Y. Yu, J. Chicharo, “Phase unwrapping of self-mixing signals observed in optical feedback interferometry for displacement measurement,” en International Symposium on Intelligent Signal Processing and Communications, 2006 ISPACS ’06, pp. 780 – 783 (2006). [4] F. J. Azcona, R. Atashkhooei, S. Royo, “Differential optical feedback interferometry for the measurement of nanometric displacements,” OPA 47, pp. 19-25 (2014).

Self-calibration of silicon photodiodes internal quantum efficiency by using temperature sensors.

E. Borreguero1, C. K. Tang2, J. Gran2, A. Pons1, J. Campos1, M. L. Hernanz1, J. L.

Velázquez1 and B. Bernad1 1Instituto de Óptica CSIC, Serrano 144, ES-28006, Madrid, Spain, 2Justervesenet (JV), Fetveien 99, NO-2007,

Kjeller, Norway. Abstract: Predictable Quantum Efficient Detector (PQED), as a photodiode based artefact, has demonstrated its potential of being a primary standard detector through comparison to the established standard; the Cryogenic Radiometer (CR). Up until now, the internal quantum efficiency of PQEDs is only predicted by means of software simulations. This work presents a feasibility study to predict the internal quantum efficiency of photodiodes with a novel experimental technique, at room temperature, based on temperature sensors.

The PQED[1,2], a radiometer based on the simulated response[3] of silicon photodiodes, is a simplified primary standard of optical power measurement. Its predicted internal quantum efficiency, is confirmed by comparison to an electrical substitution CR. No simple experimental techniques exist to provide an independent validation of a PQED, but a demonstration of a new principle at cryogenic temperatures is conducted[4].

This work presents a feasibility study to apply this principle to predict the internal quantum efficiency of photodiodes at room temperature. The measurement principle is based on the possibility to run the photodiode in two different modes of operation, photocurrent mode and electrical substitution mode. Photodiodes are usually run in photocurrent mode. The feasibility is to check if the photodiode could be run in thermal electrical substitution mode at room temperature.

The test device consists of a bare chip photodiode, with a sensitive thermistor glued at its backside, mounted on a circuit board on top of a brass socket. The circuit board works both as a weak heatlink and chip carrier. In photodiode open circuit, when a laser beam impinges the photodiode, equilibrium inside the diode is quickly achieved and a temperature rise proportional to the power of the laser is seen. The same temperature rise can be achieved by electrical substitution, realised through forward bias of the photodiode.

The aim is to develop a system that has equivalent response in optical and electrical heating mode. The system in electrical substitution mode is expected to work very well for higher power levels (>10 mW). The challenge is to have a system working over the linear range of a photodiode, though bias depended, typically limited to the order of mW. The first tests of the system and results from different measurement strategies will be given in figure 1.

Figure 1. - One cycle on-off voltage bias fitted to an exponential curve to characterise the response of the system at 1 mW.

References [1] M. Sildoja, F. Manoocheri, M. Merimaa, E. Ikonen, I. Müller, L. Werner, J. Gran, T. Kübarsepp, M. Smîd and M.L. Rastello, “Predictable quantum efficient detector: I. Photodiodes and predicted responsivity”, Metrologia 50, 385 (2013) [2] I. Müller, U. Johannsen, U. Linke, L. Socaciu-Siebert, M. Smîd, G. Porrovecchio, M. Sildoja, F. Manoocheri, E. Ikonen, J. Gran, T. Kübarsepp, G. Brida and L. Werner, “Predictable quantum efficient detector: II. Characterization and confirmed responsivity”, Metrologia 50, 395 (2013) [3] J. Gran, T. Kübarsepp, M. Sildoja, F. Manoocheri, E. Ikonen and I. Müller, “Simulations of a predictable quantum efficient detector with PC1D”, Metrologia 49, 130 (2012). [4] M. White, J. Gran, N. Tomlin and J. Lehman, “A detector combining quantum and thermal primary radiometric standards in the same artefact”, Metrologia 51, 245 (2014)

Accelerating beams with Bessel signature

Mahin Naserpour1, Carlos Díaz-Aviñó1, Carlos J. Zapata-Rodríguez1, and Juan J. Miret2

1Departament d’Òptica i Optometria i Ciències de la Visió, Universitat de València, c/ Dr. Moliner 50, 46100 Burjassot

2Departamento de Óptica, Farmacología y Anatomía, Universidad de Alicante, P.O. Box 99, Alicante

Resumen: Spatially accelerating beams that are solutions to the Maxwell equations may propagate along incomplete circular trajectories. Here we report on a theoretical analysis and numerical simulations showing the conversion of a high-numerical-aperture focused beam into a nonparaxial shape-preserving accelerating beam having a beam-width near the diffraction limit. Beam shaping is induced near the focal region by a non-flat ultra-narrow diffractive optical element enabling a Bessel signature. Our findings are expected to open up a wide range of broadband application possibilities.

The accelerating optical beam belongs to a novel class of electromagnetic wave whose peak intensity follows a curved trajectory as it propagates in free space. Since the first accelerating beam proposed within a paraxial context and propagating along parabolic trajectories [1], more general classes of solutions have been obtained including any arbitrary trajectory [2]. Recently, nonparaxial spatially accelerating shape-preserving beams were presented where their trajectories deviates from parabolas [3,4]. Such Airy beams with Bessel signature have been recently discussed in the literature, both from theoretical premises [4,5] and also with experimental evidences [6].

To generate an Airy beam in free space, an involving method cubic-phase wrapping to a Gaussian beam is typically used [7]. However, this previous method is not appropriate for using in a compact-sized system because bulky optical devices, such as femtosecond lasers and spatial light modulators are required. Recently new methods are used for launching an accelerating wave packet, which are based on the use of a metallic diffractive element. Such planar diffracting structures have a slowly-varying periodicity to induce a cubic dephase.

Here, differently from the ordinary planar distribution, our purpose is the design of nanostructured circular diffractive optical element (DOE) inducing a dephase with linear variation in the azimuthal coordinate in a way that a convergent wave may be transformed into an accelerating beam of Bessel signature. Since this transformation is preferably carried out in regions of reduced size typically of a few wavelengths, metallic nanoparticles are excellent candidates demonstrating to mold light below the wavelength. In addition, such DOE will be set in the vicinities of the focal region leading to a near-field shaping. For simplicity, we propose an optical system based on multilayer metal–dielectric stacks which behave as uniaxial crystals. A controlled variation of the assembled waveguide width governing the local periodicity of the array will induce a selective dephase at different parts of the impinging wave field. This proves that an engineered curvilinear caustic can be set up by the beam emerging from a dynamic array of elementary DOEs, the latter modifying the effective refractive index of the metamaterial and subsequently inducing a given linear dephase of the incident wave field as it is arranged in controlled orientations. Our multilayered metal-dielectric is enabling to transform a focal wave into an accelerating beam with beam-width near the diffraction limit, travelling along a caustic curve of radius in the order of a wavelength.

Referencias [1] G. A. Siviloglou and D. N. Christodoulides, “Accelerating finite energy Airy beams,” Opt. Lett. 32, 979981 (2007). [2] L. Froehly, F. Courvoisier, A. Mathis, M. Jacquot, L. Furfaro, R. Giust, P. A. Lacourt, and J. M. Dudley, “Arbitrary accelerating micron-scale caustic beams in two and three dimensions,” Opt. Express 19, 16455–16465 (2011). [3] I. Kaminer, R. Bekenstein, J. Nemirovsky, and M. Segev, “Nondiffracting accelerating wave packets of Maxwell’s equations,” Phys. Rev. Lett. 108, 163901(2012). [4] C. J. Zapata-Rodríguez, M. Naserpour, “Nonparaxial shape-preserving Airy beams with Bessel signature,” Opt. Lett. 39 (2014) 2507–2510. [5] M. Naserpour, C.J. Zapata-Rodríguez, A. Zakery, J.J. Miret, “Highly localized accelerating beams using nano-scale metallic gratings,” Opt. Commun. 334, 79 (2015). [6] F. Courvoisier, A. Mathis, L. Froehly, R. Giust, L. Furfaro, P. A. Lacourt, M. Jacquot, and J. M. Dudley, “Sending femtosecond pulses in circles: highly nonparaxial accelerating beams,” Opt. Lett. 37, 1736–1738 (2012). [7] G. A. Siviloglou, J. Broky, A. Dogariu, D. N. Christodoulides, “Observation of accelerating Airy beams,” Phys. Rev. Lett. 99 213901 (2007).

Excitación de fluorescencia en fibras ópticas de plástico por medio de

microfibras

E. Rodríguez-Schwendtner1, M. C. Navarrete1, N. Díaz-Herrera2, Ó. Esteban3, A. González-Cano2

1Grupo Complutense de Óptica Aplicada/Facultad de Física, Universidad Complutense, Av Complutense s/n, 28040 Madrid

2Grupo Complutense de Óptica Aplicada/Facultad de Óptica y Optometría, Universidad Complutense, Arcos de Jalón 118, 28037 Madrid

3Grupo de Ingeniería Fotónica/Dpto. de Electrónica, Universidad de Alcalá, 28871 Alcalá de Henares

Resumen: En este trabajo se demuestra la viabilidad del uso de fibras ópticas estrechadas (tapered) como fuente de iluminación para sensores ópticos. Se analiza la extensión del campo evanescente de un microtaper de 15 μm de diámetro de cuello y se propone su uso para la excitación de fluorescencia de un fluoróforo de alto rendimiento cuántico depositado sobre una fibra óptica de plástico (POF).

Las fibras ópticas estrechadas han mostrado ampliamente su utilidad en el ámbito de los sensores ópticos [1,2]. El estrechamiento hace posible la interacción del campo guiado con el medio que le rodea, lo que permite, mediante el uso de mecanismos de transducción adecuados, medir variaciones en los parámetros físico-químicos de dicho medio. En este trabajo se propone emplear las fibras estrechadas en un contexto distinto, como fuente de iluminación para la producción de fluorescencia.

Por otro lado, en los últimos años, las fibras de plástico están experimentando un auge en cuanto a número de aplicaciones debido a su robustez, facilidad de manejo y bajo coste [3]. Se encuentran en la literatura diversos sensores en áreas como medicina, química y medioambiente. Una de las técnicas más comunes en dichos campos es la medida de fluorescencia y pueden encontrarse sensores de POF basados en ella [4].

Así, proponemos en este trabajo un dispositivo híbrido formado por un microtaper de fibra de vidrio que sirve para excitar la fluorescencia de un fluoróforo depositado sobre la superficie de un taper de fibra de plástico y mostramos su viabilidad.

Para ello, hemos determinado experimentalmente la cantidad de campo evanescente que llega a la fibra de plástico desde la microfibra en función de la distancia a la que se encuentran. Hemos usado fibra de comunicaciones ópticas, SMF-28, en la que se han realizado estrechamientos mediante la técnica del quemador móvil hasta alcanzar un diámetro de cuello de 15 μm. Los tapers así fabricados resultan ser cuasi-adiabáticos. La POF, por su parte, se estrecha químicamente hasta un diámetro de unos 800 μm para mejorar la eficiencia en la recolección de luz cuando se ilumina lateralmente. Sobre la superficie de la región estrechada se deposita el fluoróforo y se enfrentan ambos tapers. Como fuente de luz se usa un diodo láser a 405 nm que se enfoca sobre la microfibra. La luz obtenida y recogida por la fibra de plástico se conduce hasta un espectrofotómetro donde se analiza. Se ha demostrado que el campo evanescente de la fibra estrechada mantiene suficiente intensidad para ser analizada hasta separaciones de 2.5 mm.

La alta intensidad de este campo permite proponer el diseño de un nuevo dispositivo más compacto. En él, la microfibra se enrolla alrededor de la zona estrechada de la fibra de plástico. Los resultados muestran que con cada arrollamiento se mejora la intensidad que se transfiere a la fibra de plástico, si bien, a partir de dos vueltas, apenas se produce mejora. De esta manera, el tiempo de interrogación del sensor se puede disminuir notablemente.

Así, el empleo como fuente de iluminación vía campo evanescente de fibras microestrechadas para producción de fluorescencia queda adecuadamente demostrado y se abre la puerta a una gran variedad de aplicaciones, dada su eficiencia, su bajo coste y la versatilidad que el concepto ofrece.

Referencias

[1] J. Homola, “Surface plasmon resonance sensors for detection of chemical and biological species”, Chem. Rev. 108, 462–493 (2008).[2] P. Datta, I. Matías, C. Aramburu, A. Bakas, M. López-Amo, J.M. Otón “Tapered optical-fiber temperature sensor”, Microw. Opt. Technol. Lett. 11, 93–95 (1996).[3] L. Bilro, N. Alberto, J. L. Pinto, R. Nogueira, “Optical Sensors Based on Plastic Fibers”, Sensors 12, 12184-12207 (2012).[4] C. Pulido, Ó. Esteban, ‘Tapered polymer optical fiber oxygen sensor based on fluorescence-quenching of an embedded fluorophore’, Sens. Actuators B 184, 64–69 (2013).

Metrología óptica en el CD6: aplicaciones en imagen láser

Santiago Royo, Miguel Ares, Jordi Riu, Reza Atashkhooei, Meritxell Vilaseca, Xana del Pueyo, Francisco Azcona, Ajit Jha, Carlos Yáñez

Centro de Desarrollo de SEnsores, Instrumentación y Sistemas Universidad Politécnica de Catalunya (CD6) Rambla Sant Nebridi 10 E8222 Terrassa

Resumen: En esta contribución presentaremos las líneas de trabajo actuales del grupo de metrología óptica del CD6. Durante los últimos años nuestras actividades se han centrado en aplicaciones relacionadas con la imagen basada en láser, incluyendo la imagen tridimensional del cuerpo humano, la imagen por tiempo de vuelo, y un conjunto de aplicaciones biomédicas de la interferometría de realimentación, incluyendo la detección de cáncer de piel. En los últimos años la línea de metrología óptica del CD6 se ha centrado en su objetivo de desarrollar aplicaciones relacionadas con necesidades del tejido industrial que lo rodea.con este fin, se han desarrollado diferentes tecnologías basadas en ingeniería óptica/fotònica relacionadas con imagen láser, que se detallarán en la presentación en el congreso y cuyos resultados se muestran en este resumen. Todas las tecnologías se pueden describir de manera genérica como relacionadas con la imagen basada en láser Por un lado, se están desarrollando dentro del proyecto europeo Diagnoptics (www.diagnoptics.eu) soluciones ópticas para la detección del cáncer depiel incluyendo imagen 3D, multipespectral y de interferometría realimentada (OFI), en colaboración con hospitales empresas y centros de I+D europeos (Fig.1). Este proyecto es objeto de una presentación individual en esta XIRNO. Por otro lado, se están desarrollando sistema de visión basados en tiempo de vuelo pulsado para diferentes aplicaciones (Fig.2), basadas en tecnología propia. Adicionalmente, la línea de trabajo en OFI desarrolla aplicaciones de medida de la onda de presión arterial (APW) (Fig.3), así como a desplazamientos de amplitud nanométrica, aplicados a imagen por cantilevers (Fig.4) o a detección de biomarcadores.

Fig 1: Medidas 3D pare detección de melanoma [1] Fig.2 Real time TOF imaging camera[2]

Fig-3: APW detection basada en OFI [3] Fig.4: Imagen de cantiléver basada en OFI [4]

Referencias [1] M.Ares, S.Royo et al “3D scanning system for in-vivo imaging of human body” Fringe 2013 899-902 (Spinger-Verlag, Heidelberg 2013) ISBN 978-3-642-36358-0 doi:10.1007/978-3-642-36359-7_168 [2] J.Riu, S.Royo “Lidar Imaging with on-the-fly adjustable spatial resolution” Proc. SPIE 8897 Article 88970N SPIE, Dresden, 2013 doi:10.1117/12.2033931 [3]A.Arasanz, F.J.Azcona, S.Royo, A.Jha, J.Pladellorens “A new method for the acquisition of arterial pulse wave using self-mixing interferometry” Opt.Las.Tec. vol.63c pp98-104 (2014) doi: 10.1016/j.optlastec.2014.04.004 [4]Azcona, F.; Atashkhooei, R.; Royo, S.; Mendez Astudillo, J.; Jha, A., "A Nanometric Displacement Measurement System Using Differential Optical Feedback Interferometry," Photonics Technology Letters, IEEE , vol.25, no.21, pp.2074-2075 (2013) doi:10.1109/LPT.2013.2281269

Método para colimar y/o determinar el grado de colimación de un haz

Francisco José Torcal-Milla1, Luis Miguel Sánchez-Brea1, José María Herrera-Fernandez1, Tomás Morlanes2 y Eusebio Bernabeu1

1Departamento de Óptica, Universidad Complutense de Madrid. Av. Complutense S.N. 28040, Madrid (España)

2AOTEK, Barrio de San Andrés, S.N. 2840 Mondragón, Guipúzcoa (España)

Resumen: Se presenta un método para colimar y/o determinar el grado de colimación un haz de luz basado en la medida de la elipticidad de la figura de Lissajous obtenida del interferograma Moiré producido por una red de Ronchi y una máscara binaria. Es un método estático útil para cualquier tipo de fuente de luz. Se ha obtenido experimentalmente una precisión en la divergencia del haz de 1.4 µrad con un diodo láser y una lente colimadora de focal f=25 mm y diámetro D=20 mm.

En muchas aplicaciones se requieren haces de iluminación con un alto grado de colimación. En los últimos años se han desarrollado técnicas que permiten un alto grado de colimación con muy alta precisión [1], [2]. En este trabajo se presenta una técnica de colimación basada en [1] donde la figura de Lissajous es obtenida sin necesidad de introducir elementos móviles. Consideremos el esquema de la Figura 1a donde la máscara de detección utilizada está compuesta de varias redes de difracción desfasadas y situadas fuera de eje. La intensidad tras cada una de las redes que conforman la máscara, Figura 1b, representadas como su transformada de Fourier, vendrá dada por

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donde q=2π/p, an y ar son los coeficientes de Fourier de las redes, n, n’ y r números enteros, k=2π/λ, λ la longitud de onda, α=-Δz/f2, f la focal de la lente colimadora, Δz la distancia entre la fuente y el punto focal de la lente, Δx el tamaño de cada ventana, ϕm el desfase relativo de la ventana m-ésima y sinc(γ)=sin(γ)/ γ.

Figura 1.- a) Esquema del sistema de colimación, b) Intensidad tras la máscara, c) Elipticidad en función de Δz (c=cte)

Para obtener cada punto de la figura de Lissajous a una determinada Δz se utilizan las señales de dos redes

de la máscara cuyo desfase relativo sea de 90o. Una vez se obtienen los puntos de la figura de Lissajous, se realiza un ajuste por mínimos cuadrados para calcular su forma y su elipticidad. Finalmente se ha validado el método experimentalmente utilizando una lente de focal 25 mm y diámetro 20 mm, una red de difracción de 110 µm de periodo y una máscara con 16 redes de difracción desfasadas, Figura 1c. El mínimo de la elipticidad representa el punto de mayor grado de colimación del haz, obteniendo una precisión de 1.4 μrad en la divergencia del haz y de 0.0087 nm en Δz. Este resultado mejora en un orden de magnitud la precisión de otras técnicas actuales, lo cual es de gran relevancia en el ámbito metrológico aplicado, tecnológico y de instrumentación científica y técnica.

Agradecimientos Trabajo financiado por el proyecto DPI2011-27851 del Ministerio de Economía y Competitividad de España.

Referencias [1] L.M. Sanchez-Brea, F.J. Torcal-Milla, F.J. Salgado-Remacha, T. Morlanes, I. Jimenez-Castillo y E. Bernabeu, “Collimation method using a double grating system”, App. Opt. 49 3363 2010. [2] L.M. Sanchez-Brea, F. J. Torcal-Milla, J.M. Herrera-Fernandez, T. Morlanes y E. Bernabeu, “Self-imaging technique for beam collimation”, Opt. Lett. 39 5764 2014.

Δz –c (µm)

e

a) b) c)

Photophysics and applications of transition metal dichalchogenide monolayers fabricated via liquid phase exfoliation

Vega-Mayoral V.1,2,Backes C.4,5, Vella D.1,2, Topolovsek P.1,2, Borzda T.1,2,Hanlon D. 4,5,

Coleman J.N. 4,5, Gadermaier C.1,2Mihailovic D.1,2,3 1)Jozef Sefan Institute, Ljubljana, Slovenija

2) Jozef Stefan Postgraduate School,Ljubljana, Eslovenia 3)CENN nanocenter, Ljubljana, Eslovenia

4)School of Physics, Trinity College Dublin, Dublin 2, Ireland. Resumen: MoS2 and WS2 are promising semiconducting compounds among 2D materials1. Indirect to direct bandgap transition is observed as they go from bulk to monolayer. They have become a serious alternative to graphene transistors1. Semiconducting TMDs show unusually strong light-matter interaction. A MoS2 monolayer absorbs almost 10% of the incident light at the main excitonic resonances, what makes them interesting for photonics2 and optoelectronics3.

Liquid phase exfoliation (LPE)4 allows further processing and deposition of mono-or few- layer films of TMD's using a wide range of techniques that have been developed for colloidal nanoparticle dispersions. In order to produce stable macroscopic films desired for many photonic applications, a binder is needed. We developed a method to perform LPE in an acqueous dispersion of polyvinylalcohol (PVA). PVA enables exfoliation, acts as a binder and avoids PL quenching5(Fig. 1).

Figura 1.-Changes in photoluminescence versus polymer concentration

Among the photophysics underlying photonic and optoelectronic applications of TMDs we focus on

photovoltaics and photodetectors. Such devices have been demonstrated for monolayer TMD transistor. However, in order to achieve high efficiency, one has to incorporate them into a heterostructure or engineer a lateral p-n junction inside the monolayer. We use femtosecond optical spectroscopy to study the dynamics of photoexcitedexcitons and charges in films containing mono- or few-layer flakes of semiconducting TMDs. We confim excitons as the primary photoexcited species. They dissociate into charge pairs with near unitary efficiency6, suggesting superior photodetection efficiency and photovoltaic performance for few-layer TMDs. Referencias [1]Wang H Q, Kalantar-Zadeh K, Kis A, Coleman J, Strano M S, " Electronics and optoelectronics of two-dimensional transition metal dichalcogenides"Nat Nanotechnol, 7, 699 (2012) [2] Malard, L. M., Alencar, T. V., Barboza, A. P. M., Mak, K. F. & de Paula, A. M. "Observation of intense second harmonic generation from MoS2 atomic crystals." Phys. Rev. B. 87, 201401 (2013). [3] Sundaram R.S., Engel M., Lombardo A., Krupke R., Ferrari A. C., Avouris Ph. and Steiner M. "Electroluminescence in single layer MoS2" Nano Lett, 13 (2013). [4] Jonathan N. Coleman, et al " Two-Dimensional NanosheetsProduced by Liquid Exfoliationof Layered Materials"Science, 331 (2011) [5] Vega-Mayoral V., Backes C., Hanlon D., Gadermaier C., Mihailovic D. Coleman J. "Photoluminescent WS2 polymer composites" In preparation. [6] BorzdaT,Gadermaier C,Vujicic N,Topolovsek P, Borovsak M, Mertelj T, Viola D, Manzoni C, Pogna E, Brida D, Antognazza M R, Scotognella F, Lanzani G, Cerullo G and Mihailovic D. " Charge photogeneration in few-layer MoS2" Adv func mater,accepted for publication.

Ondas de superficie de Dyakonov: Novedosa plataforma en nanofotonica

Carlos J. Zapata-Rodríguez1, Mahin Naserpour1 y Juan J. Miret2 1Departament d’Òptica i Optometria i Ciències de la Visió, Universitat de València,

c/ Dr. Moliner 50, 46100 Burjassot 2Departamento de Óptica, Farmacología y Anatomía, Universidad de Alicante,

P.O. Box 99, Alicante

Resumen: Las ondas de Dyakonov pueden propagarse en la interfase que separa dos materiales dieléctricos, a diferencia de los plasmones superficiales, siempre que uno de ellos sea anisótropo. Esta característica es esencial en dispositivos de fotónica integrada ultracompactos basados en ondas de superficie no disipativas. En esta contribución damos a conocer otras propiedades relevantes asociadas a las ondas de Dyakonov, así como los avances más recientes de nuestro grupo de investigación en el análisis de sus características usando metamateriales con anisotropía efectiva extrema.

Las discontinuidades en las propiedades electromagnéticas que se encuentran en la interfase entre dos medios homogéneos pueden ser propicias para la aparición de ondas fuertemente confinadas propagándose a lo largo de esta superficie. Para medios isótropos limitados por superficies donde la permitividad del material cambia de signo, como ocurre con un metal en contacto con un dieléctrico, pueden emerger plasmones superficiales (PS) [1]. La relevancia de las ondas de superficie descansa no sólo en su inherente localización por debajo de la longitud de onda, sino también es su fuerte dependencia en los medios que las rodea. Estas funcionalidades están siendo implementadas en ingeniería de materiales durante la última década permitiendo una plétora de aplicaciones tales como ultrafocalización, invisibilidad y sensado óptico [2,3].

Desafortunadamente, la mayoría de las aplicaciones de los PSs a frecuencias ópticas están limitadas severamente por las pérdidas del material. Una oportunidad atractiva fue ideada por M. Dyakonov en 1988, quién demostró la existencia de ondas de superficie no disipativas en la interfase de dos medios dieléctricos transparentes, siempre que uno de ellos sea anisótropo [4]. Sin embargo, el rango de direcciones de propagación de las ondas de Dyakonov resulta muy limitado usando materiales naturales birrefringentes. De hecho, esta es una de las razones que ha contribuido a retrasar más de 20 años la primera demostración experimental de la observación de las ondas de Dyakonov [5]. Algunas propuestas ofrecen la alternativa de incrementar este rango de forma sustantiva.

Nosotros nos centramos en el estudio de la generación y propagación de ondas de Dyakonov cuando el medio birrefringente es sustituido por una nanoestructura periódica metal-dieléctrico [6,7]. Estos cristales plasmónicos (CPs) han suscitado un enorme interés hasta la fecha dadas sus extraordinarias propiedades ópticas. Cuando el CP se corta perpendicularmente a la orientación de las películas que lo forman, ondas de superficie con polarización TM pueden propagarse en la dirección del eje óptico, y de forma oblícua con polarización híbrida. Las propiedades fundamentales de tales ondas de superficie se pueden tratar con la aproximación de medio efectivo, la cual proporciona en principio una estimación precisa si el grosor de cada película metálica es mucho menor que la longitud de onda. Finalmente, en la presentación oral analizaremos con detalle la influencia de las pérdidas inherentes a estos dispositivos plasmónicos.

Referencias [1] S. A. Maier, Plasmonics: Fundamentals and Applications. New York: Springer-Verlag, 2007. [2] S. Lal, S. Link, y N. J. Halas, “Nano-optics from sensing to waveguiding,” Nat. Phot. 1, 641 (2007). [3] C. J. Zapata-Rodríguez, D. Pastor, M. T. Caballero, y J. J. Miret, “Diffraction-managed superlensing using plasmonic lattices,” Opt. Commun. 285, 3358 (2012). [4] M. I. D’yakonov, “New type of electromagnetic wave propagating at an interface,” Sov. Phys. JETP 67, 714 (1988). [5] O. Takayama, L. Crasovan, D. Artigas, y L. Torner, “Observation of Dyakonov surface waves,” Phys. Rev. Lett. 102, 043903 (2009). [6] C. J. Zapata-Rodríguez, J. J. Miret, J. A. Sorni, y S. Vuković, “Propagation of dyakonon wave-packets at the boundary of metallodielectric lattices,” IEEE J. Sel. Top. Quant. Electron. 19, 4601408 (2013). [7] C. J. Zapata-Rodríguez, J. J. Miret, S. Vuković y M. R. Belić, “Engineered surface waves in hyperbolic metamaterials,” Opt. Express 21, 19113 (2013).

Caracterización de grafeno CVD por THz-TDS

J.A. Delgado Notario1, V. Clérico1,2, E. García García3, N. Campos4, D. Gómez4, E. Diez2, J.E. Velázquez1, Y.M. Meziani1

2Applied Physics Department, Salamanca University, Salamanca 37008, Spain 1Fundamental Physics Department, Salamanca University, Salamanca 37008, Spain

3CLPU, Edificio M5 – Parque Científico, C/ Adaja 8, 37185 Villamayor (Salamanca), Spain 4Energy Area. Fundación ITMA. C/Calafates 11. 33417 Avilés, Spain

Resumen: Se presentan resultados de espectroscopía THz-TDS por transmisión de muestras de grafeno CVD transferido sobre poliimida. Se identifican 4 picos de absorción estables en el rango 200GHz-1,8THz que se atribuyen a absorción por el grafeno. Los dispositivos basados en grafeno constituyen actualmente uno de los principales ámbitos científicos de investigación. Los récords de movilidad electrónica a temperatura ambiente obtenidos con grafeno sugieren que FETs basados en él pueden tener operar en el rango de THz. Adicionalmente, el grafeno puede funcionalizarse para fabricar sensores y resulta atractivo para el desarrollo de aplicaciones electrónica flexible y transparente. Existen varias vías para producir “grafeno” [1-4] además de la convencional (exfoliación), si bien el comportamiento optoelectrónico del exfoliado es aún superior [5] sólo estas vías (como la CVD) permitirán su industrialización lo que justifica la necesidad de desarrollar estos métodos de obtención de grafeno. Uno de los problemas encontrados en la investigación de grafeno es la falta de disponibilidad de muestras de calidad electrónica por lo que es esencial encontrar nuevas técnicas de caracterización no destructiva. Una de estas técnicas de reciente desarrollo es la espectroscopía de THz en el dominio del tiempo (Terahertz Time Domain Spectroscopy, TDS) que permite extraer diferentes parámetros [6]. En esta comunicación presentamos un estudio experimental de muestras de grafeno. El grafeno fue crecido mediante CVD y luego transferido a un substrato de poliimida. Los contactos fueron fabricados por evaporación térmica de Ag definiendo una banda de grafeno con una anchura de 350µm (Figura 1). La muestra fue sometida a un análisis mediante espectroscopía THz-TDS de transmisión cuyos resultados preliminares presentaremos en la conferencia. En la Figura 2 presentamos dos medidas consecutivas realizadas en ambiente sobre la muestra de grafeno crecido por CVD con diferente paso temporal. Puede observarse la consistencia entre resultados con picos de absorción (mínimos de transmisión indicados por flechas en la figura) estables y bien definidos que no pueden atribuirse a absorción por agua en el rango 200GHz-1,8THz. Estos picos se identifican como debidos al grafeno -se han desconvolucionado de la respuesta en THz del substrato de poliimida- y están en el rango espectral en que previamente se ha encontrado respuesta en grafito exfoliado [7].

Figura 1. Muestra e imágenes microscópicas 2D y 3D. Figura 2. Espectro de transmisión en THz de grafeno CVD. Referencias [1] Acc. Chem. Res., 46(10), 2329-2339 (2013) [2] Chem. Soc. Rev. 39, 39, 228-240 (2010) [3] Carbon 50, 3210-3228 (2011) [4] Phys.Chem.Chem.Phys. 16, 3501-3511 (2014) [5] Nature 490, 192-200 (2013) [6] C. J. Docherty and M. B. Johnston, “Terahertz Properties of Graphene,” J Infrared Milli Terahz Waves, vol. 33, no. 8, pp. 797–815, Jun. 2012. [7] V. Clérico, Y.M. Meziani, E. Diez, J.E. Velázquez,”Terahertz spectroscopy of a multilayers flake of graphene” Poster 19th International Conference on Electron Dynamics in Semiconductors, Optoelectronics and Nanostructures EDISON 19, 29 June – 2 July 2015, Salamanca, Spain

Estudio de procesos CT en complejos metálicos cargados con carácter dual J. Roman-Perez, M. R. Lopez-Ramirez, C. Ruano, S. P. Centeno, J. F. Arenas, J. Soto, I.

López-Tocón, J. C. Otero

Universidad de Málaga, Facultad de Ciencias, Departamento de Química Física E-mail: jessica.roman@uma.es, jc_otero@uma.es; Fax y Tel: +34 952132019.

Resumen: Los cálculos teóricos TD-DFT predicen dos estructuras electrónicas diferentes en híbridos metal-molécula (M-A) que pueden sintonizarse según la carga superficial del sistema. Mientras que los estados de transferencia de carga (CT) del metal a la molécula (CTF) son muy sensibles a la carga, las energías de los estados CT de la molécula al metal (CTR) no son modificados por la carga del metal.

En experiencias SERS llevadas a cabo en electrodo, la señal proviene principalmente de nanoestructuras localizadas en la superficie metálica que coinciden con los llamados “hot spots”1 del SERS donde se concentra una enorme intensificación del campo electromagnético. La ganancia (G) o eficiencia del potencial de electrodo (Ev) para sintonizar la energía de los estados CT depende de dos contribuciones, por un lado los estados CT deben mostrar una gran dependencia con el potencial de electrodo (S) y, además, también se requiere que el metal sea capaz de convertir eficientemente el

potencial eléctrico aplicado en densidad de carga superficial, lo que se denomina capacitancia del metal (C)2. Mediante cálculos TD-DFT (Teoría del Funcional de Densidad dependiente del tiempo) se ha estudiado la relación entre la carga del metal (M) y la estructura electrónica de complejos (M-A) así como los estados CT, cuyas energías dependen linealmente de la carga efectiva (qeff) del metal. Ambos complejos presentan estados CT M→A (CTF) y CT A→M (CTR), presentando cada uno de ellos una dependencia diferente con el potencial (S). Por lo tanto, se han estudiado dos estructuras electrónicas diferentes del complejo M-A en función de la qeff del metal denominadas, por un lado, P-híbrido (qeff ≤ 0) que se caracteriza por ser un complejo superficial débil y fácilmente sintonizable con Ev y da lugar a estados CTF y, por otro, C-híbrido (qeff > 0) con un enlace más fuerte y que no muestra dependencia con Ev, el cual da lugar a los estados CTR

3.

Figura 1. a) Dependencia de las enegías (eV) TD-M06-HF/LanL2DZ de estados CTF y CTR con qeff de complejos metálicos

del anión isonicotinato [(Agn) q-Oin-]q-1 b) Energías TD-M06-HF/LanL2DZ de los mismos estados pero referidas a la energía del cluster metálico (Agn

q) y el adsorbato (in-) a separación infinita (EM...A). c) Complejos C2v de isonicotinato unidos a la plata a través del nitrógeno (Ag-Nin-) y del carboxilato (Ag-Oin-).

Referencias [1] Shalaev, V. M.; Sarychev, A. K. “Nonlinear optics of random metal-dielectric films”. Phys. Rev. B, 57 (13265, 1998). [2] J. Roman-Perez, C. Ruano, S. P. Centeno, I. López-Tocón, J. F. Arenas, J. Soto, J. C. Otero. “Huge Energy Gain in Metal-to-Molecule Charge Transfer Processes: A Combined Effect of an Electrical Capacitive Enhancement in Nanometer-Size Hot Spots and the Electronic Structure of the Surface Complex”. J. Phys. Chem. C. 118 (2718,2014). [3] J. Roman-Perez, S. P. Centeno, M. R. Lopez-Ramirez, J. F. Arenas, J. Soto, I. López-Tocón, J. C. Otero. “On the dual character of charged metal–molecule hybrids and the opposite behaviour of the forward and reverse CT processes”. Phys. Chem. Chem. Phys., 16, (22958, 2014).

CTF

CTR

CTFGF↑

CTRGR≈0

CTR0'(0.17

0 +0.4%0.4 %0.2 +0.2

E/eV

qeff /a.u.

CTF1 6.17

CTF0 4.90

0

2

4

6a) CTR2'(0.30

CTR1'(0.26

514.5'nm hybridC

Phybrid

Agnq(((Oin- Agnq(((Nin-c)

qeff/a.u.

E M…A/eV

0 +0.4%0.4 %0.2 +0.2

b)

0

2

4

6

%2

%4

CTR0'(3.35CTR1'(3.43

CTR2'(3.48

CTF0 (4.65

CTF1 (3.38

S0( (9.55

S0+ (3.18

Agn+↔ Oin–ATTRACTIVE

Agn–↔ Oin–REPULSIVE

“Luces de otros mundos”: acercando la óptica a alumnos de Bachillerato V. González-Fernández1,2*, D. Mateos1,2,, E. Vasallo1, C. Velasco-Merino1,2, M.A. Burgos1,2, A. García1, G. Pérez-Callejo1, D. Revilla1, A. Gloriani1,2, D. González1,2, M.T. Belmonte1,2,

B.G. del Río1,2

1 Asociación S.A.L Physics League, C/Río Sequillo 20, Urb. El Cotanillo, CP 47170, Renedo de Esgueva, Valladolid, España

2 Dpto. de Física Teórica, Atómica y Óptica, Fac. de Ciencias, Universidad de Valladolid, Paseo Belén 7, CP 47011, Valladolid, España

Resumen: El taller “Luces de otros mundos”, realizado por primera vez en Noviembre de 2014 y repetido en Marzo de 2015, ha sido desarrollado por la asociación Physics League con el objetivo de acercar la óptica a los alumnos de Bachillerato y últimos cursos de la E.S.O. Para ello, se explican de forma experimental conceptos como la refracción y reflexión, interacción luz-materia, polarización, ilusiones óptica tridimensionales y luminiscencia.

Los conceptos de refracción y reflexión, ángulo límite, y funcionamiento de la fibra óptica son explicados mediante un kit de lentes y un láser. Gracias a un experimento Tyndall, se muestra que el agua puede actuar como fibra óptica.

Figura 1.- Visualización del fundamento de la fibra óptica

Se crea una ilusión de invisibilidad, aprovechando que el aceite de girasol y el Pyrex tienen el mismo índice de refracción. Como pequeña introducción a la interacción luz-materia, se usa un dispositivo “vapor-display” (una lámina de vapor de agua atrapada entre dos flujos laminares de aire) construido específicamente para este taller. En la segunda parte del taller, se explican conceptos más avanzados. La polarización lineal se muestra con un monitor sin filtro polarizador. El fenómeno de extinción total se enseña usando dos polarizadores lineales cruzados.

Figura 2.- Experimento de polarización de la luz

Finalmente, se crean ilusiones ópticas tridimensionales mediante una pirámide de acetato, y un efecto de invisibilidad (cloaking) con un sistema de cuatro espejos. Para finalizar el taller, se hace una pequeña introducción a la luminiscencia utilizando aceite de oliva y un láser de 532 nm.

Agradecimientos La asociación sin ánimo de lucro Physics League está compuesta por 28 miembros, todos ellos dedicados a

la divulgación de la física. Se agradece la financiación económica proveniente de la European Physical Society (Young Minds Project) [ref. EPSYM2015G24; EPSYM2015G25; and EPSYMIYL2015-15], Optical Society of America [Universidad de Valladolid OSA chapter], and American Physical Society [APS outreach mini grant].

El patrimonio de instrumentos ópticos de la Facultad de Física de la Universidad de Barcelona. Aplicaciones en docencia y en investigación:

Estudio en un telescopio refractor

Antonio Marzoa Domínguez, Santiago Vallmitjana Rico Departament de Física Aplicada i Òptica, Universitat de Barcelona

Resumen: La Facultad de Física de la Universidad de Barcelona cuenta con una importante colección de instrumentos científicos, muchos de ellos dentro del campo de la Óptica. En la comunicación se subraya la importancia de la preservación del patrimonio y, al mismo tiempo, se muestra como herramienta para la docencia y la investigación. Como ejemplo se describe la caracterización de los parámetros ópticos de un telescopio ecuatorial refractor doble, visual y fotográfico, fabricado en 1896. 1.- El patrimonio de instrumentos científicos. Los instrumentos científicos constituyen el fundamento sobre el que se expresan las ciencias experimentales y, por ello, establecen una fuente muy importante para el estudio del conocimiento humano. La Facultad de Física de la Universidad de Barcelona cuenta con una importante colección de instrumentos científicos que ha ido acumulando durante más de ciento cincuenta años de vida académica y de investigación. En el año 2005, siendo vicedecano el investigador principal de esta comunicación, se intensificó la labor de recuperación de instrumentos científicos, en parte gracias a la ayuda de un proyecto (CICYT: HAR2008-02580-E/HIST) que contribuyó a la edición de un catálogo de doscientos elementos [1]. Hay que destacar que hay una buena parte de instrumentos relacionados con la Óptica. 2. La relevancia del patrimonio en la investigación historiográfica y en la docencia. La gran utilidad de un patrimonio instrumental se manifiesta como una importante herramienta para la docencia y para la investigación. El estudio de los instrumentos permite asimilar la interacción de la tecnología con los conocimientos científicos de la época y de su descripción en los libros de texto de la época referida [2]. Por ejemplo, como muestra didáctica de la medida de la aceleración de la gravedad se ha experimentado con una máquina de Atwood restaurada [3]. También se ha caracterizado un sistema sin contacto mediante un sensor Shack-Hartmann [4]. 3. Estudio de un telescopio refractor ecuatorial doble visual y fotográfico. Actualmente estamos analizando las características ópticas de un telescopio ecuatorial refractor con dos objetivos, visual y fotográfico, [5] ambos con una abertura de 220 mm, fabricado en 1896 por la firma francesa Mailhat. El telescopio fue adquirido por el industrial y mecenas catalán Rafael Patxot i Jubert (1872-1964), siendo oficialmente cedido a la Facultad de Ciencias de la Universidad de Barcelona en el año 1923.

En una primera aproximación los objetivos visual y fotográfico, ambos dobletes acromáticos, han sido cuidadosamente desmontados y se han medido sus radios de curvatura. También se han obtenido las medidas de las distancias focales por métodos experimentales. A partir de todos estos datos se han deducido los índices de refracción. Las focales obtenidas han sido de 3,05 m para el objetivo visual y 2,61 para el fotográfico.

En la siguiente fase de estudio se está afinando la medida de las focales mediante análisis del frente de onda de la zona central (limitando la abertura por razones técnicas) mediante un analizador Shack-Hartmann y también se está mejorando el cálculo de la dispersión de los vidrios, operando con tres LED’s cuyas longitudes de onda dominante son 621 nm para el rojo, 525 nm para el verde y 470 nm para el azul. Referencias [1] S. Vallmitjana, Instrumentos científicos. Catálogo de la Facultad de Física de la Universidad de Barcelona. Publicacions i edicions Universitat de Barcelona (2011). http://www.publicacions.ub.edu/refs/indices/07519.pdf [2] S. Vallmitjana, “Correlation between instrument collection and archive sources of the Faculty of Physics of the University of Barcelona “ XI UMAC Annual Meeting (2011), http://edoc.hu-berlin.de/umacj/2012/vallmitjana-23/PDF/vallmitjana.pdf [3] S. Vallmitjana, C. Clemente, F. Pérez-Blanco. “Recuperació i estudi d’una màquina d’Atwood de la Facultat de Física de la Universitat de Barcelona”. Actes d’Història de la Ciència i de la Tècnica, 3, 2, 197-211, (2010). [4 ] S.Vallmitjana, C. Ferran and S. Bosch “Non-contact technique for testing antique optical instruments based on wavefront sensing”, ,J. Mod. Opt. 1269-127, (2011). http://www.ub.edu/waveng/tiki-view_tracker_item.php?itemId=94 [5] S. Vallmitjana, J.Núñez, A. Marzoa. “La ullera astronòmica de Rafael Patxot i Jubert”, XIII Trobada d’Història de la Ciència i de la Tècnica, S. Feliu de Guixols, (2014) Agradecimientos: Este trabajo ha sido parcialmente financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad, proyecto S2012-38244.

Medida de goniofluorescencia en materiales fotoluminiscentes

B. Bernad1, A. Ferrero1, J. L. Velázquez1, A. Pons1, M.L. Hernanz1, E. Chorro2, E. Perales2, F.M. Martínez-Verdú2, E. Borreguero1 y J. Campos1

1Instituto de Óptica, Agencia Estatal Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Madrid, Spain

2Dpto de Óptica, Farmacología y Anatomía, Facultad de Ciencias, Universidad de Alicante, Alicante, Spain

Resumen: Se ha medido la función de distribución de la luminiscencia bidireccional (BLDF) para seis patrones de fluorescencia bajo diferentes geometrías de observación y detección. Estas medidas se realizaron con el gonioespectrofotómetro GEFE, usando iluminación monocromática y un espectrorradiómetro como detector. Se encontró que, en general, la forma en que variaba la fluorescencia era la misma para todo patrón y dirección de irradiación: variación simétrica con el ángulo de detección (θd) respecto a θd=0º.

La fluorescencia es un fenómeno que ocurre en numerosos materiales. Estos materiales absorben luz de una

determinada longitud de onda, y la reemiten en otra de mayor longitud (y, por tanto, menor energía) transcurrido un tiempo del orden de 10-8 segundos. De este modo, su apariencia de color depende del efecto combinado de la radiación óptica reflejada y de la radiación óptica de fluorescencia. El objetivo de este trabajo es la medida de la fluorescencia en función de las direcciones de irradiación y detección, lo que puede ser denominado como “goniofluorescencia”. Se ha medido la función de distribución de la luminiscencia bidireccional (BLDF) para seis patrones de fluorescencia de Spectralon a diferentes geometrías de observación y detección. Estas medidas se han realizado con el gonioespectrofotómetro GEFE, un dispositivo desarrollado en el IO-CSIC para la medida de la función de distribución del scattering bidireccional (BSDF) a cualquier geometría. Para el caso concreto de las medidas mostradas, se utilizó iluminación monocromática y un espectrorradiómetro como detector, permitiendo una evaluación de la BLDF en función de las longitudes de onda de excitación y emisión1. Se seleccionaron, para cada muestra, tres longitudes de onda de excitación para la medida completa de goniofluorescencia, a partir de una evaluación previa de la función de radiancia biespectral a una geometría fija de 0º de irradiación y 45º de detección (Matriz de Donaldson). La medida de la BLDF fue tomada en las geometrías resultantes de la combinación de las siguientes direcciones de irradiación (subíndice “i”) y detección (subíndice “d”): ángulo polar: θi = 0º, 8º, 15º, 30º, 45º, 60º; θd = 0º - 80º (en pasos de 5º); ángulo azimutal: φi = 0º; φd = 0º, 180º. Para determinar el factor de calibración del sistema se usó un patrón de factor de reflectancia 0º:45º, determinándose una incertidumbre típica de 0.5%. Al representar el pico de la fluorescencia para cada muestra en función de la geometría, encontramos un comportamiento general. Para las tres longitudes de onda de excitación, la forma en que variaba la fluorescencia era la misma para todo patrón y toda dirección de irradiación: una variación simétrica con el ángulo de detección (θd) respecto a θd=0º. Esta dependencia puede ser explicada ajustando a un modelo simple que asume que la fluorescencia depende de la distancia que la luz recorre dentro del material antes de volver al aire. Sin embargo, se necesita integrar en el modelo de dependencia con la dirección de irradiación, siendo esta parte de la línea de trabajo futuro. La Fig. 1 representa el valor de la BLDF para una misma muestra a las geometrías de medida correspondientes a un alto ángulo de iluminación, y a una longitud de excitación de 380 nm. Cada gráfica contiene este valor para un θi dado, como una función de θd.

Figura 1.- Distribución de la BLDF a la longitud de onda de máxima fluorescencia de una muestra representativa.

Referencia [1] Bernad, B., Ferrero, A., Pons, A., Hernanz, M. L., Campos, J., “Upgrade of goniospectrophtometer GEFE for near-field scattering and fluorescence radiance measurements” Proc. SPIE 9398, Measuring, Modeling, and Reproducing Material Appearance 2015, 93980E (March 13, 2015); doi:10.1117/12.2077084.

-100 -50 0 50 1003.5

4

4.5

5

5.5

6

6.5

7x 10-3

θ d

BRDF

(sr-1

)

θ i= 0 o

-100 -50 0 50 1003.5

4

4.5

5

5.5

6

6.5

7x 10-3

θ d

BRDF

(sr-1

)

θ i= 8 o

-100 -50 0 50 1003.5

4

4.5

5

5.5

6

6.5

7x 10-3

θ d

BRDF

(sr-1

)

θ i= 15 o

-100 -50 0 50 1003.5

4

4.5

5

5.5

6

6.5

7x 10-3

θ d

BRDF

(sr-1

)

θ i= 30 o

-100 -50 0 50 1003.5

4

4.5

5

5.5

6x 10-3

θ d

BRDF

(sr-1

)

θ i= 45 o

-100 -50 0 50 1003.5

4

4.5

5

5.5

6x 10-3

θ d

BRDF

(sr-1

)

θ i= 60 o

Proyecto DIAGNOPTICS: Diagnóstico del cáncer de piel utilizando óptica

Xana Delpueyo1, Miguel Ares1, Meritxell Vilaseca1, Santiago Royo1, Ferran Sanabria1, Jorge Herrera1, 2, Francisco J. Burgos1, Jaume Pujol1, Susana Puig3, Giovanni Pellacani4, Jorge

Vázquez5, Giuseppe Solomita6, Thierry Bosch7

1Centro de Desarrollo de Sensores, Instrumentación y Sistemas (CD6), Universitat Politècnica de Catalunya

(UPC) – Rambla Sant Nebridi 10, 08222 Terrassa (España) 2Instituto Tecnológico Metropolitano (ITM) – Calle 54ª #1-30, Medellín (Colombia)

3Hospital Clínic i Provincial de Barcelona, Barcelona (España) – Calle Villarroel 170, 08036 Barcelona (España)

4Università di Modena e Reggio Emilia – Via Università 4, 411000 Modena (Italia) 5Carril Instruments, S.L. – Calle Congost 28, 08024 Barcelona (España)

6Mavig GmbH – Stahlbruberring 5, 81829 Munich (Alemania) 7Institut National Polytechnique de Toulouse (INPT) – Allèé Emile Monso 6, 31400 Toulouse (Francia)

Resumen: Actualmente, la detección del cáncer de piel se realiza de forma visual con ayuda del dermatoscopio. En caso de que la lesión sea considerada sospechosa, es necesario realizar una histología para confirmar su diagnóstico. El objetivo del proyecto DIAGNOPTICS es construir una plataforma multimodal que integre tecnología de imagen hiperespectral, 3D, interferometría láser auto-realimentada y microscopia confocal para el análisis in-vivo de la lesión. Este proyecto ha de permitir mejorar las herramientas actuales de diagnóstico.

El cáncer de piel representa uno de cada tres casos de cáncer en todo el mundo y su incidencia está creciendo rápidamente. El melanoma, es el cáncer de piel más agresivo y tiene la mortalidad más alta [1]. Actualmente, la detección del cáncer de piel se realiza a simple vista con la ayuda del dermatoscopio, pero debido a la falta de precisión de la técnica se están realizando una gran cantidad de procedimientos quirúrgicos innecesarios [2].

Por todas las razones expuestas, en este proyecto se propone el desarrollo de una nueva plataforma multimodal que incluye varias tecnologías. Este trabajo se enmarca en el proyecto europeo DIAGNOPTICS “Diagnosis of skin cancer using optics” (ICT PSP seventh call for proposals 2013, 2014-2016).

En concreto, el CD6 se encarga por una parte del desarrollo del cabezal con tecnología hiperespectral. Este consiste en un equipo de mano ergonómico que permite obtener imágenes de reflectancia y de diferencias del color tanto de la piel como de la lesión. Por otro lado también ha desarrollado un sistema 3D, basado en la técnica de proyección de franjas que permite obtener la topografía tridimensional de la superficie escaneada de las lesiones (Figura 1 – Izquierda).

La plataforma multimodal también incluye la tecnología de interferometría láser auto-realimentada para obtener información de perfiles de flujo de fluidos, concretamente del corriente sanguíneo de las lesiones de la piel. Además la microscopía confocal permite caracterizar a nivel celular la lesión (Figura 1 – Derecha).

Figura 1.- Sistema de imagen hiperespectral, sistema de imagen 3D, sistema interferometría láser auto-

realimentada y sistema confocal, respectivamente. El sistema presentado en este trabajo ha de permitir mejorar de forma notable el diagnóstico de las lesiones

cancerígenas de la piel, permitiendo un diagnóstico rápido y no invasivo. Actualmente se están realizando medidas clínicas reales que permitirán desarrollar algoritmos de diagnóstico precisos para las diferentes tecnologías. Referencias [1] Kuzmina, I., Diebele, I., Jakovels, D., Spigulis, J., Valeine, L., Kapostinsh, J., Berzina A. “Towards noncontact skin melanoma selection by multispectral imaging analysis”. Biomedical Optics Express 16(6), 060502 (2011). [2] Braun, R.P., Rabinovitz, H.S, Oliviero, M., Kopf, A.W., Saurat, J.H. “Dermoscopy of pigmented skin lesions”. Journal of the Amerian Academy of Dermatology”. Journal of the American Academy of Dermatology 77(2), 104 (2005).

Características fotométricas fundamentales de fuentes de estado sólido orgánicas (OLEDs)

Velázquez, J. L., Ferrero A., Pons A., Campos J., Hernanz M. L., Bernad B., Borreguero E.

Departamento de Imágenes, Visión e Instrumentación Óptica, Instituto de Óptica, CSIC, C. /Serrano, 121 c. p. 28006, Madrid, España.

Resumen: La importancia futura que van a tener estas fuentes de emisión de estado sólido orgánicas, OLEDs, en dispositivos electrónicos como móviles, pantallas, etc. obliga a determinar sus propiedades fotométricas para obtener un rendimiento luminoso óptimo. Por este motivo en este trabajo se mostrará, además del espectro obtenido en diferentes OLEDs, como es la distribución angular de luminancia y otras propiedades fotométricas que definen estas fuentes de emisión.

En esta comunicación se presentarán las medidas realizadas para un conjunto de OLEDs desarrollados por tres fabricantes diferentes: LG, Osram y Philips. Las fuentes presentan diferentes tamaños y formas: octaedros, rectángulos y cuadrados, y diversos tipos de superficie emisora de la luz: especular o mate.

Los OLEDs utilizados se miden en un goniofotómetro desarrollado en el Instituto de Óptica “Daza de Valdés” del CSIC. Este instrumento permite medir la iluminancia en cualquier dirección del espacio, determinada por un ángulo polar (T) y un ángulo azimutal (M), así como la irradiancia espectral relativa. Los datos obtenidos de las medidas son procesados y analizados para desarrollar un modelo genérico que permita reconstruir cómo es la distribución angular de la luminancia en cualquier dirección del espacio. A partir de este modelo se desarrollan métodos que permiten obtener valores de las magnitudes fotométricas relevantes para caracterizar este tipo de fuentes y de su distribución espacial y angular. En la figura 1 se muestra los espectros obtenidos para tres OLEDs blancos cálidos de tres fabricantes.

Figura 1.- Distribución espectral de emisión de 3 OLEDs de diferentes fabricantes.

Referencias [1] J. L. Velázquez, A. Ferrero, M. López, A. Pons, A. Villamarín, J. Campos and A. Sperling, “Angular distribution of the averaged luminous intensity of low power LEDs transfer standards”, 8th Iberoamerican Optics Meeting and 11th Latin American Meeting on Optics, Lasers, and Applications, edited by Manuel Filipe P. C. Martins Costa, Proc. of SPIE, 8785, 87858, (2013).

Optically and mechanical properties of spherical nano-sized transducers

Rafael Fuentes Dominguez1, Richard J Smith1, Fernando Perez Cota1, Leonel Marques1,Xuesheng Chan2, Ovidio Peña-Rodriguez3 and Matt Clark1

1Electrical Systems and Optics Research Division, University of Nottingham, University Park, Nottingham, NG72RD, UK.

2Manufacturing and Process Technologies Research Division, University of Nottingham, University Park,Nottingham, NG7 2RD, UK.

3Institute of Nuclear Fusion, ETSII, Universidad Politécnica de Madrid, C/ José Gutiérrez Abascal, 2, 28006Madrid, Spain.

Summary: We describe the theoretical and experimental results in the development of nanoparticle acoustic transducers.

In order to work at higher ultrasonic frequencies, for instance to increase the resolution, it is necessary tofabricate smaller transducers. There are a number of different fabrication approaches that could be adopted formaking nano sized devices. Previously, a planar transducer was developed [1] operating at 11GHz but makingthe lateral dimensions of the transducers smaller than one micron is challenging. Nano particle transducers havesome attractions: their small size, they can be made in large quantities and for metal particles, can exploitplasmonics to enhance the detection sensitivity.

Results describing the optical and mechanical models, fabrication and experiments of nano particlestransducers devices will be presented. The optical model, based on Mie Scattering [2] (Figure 1), allows us tochoose a suitable size of particles to have good sensitivity at our probe wavelength. The mechanical models(both analytical [3] and FEM) describe the expected breathing mode frequency of the spherical particles indifferent mediums.

The fabrication process of nanoparticles will be discussed, showing the resultant particles characterized byTEM. The experimental results for transducers obtained from a pump-probe laser ultrasound system will bepresented.

Figure 1.- Optical sensitivity of a polystyrene-gold nano particle vibrating in air

References[1] R. Smith, F. Perez Cota, L. Marques, X. Chen, A. Arca, K. Webb, J. Aylott, M. Somekh and M. Clark, “Optically excitednanoscale ultrasonic transducers”, JASA, Vol. 137, no. 1, pp. 214-227, Jan 2015.[2] O. Peña and U. Pal, “Scattering of electromagnetic radiation by a multilayered sphere”, Computer PhysicsCommunications, vol. 180, no. 11, pp. 2348–2354, Nov. 2009.[3] C. Voisin, D. Christofilos, N. Del Fatti, and F. Vallée, “Environment effect on the acoustic vibration of metalnanoparticles”, Physica B: Condensed Matter, vol. 316–317, pp. 89–94, May 2002..

Sesión Paralela Mixta (póster)

Evolución del color y la composición antociánica de vinos de crianza durante la etapa de envejecimiento en botella. Efecto de distintas

concentraciones de oxígeno.

José Federico Echávarria, José Miguel Avizcuribc, María Pilar Sáenz-Navajasc, Vicente Ferreirac & María Purificación Fernández-Zurbanob

a Departamento de Química, Universidad de La Rioja (UR), c/ Madre de Dios 51, 26006 Logroño, La Rioja. bInstituto de las Ciencias de la Vid y el Vino (UR-CSIC-CAR), Departamento de Química, Universidad de La

Rioja, c/ Madre de Dios 51, 26006 Logroño, La Rioja cLaboratorio de análisis del aroma y enología. Departamento de Química Analítica, Universidad de Zaragoza, Instituto de Investigación e Ingeniería de Aragón (I3A), asociado con el Instituto de las Ciencias de la Vid y el

Vino (UR-CSIC-CAR), c/ Pedro Cerbuna 12, 50009 Zaragoza

Resumen: El color es uno de los principales atributos de calidad del vino, especialmente del vino tinto. Por ello, el objetivo de este trabajo ha sido evaluar la evolución del color de un grupo de vinos de crianza tras un envejecimiento acelerado de 6 meses con 5 dosis de oxígeno. La evolución del color fue similar, teniendo mayor importancia los cambios debidos a la combinación tiempo-temperatura que al ejercido por las distintas dosis de oxígeno.

El objetivo de este trabajo fue estudiar la evolución del color de 6 vinos tintos con crianza durante un

periodo de envejecimiento en botella acelerado (6 meses, 25 °C) con cinco dosis de oxígeno distintas (0, 1.1, 3.1, 10.6 y 30.4 mg L-1 día-1). El periodo de envejecimiento provocó una evolución similar en todos los vinos (Figura 1), con un aumento de los tonos amarillos, medido por la tonalidad y por la coordenada b10*, de los pigmentos poliméricos de alto peso molecular y una disminución en la concentración de los antocianos originales. Las coordenadas L10* y a10* no presentaron diferencias tras el periodo de envejecimiento, implicando que la desaparición de algunos compuestos se ve compensada con la formación de otros. En cuanto al efecto de la presencia de diferentes concentraciones de oxígeno, sólo en los vinos con menores IPTs (RB_R06 y CT_B07), se observó un efecto claro. En estos vinos, las dosis de oxígeno crecientes produjeron una acentuación de los fenómenos observados durante el envejecimiento. El efecto del oxígeno en los demás vinos resultó bastante limitado, poniendo de manifiesto que los vinos con menor IPT son los más susceptibles a experimentar procesos de oxidación [1] y resultan menos adecuados para afrontar grandes periodos de envejecimiento.

Figura 1. Plano obtenido del análisis de componentes principales (APC). Vinos subrayados: vinos iniciales, antes del envejecimiento. El resto de muestras son los mismos tras el envejecimiento con 5 dosis de oxígeno (0, 1.1, 3.1, 10.6 y 30.4

mg L-1 día-1).

[1] Gambuti, A., Rinaldi, A., Ugliano, M., & Moio, L. “Evolution of phenolic compounds and astringency during aging of red wine: effect of oxygen exposure before and after bottling”. J. Agric. Food Chem., 61, 1618 (2013). .

Influencia de los fungicidas boscalid y kresoxim-metil en el color del vino

tinto

José Federico Echávarri, Diego A. Cilla-García, María García-Pastor, Luis Vaquero-Fernández, Jesús Sanz-Asensio, María-Teresa Martínez-Soria

a Departamento de Química, Universidad de La Rioja (UR), c/ Madre de Dios 51, 26006 Logroño, La Rioja.

Resumen: En este trabajo se ha estudiado el efecto del tratamiento en campo con el producto comercial Collis®, mezcla de los fungicidas boscalid (antioidio y antibotrítico) y kresoxim-metil (antioidio), en el color de los vinos tintos de las variedades Tempranillo y Graciano durante los años 2013 y 2014. Los resultados indican que el color evoluciona de manera distinta según la variedad, potenciándose los rojos en la variedad Tempranillo y disminuyendo los violetas en Graciano.

La aparición de un nuevo producto comercial en el control de enfermedades en vid hace necesario conocer los efectos sobre las características del vino final, elaborado con uvas tratadas en campo. Collis® es el producto comercial estudiado, desarrollado por BASF y que combina dos ingredientes activos, boscalid y kresoxim-metil, y como consecuencia, dos modos de acción distintos.

El estudio se llevó a cabo durante los años 2013 y 2014 en viñedos localizados en Aldeanueva de Ebro, La Rioja, incluidos en la Denominación de Origen Calificada Rioja. La aplicación del tratamiento se realizó sobre uvas de las variedades Tempranillo y Graciano, ambas variedades de uva tinta, en la dosis y plazo indicado por la casa comercial. Así mismo, se dispone de vino testigo/control obtenido de uvas de la misma parcela pero sin el tratamiento del producto fitosanitario estudiado. En la bodega experimental de la Universidad de La Rioja se realizaron las respectivas microvinificaciones (por duplicado) en depósitos de 50L.

Para observar la influencia de estos fungicidas sobre el color de los vinos obtenidos, se calculan las Coordenadas de Color (L*, a* y b*) con el iluminante D65 y el observador CIE1964 de todas las microvinificaciones y se realizaron las medias de cada una para comparar los resultados obtenidos entre el vino utilizado de testigo y el obtenido de uvas tratadas con el nuevo producto.

El estudio muestra que existen grandes diferencias entre variedades. En la variedad Tempranillo se observa un aumento de la coordenada a*, que nos indica que se potencia el color rojo, mientras que las coordenadas b* y L* no sufren variación apreciable.

La variedad Graciano, por su parte, presenta el aumento en la coordenada b*, obteniendo, en este caso, vinos con tonalidades menos violetas (característicos de los vinos jóvenes). La coordenada L*, sufre una ligera disminución que nos indica que el vino se oscurece.

Como conclusión, indicar que la aplicación de este nuevo producto comercial Collis® modifica el color de los vinos elaborados de manera diferente según la variedad, potenciando los rojos en Tempranillo y disminuyendo la presencia de los tonos violetas en Graciano.

Caracterización colorimétrica de varios dispositivos móviles para aplicaciones relacionadas con la visión

Dolores de Fez1, M. José Luque

2, Vicente Camps

1, M. Carmen García-Domene

2,3

1Universidad de Alicante, Departamento de Óptica, Farmacología y Anatomía

2Universitat de València, Dep. d’Òptica, Optometría i Ciencies de la Visiò

3Fisabio Oftalmología Médica, Valencia

Resumen: Dado el uso común de los dispositivos móviles y la disponibilidad de las

aplicaciones diseñadas para medir el rendimiento visual con procedimientos similares a los

utilizados en la práctica clínica, hemos considerado si es razonable utilizar estos dispositivos

comparando dos smartphones (Samsung Galaxy S4, iPhone 4s) y dos tabletas (Samsung

Galaxy Tab3, iPad 4). Todos muestran buena constancia de primarios pero grandes

desviaciones de la aditividad, obteniéndose la mejor caracterización colorimétrica mediante

las 3D LUT.

Dado el uso común de los dispositivos móviles hoy en día, y la disponibilidad de las aplicaciones diseñadas

para medir el rendimiento visual con procedimientos similares a los utilizados en la práctica clínica [1-3], hemos

considerado si es razonable utilizar estos dispositivos. La falta de información sobre la caracterización

colorimétrica de los dispositivos o el espacio de color utilizado en el diseño de aplicaciones nos ha llevado a

realizar un estudio comparativo entre diferentes dispositivos y tipos de caracterizaciones. Para llevar a cabo las

caracterizaciones se ha optado por implementar un proceso independiente del sistema operativo, utilizando los

dispositivos sólo como visores de estímulo en cada una de las pantallas.

Se han evaluado las características de reproducción de color de cuatro dispositivos móviles, dos teléfonos

inteligentes (Samsung Galaxy S4, iPhone 4s) y dos tabletas (Samsung Galaxy Tab 3, iPad 4). Se han comparado los resultados de dos procedimientos de caracterización: 3D LUT y un modelo lineal

asumiendo constancia de primarios e independencia de los canales (que llamaremos perfil ICC) [4,5]. A pesar de

que existe una buena constancia de primarios, las grandes desviaciones de la aditividad exhibida por los

dispositivos y los grandes errores de reproducción hacen desaconsejable la caracterización basada en

independencia de canales. Calculamos las diferencias de color entre los valores teóricos y experimentales en el

espacio de color CIELAB con la fórmula habitual para la diferencia de color ΔELab.

En todos los casos, los resultados obtenidos a partir de la caracterización 3D LUT son más ajustados,

aunque presentan la desventaja del tiempo requerido para estas mediciones. Se ha obtenido que las pantallas tipo

Retina de los dispositivos de Apple tienen mejor comportamiento como dispositivos de reproducción del color,

sobre todo la de menor tamaño, que también dispone de mejor resolución espacial. La pantalla S4 de Samsung

muestra la mayor resolución espacial y una calidad de reproducción del color solo ligeramente peor que la

pantalla Retina.

Los dispositivos móviles estudiados en este trabajo muestran capacidades de reproducción de color que

permiten hacer mediciones relacionadas con la psicofísica visual, al menos aquellas que requieren sólo

razonables errores de reproducción de color y no alta resolución espacial.

Las aplicaciones consultadas en nuestra búsqueda bibliográfica podrían mejorarse con una caracterización

colorimétrica adecuada del dispositivo, lo que lleva a una mejor reproducción del color y por lo tanto a una

medición más fiable. Una vez que se conocen los valores triestímulo CIEXYZ derivados del proceso de

caracterización colorimétrica, el diseñador puede elegir el espacio de color que se adapta mejor a las necesidades

y objetivo de una aplicación dada.

Referencias [1] Kollbaum PS, Jansen ME, Kollbaum EJ, Bullimore MA. Validation of an iPad Test of Letter Contrast Sensitivity.

Optometry & Vision Science 2014;91:291-296.

[2] Black JM, Jacobs RJ, Phillips G, Chen L, Tan E, Tran A, Thompson B.An assessment of the iPad as a testing platform for

distance visual acuity in adults. BMJ Open 2013;3:e002730. doi:10.1136/bmjopen-2013-002730.

[3] Obradovic IV, Cappelli R, Priluck JC, Chalam KV, Grover S. Comparison of Color Vision Testing By Standard Ishihara

Color Plates Versus iPad Version. Invest Ophthalmol Vis Sci 2012;53: E-Abstract 6394.

[4] Hunt RWG. Measuring Colour. New York: John Wiley & Sons; 2011.

[5] Post DL, Calhoun CS. Further evaluation of methods for producing desired colors on CRT monitors. Color Res Appl

2000;25:90–104.

Influencia del Tamaño de Pigmento en la Distancia de Detección del Sparkle

Omar Gómez1, Esther Perales1, Elísabet Chorro1, Valentín Viqueira1, Francisco M. Martínez

Verdú1, Alejandro Ferrero2, Joaquín Campos2.

1 Grupo de Visión y Color, Departamento de Óptica, Farmacología y Anatomía, Universidad d e Alicante.

2 Instituto de Óptica, Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), Madrid. Resumen: Se diseñó un experimento psicofísico para evaluar la influencia del tamaño del pigmento de efecto en la distancia de detección del sparkle. Los resultados mostraron que a mayor tamaño de pigmento, mayor distancia de detección. Además, la correlación visual e instrumental (distancia de detección vs. grado de sparkle (SG)) sigue una relación lineal, sin embargo, no existe una relación lineal con el tamaño de pigmento: la distancia es máxima para un tamaño inferior al tamaño máximo.

El objetivo principal de este trabajo es evaluar la relación entre el tamaño de pigmento o flake, y la distancia máxima a la cual es detectable el efecto de textura sparkle (g litter, o glint) [1]. Para ello se han evaluado diferentes muestras con diversas características estructurales en una cabina de iluminación diseñada expresamente para este experimento, en la que es posible variar las condiciones de iluminación, la geometría de visualización y la distancia a la cual se visualiza la muestra.

Se seleccionaron 12 muestras que se dividen en dos conjuntos diferenciados básicamente por su croma, 6 muestras metálicas cromát icas (azu les) y 6 muestras metálicas acromát icas (grises). Ambos grupos tienen el mis mo tipo de pigmento (Silverdollar) y tamaños medios (D50) comprendidos entre 10 y 55 μm.

Participaron 5 observadores en este experimento (3 hombres y 2 mujeres), realizaron 6 evaluaciones por cada muestra, 3 repeticiones en las que el observador se iba alejando de la muestra y 3 más en las que se iban acercando a la muestra hasta detectar sparkle. Cada observador realizó 72 juicios visuales entre ambos subconjuntos de muestras, para un total de 360 juicios visuales. El método empleado para las evaluaciones visuales es el método del ajuste, que es uno de los más antiguos y bien fundamentados de la psicofísica: el sujeto debe ajustar o manipular libremente la intensidad del estímulo (sparkle) hasta que sea capaz de percib irlo o hasta dejar de percibirlo, ajustando de este modo la distancia a la cual detecta el sparkle de la muestra [2].

En los resultados obtenidos se observó una clara tendencia de que a mayor tamaño de pigmento, mayor distancia de detección del efecto sparkle. Sin embargo, esta relación no es lineal, ya que para ambos conjuntos de muestras a partir de un tamaño de partícula de 30 μm se produce una saturación. Por ejemplo, para el conjunto de muestras cromáticas, los observadores detectan a mayor distancia la muestra de 34 μm que la de 55 μm. Lo mis mo ocurre para el conjunto de muestras acromáticas (Figura 1).

Figura 1: Distancia media de detección vs tamaño de pigmento (D50).

En el futuro extenderemos este método, reforzándolo con el diseño estadístico de experimentos (DOE)

para comprender la relevancia e interacción estructural (tamaño, forma, concentración, orientación, etc.), del entorno (nivel de iluminación, geometría, rendimiento de co lor, etc.) y colorimétricas (fondo oscuro vs. claro, croma, etc.) de los factores en la distancia de detección del sparkle. Referencias [1] E. Kirchner, I. van der Lans, E. Perales, F. M. Verdu, J. Campos, A. Ferrero. “Visibility of Sparkle in Metallic Paints.” (JOSA A 2015, approved, on press). [2] M. Bass, E. W. Van Stryland, D. R. Williams, & W. L. Wolfe (Eds.), Handbook of Optics, 2nd ed., I (pp. 29.1-29.13). New York: McGraw-Hill.

Escalas para el estudio de emociones del color en muestras con textura

Ivana TOMIC1, Ana CARRASCO-SANZ2, Rafael HUERTAS2, M. Mar LAZARO2, Ana BENJUMEA2, Li-Chen OU3, Jose A. GARCIA2

1 Faculty of Technical Sciences, Graphic Engineering and Design, Novi Sad (Serbia) 2 Departmento de Óptica, Facultad de Ciencias, Universidad de Granada (España)

3 Applied Science and Technology, National University of Science and Technology (Taiwan)

Resumen: Este trabajo se enmarca en un estudio más general sobre en el que se describe y evalúa el efecto de la textura sobre las emociones de color. Específicamente, en este trabajo se muestra el resultado de la selección de las escalas más adecuadas en el caso en incluir la textura en el estudio de emociones de color, así como el estado del arte en este tópico.

Numerosos trabajos tratan de capturar y modelar el efecto del color en las emociones humanas [1-3]. En todos ellos los estímulos empleados son colores sólidos y las escalas de emoción están basadas en pares de palabras, por lo general adjetivos de significado opuesto (“pesado-ligero”, “clásico-moderno”, “limpio-sucio”, etc.). Estos adjetivos son descriptores de posibles opiniones y reacciones por parte del observador ante un cierto color sólido.

Sin embargo, cuando tratamos con los objetos de nuestro entorno, la percepción del color está conectada con la percepción de las propiedades de la superficie de los objetos, es decir su textura. Esta conexión está demostrada en distintos estudios [4-5], que afirman que el color puede ser percibido de forma diferente, y por lo tanto evocar diferentes emociones, si se combina con la textura. Teniendo en cuenta este hecho, el objetivo del presente trabajo es proporcionar las escalas de atributos que permitan caracterizar las diferentes reacciones emocionales que se pueden producir en la observación de muestras con textura.

Se ha realizado un estudio basado en la respuesta de dos grupos de observadores de distintas nacionalidades. Al primer grupo de observadores se les solicitó una la lista de alrededor de 10 adjetivos adecuados para describir las emociones y sensaciones que les evocaba una textura. Se les instruyó para pensar o mirar un objeto y definir sus emociones sin proporcionarles ejemplos o cualquier otro tipo de explicación adicional. El segundo grupo realizó la misma tarea, pero centrándose sólo en las sensaciones visuales y descartando cualquier información táctil. Los adjetivos obtenidos fueron traducidos al inglés. En la Figura 1 se presentan los histogramas con los resultados de los dos grupos.

Figura 1.-!Los adjetivos proporcionados con más frecuencia en las respuestas (a) del primer grupo de observadores, (b) del

segundo grupo de observadores. Los adjetivos finalmente seleccionados para las escalas han sido divididos en 3 grupos de acuerdo con los

factores de potencia primarios basados en [2] y [6]: “like-dislike” y “natural-unnatural” representan el factor de evaluación, “soft-hard”, “smooth-rough”, “strong-weak” y “heavy-light” de potencia, mientras que “warm-cold” puede considerarse como factor de actividad.

Referencias [1] Gao, X.-P. and J.H. Xin. 2006. “Investigation of human’s emotional responses on colors”. Color Research & Application 31 (5): 411(2006). [2] Ou, L.C., M.R. Luo, A.Woodcock, and A. Wright. “A study of color emotion and color preference”. Part I: Color emotions for single colors. Color Research & Application 29 (3): 232 (2004). [3] Ou, L.C., M.R. Luo, P.L. Sun, N.C. Hu, H.S. Chen, S.S. Guan, A. Woodcock, J.L. Caivano, R. Huertas, A. Treméau, M. Billger, H. Izadan, K. Richter “A cross-cultural comparison of colour emotion for two-colour combinations”. Color Research & Application 37 (1), 23 (2012). [4] Zhang, X. and B. A. Wandell. “A spatial extension of CIELAB for digital color image reproduction.” In Proceedings of the Society of Information Display Symposium. San Jose, USA. 731 (1996). [5] Lucassen, M.P., T. Gevers, and A. Gijsenij. “Texture affects color emotion”. Color Research & Application 36 (6): 426 (2011). [6] Ou, L.C., M.R. Luo, A.Woodcock, and A. Wright. “A study of color emotion and color preference”. Part II: Color emotions for two- colors combinations. Color Research & Application 29 (4): 292 (2004).

Comparación de las propiedades fotométricas y colorimétricas de diferentes cabinas de iluminación

Esther Perales, Elísabet Chorro, Valentín Viqueira y Francisco Martínez-Verdú Grupo de Color y Visión, Departamento de Óptica, Farmacología y Anatomía, Universidad de Alicante

Resumen: Se realizó un análisis fotométrico y colorimétrico de las luminarias de tres cabinas

de iluminación para comparación de colores. A nivel fotométrico, la cabina Byko tiene un

campo de iluminación no homogéneo, aunque los niveles de iluminación son correctos. El

análisis colorimétrico muestra que la cabina Byko no tiene instalada una lámpara fluorescente

buena simuladora de D65. Por el contrario, la cabina Verivide y de LEDs reproducen el D65,

con un rendimiento en color alto..

Las cabinas elegidas fueron: Byko-spectra effect® (1), Verivide CAC-150 (2) y Just Normlicht LED (3).

Todas presentan simuladores luz de día pero con diferentes características. La cabina (1) está constituida por un

fluorescente con iluminación direccional a 45ºbre la muestra, la cabina (2) es de iluminación difusa convencional

con fuentes de luz fluorescentes. Y cabina (3) es una cabina de iluminación difusautilizando para ello LEDs

blancos modulados con LEDs monocromáticos.

Para el análisis fotométrico [1,2], se utilizó el fotómetro Gossen Mavolux 5032 y se evaluó la

homogeneidad del campo de iluminación sobre el plano de observación (Figura 1). Puede observarse, que para la

cabina (1) el campo de iluminación no es uniforme, por tanto, este hecho limita el tamaño de las muestras, y la

zona óptima para realizar comparaciones visuales correctas.

Figura 1. Representación 3D del nivel de iluminación del plano de observación con el simulador D65:

izquierda: cabina Byko- spectra effect; centro: cabina Verivide CAC-150 y derecha: cabina Just Normlicht LED.

Para conocer el tamaño máximo de las muestras para asegurar una iluminación uniforme, se calculó la

variabilidad del nivel de iluminación en función del área iluminada. Para obtener una variabilidad inferior al

10%, el tamaño de la muestra en la cabina (1) debería ser de 30 cm de ancho. Sin embargo, las otras dos cabinas

tienen una menor variabilidad, incluso midiendo muestras más grandes.

Para el análisis colorimétrico, se usó el tele-espectroradiómetro PR-650, situado en la misma posición en

la que se situaría un observador y se midió un blanco de referencia (BaSO4) con el fin de medir la distribución

espectral de la fuente de luz de cada cabina. Se puede comprobar en la Tabla 1, que la cabina (1) no es un buen

simulador del D65, las coordenadas cromáticas (xy) y la temperatura de color (Tc) son más próximas al D50.

Tanto la cabina (2) y (3), tienen mejores prestaciones en cuanto a xy, Tc, y rendimiento en color (Ra y Rb).

Tabla 1. Datos colorimétricos (coordenadas cromáticas, temperatura de color y rendimiento en color). CIE-1931 x y TC (K) Ra Rb

BSE 45as45 0.3506 0.3769 4896 86.24 79.07

Verivide D65 sim. 0.3127 0.3383 6439 95.29 94.11

Normlicht LED D65 sim 0.3288 0.336 5960 95.88 95.21

Referencias [1] D. DiLaura, K. Houser, R. Mistrick, G. Steffy, The IESNA Lighting Handbook, 10th edition (Illuminating Engineering

Society, New York) 2011.

[2] F.M. Martínez-Verdú, et.al “Comparison of colorimetric features of some current lighting booths for obtaining a right

visual and instrumental correlation for gonio-apparent coatings and plastics”, CIE 2012 Lighting Quality and Energy

Efficiency, 2012.

Evaluación de la fórmula de diferencia de color AUDI2000: análisis del croma

Esther Perales1, Elísabet Chorro

1, Omar Gómez

1, Valentín Viqueira

1, Francisco M. Martínez-

Verdú1, Luis Gómez-Robledo

2, Manuel Melgosa

2 y Thomas Dauser

3

1Grupo de Color y Visión, Departamento de Óptica, Farmacología y Anatomía, Universidad de Alicante

2Departamento de Óptica, Universidad de Granada, 18071 Granada

3AUDI AG, I/PG-C41, 85045 Ingolstadt, Germany

Resumen: Se ha realizado una evaluación de la fórmula de diferencia de color AUDI2000,

utilizando pares de muestras cromáticas, con el objetivo de completar un estudio previo

realizado con muestras acromáticas. 10 observadores realizaron evaluaciones visuales con la

escala de grises. Los resultados muestran que AUDI2000 tiene un valor de STRESS similar a

otras fórmulas estudiadas. Además, se realizó una optimización para minimizar el STRESS

modificando los parámetros de la función de ponderación asociada al croma.

En la actualidad, la industria del automóvil ha desarrollado sus propias fórmulas de diferencia de color para

materiales de pinturas goniocromáticas. Concretamente, AUDI ha propuesto una fórmula de diferencia del color

llamada AUDI2000 [1]. El objetivo de este trabajo fue evaluar el rendimiento de dicha fórmula.

Las medidas de color se realizaron con el espectrofotómetro multiángulo BYK-mac en 6 configuraciones

de medida diferentes. Se seleccionaron 30 parejas que cumplieran los siguientes criterios para la geometría

45as45: ΔECIELAB < 5; ΔL*×ΔH* < 1; ΔC*> 1.6 × (ΔL*×ΔH*). Para la evaluación de las diferencias de color de

las parejas de muestras se siguió el método de la “escala de grises” [2] y se evaluaron en la cabina de

iluminación “Byko-spectra effect” en las 6 geometrías de medida, realizándose 3 repeticiones.

Se analizó el comportamiento de AUDI2000 y se comparó con otras fórmulas recomendadas por la CIE

mediante el parámetro estadístico STRESS [2]. Se calculó la variabilidad del observador. La variabilidad intra-

observador promedio obtenido fue de 24,57 unidades STRESS y la variabilidad inter-observador promedio fue

de 25,74 unidades STRESS. Además, se diseñó una rutina de optimización en el programa Matlab para mejorar

la fórmula basándonos en las mismas ecuaciones que definen esta fórmula. Por tanto, se modificaron los valores

f de los parámetros de ajuste (sCi), sólo centrándonos en el término de croma.

Como se observa en la figura 1, la fórmula AUDI2000 es la que obtiene el menor valor de STRESS,

seguida muy de cerca de la fórmula CIEDE2000. Es sorprendente que la fórmula de diferencia de color CIE94

proporcione peores resultados que la fórmula de diferencia de color CIELAB, ya que es la fórmula más básica y

sencilla. Sin embargo, no hay diferencias estadísticamente significativas entre las fórmulas estudiadas.

Figura 1. Valores de STRESS obtenidos en el experimento de las diferentes fórmulas de diferencia de color empleadas.

En la Tabla 1 se muestran los valores de los coeficientes de ajuste de la fórmula original y los obtenidos

tras la optimización. Todos los nuevos parámetros han cambiado significativamente. Llama la atención los

valores obtenidos para los coeficientes b1, b3 y b5. Sería necesario un estudio complementario para analizar estos

resultados.

Tabla 1. Valores iniciales y optimizados de f de la fórmula de diferencia de color AUDI2000.

b1 b2 b3 b4 b5 b6

1.478 1 0.014 0.27 1.2 0.5

-1.404 1.5 -0.004 0.35 3.7 0.2

Referencias [1] Dauser, T. (10 de March de 2012). Audi Color Tolerance Formulas (Private communication).

[2] Melgosa, M, Martínez-García J., Gómez-Robledo L., Perales E., Martínez-Verdú FM., Dauser T., Measuring color

differences in automotive samples with lightness flop: a test of the AUDI2000 color-difference formula. Opt. Express 10;

22(3):3458-67. 2014

Color estructural en metasuperficies

C.J. Zapata-Rodríguez1, M. Naserpour1, J.J. Miret2, P. Rodríguez-Cantó3,4 G. Muñoz-Matutano3 J.P. Martínez-Pastor3, R. Abargues3,4, M. Kaiser5 y Christoph Hohle5

1Departament d’Òptica i Optometria i Ciències de la Visió, Universitat de València, c/ Dr. Moliner 50, 46100 Burjassot

2Departamento de Óptica, Farmacología y Anatomía, Universidad de Alicante, P.O. Box 99, Alicante 3UMDO, Instituto de Ciencias de los Materiales, Universidad de Valencia, PO Box 22085,

46071 Valencia, Spain 4Intenanomat S.L., C/ Catedrático José Beltrán 2, 46980 Paterna, Spain

5Fraunhofer Institute for Photonic Microsystems (Fraunhofer IPMS), Business Unit Center Nanoelectronic Technologies (CNT), Königsbrücker Straße 180, D-01099 Dresden, Germany

Resumen: Presentamos un análisis teórico y evidencias experimentales de metasuperficies para impresión a color basadas en nano-resonadores metálicos. Bajo observación microscópica, los pixeles creados presentan colores individualizados y miniaturizados en el límite de la difracción. Identificamos diferentes estrategias que ofrecen gran flexibilidad tanto en transmisión como en epi-iluminación (reflexión) con fuente de luz blanca. Finalmente proponemos diversas aplicaciones de estos elementos litográficos de nanoimpresión.

Las nanoestructuras plasmónicas muestran una capacidad extraordinaria para el control del espectro de absorción y dispersión mediante una simple modificación del tamaño y la forma de nano-resonadores elementales, dado que ambos factores gobiernan la frecuencia de resonancia del plasmón. Este hecho ha motivado el desarrollo reciente de metasurfaces para su uso en formación de imágenes de color en reflexión [1], [2] y especialmente en transmisión [3-9]. La novedad reside en la posibilidad de utilizar celdas unidad de tamaño nanométrico y así potencialmente superar el límite de la difracción.

No obstante, todas estas técnicas para la impresión en color muestran limitaciones sustanciales en la práctica debido a diferentes factores. Por ejemplo, algunas configuraciones dependen preponderantemente en la periodicidad de la estructura [3-7,9] poniendo límites al tamaño mínimo de un solo píxel, además de presentar una notable iridiscencia. En otros casos, existe una dependencia crítica con la polarización [3,9]. Y lo más importante, la mayoría de estas técnicas no son fáciles de transferir a procesos de producción a gran escala, como la litografía por nanoimpresión.

En este trabajo desarrollamos una técnica que permite la juxtaposición de píxeles con diferentes colores, con una resolución espacial que se acerca el límite de difracción. Cada píxel se compone de un grupo de cuatro discos de tamaño nanométrico que se extiende sobre un recubrimiento metálico. Simplemente modificando el tamaño del disco y la distancia entre pares adyacentes, reproducimos una multiplicidad de colores que se pueden observar en un microscopio óptico, como confirman varias evidencias experimentales. También discutimos algunas propuestas novedosas que pueden ser utilizadas en transmisión.

Referencias [1] K. Kumar, H. Duan, R.S. Hegde, S.C.W. Koh, J.N. Wei y J.K.W Yang, “Printing colour at the optical diffraction limit”, Nat. Nanotechnol. 7, 557 (2012). [2] J. Zhang, J.Y. Ou, K.F. MacDonald y N.I. Zheludev, “Optical response of plasmonic relief meta-surfaces”, J. Opt. 14, 114002 (2012). [3] T. Xu, W. Yi-Kuei, L. Xiangang y L.J. Guo, “Plasmonic nanoresonators for high-resolution colour filtering and spectral imaging”, Nat. Commun. 1, 59 (2010). [4] Q. Chen y D.R. Cumming ”High transmission and low color cross-talk plasmonic color filters using triangular-lattice hole arrays in aluminum films”, Opt. Express 18, 14056 (2010). [5] A.F. Kaplan, T. Xu y L.J. Guo, “High efficiency resonance-based spectrum filters with tunable transmission bandwidth fabricated using nanoimprint lithography”, Appl. Phys. Lett. 99, 143111 (2011). [6] Q. Chen, D. Chitnis, K. Walls, T.D. Drysdale, S. Collins y D.R. Cumming, “CMOS photodetectors integrated with plasmonic color filters”, IEEE Photonics Technol. Lett. 24, 197 (2012). [7] S. Yokogawa, S.P. Burgos y H.A. Atwater, “Plasmonic color filters for CMOS image sensor applications”, Nano Lett. 12, 4349 (2012). [8] F. Ye, M.J. Burns y M.J. Naughton, “Plasmonic halos-optical surface plasmon drumhead modes”, Nano Lett. 13, 519 (2012). [9] B. Zeng, Y. Gao y F.J. Bartoli, “Ultrathin nanostructured metals for highly transmissive plasmonic subtractive color filters”, Sci. Rep. 3, 2840 (2013).

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Actividades divulgativas para el Año Internacional de la Luz de USC-OSA y USC-EPS

Ana Gargallo, Ana Gómez, Ferran Cambronero, Tamara Delgado, María Aymerich, Ángel

Luis Aragón, Ángel García-Sánchez y María T. Flores-Arias Departamento de Física Aplicada, Universidade de Santiago de Compostela, Facultade de Óptica e Optometría

(Campus Vida), 15782 Santiago de Compostela (Spain)

Resumen: Desde marzo de 2013, cuando fundamos el grupo de divulgación USC-OSA Student Chapter, hemos organizado numerosas actividades de divulgación para acercar la Óptica y la Fotónica tanto a la comunidad universitaria como al público en general. Este año 2015, con motivo de la celebración del Año Internacional de la Luz y las Tecnologías basadas en la Luz, hemos diseñado nuevos experimentos y eventos que detallaremos en este trabajo.

Las principales sociedades científicas internacionales de Óptica y Fotónica promueven la formación de grupos de estudiantes en universidades de todo el mundo con el objetivo de involucrarlos en la tarea de difundir entre la población la importancia de la Óptica y la Fotónica. Desde marzo de 2013, en la Universidad de Santiago de Compostela (USC) hemos fundado los grupos USC-OSA Student Chapter y USC-EPS Young Minds Section con el apoyo de la Optical Society of America (OSA) y la European Physical Society (EPS) respectivamente [1, 2]. Este año 2015, con motivo la celebración del Año Internacional de Luz, los miembros de USC-OSA y USC-EPS, en colaboración con otros grupos y sociedades, hemos planeado nuevas actividades para concienciar a la sociedad de la importancia de la luz en nuestras vidas.

Una de nuestras principales actividades son las Jornadas de la Luz en los colegios, que consisten en la rotación de grupos de 8-10 alumnos por cuatro talleres, organizados de la siguiente manera:

1. INTERACCIÓN LUZ-MATERIA: los experimentos incluyen el uso del láser para mostrar que la luz es energía y que los materiales la pueden absorber, transmitir o reflejar (absorción de luz con ositos de gominola, fluorescencia (rotuladores, espinacas), pistola láser que explota globos, etc.

2. LUZ Y VISIÓN: mediante el uso de lentes y los principios de la óptica geométrica explicamos la formación de imágenes en el ojo humano. La disección de ojos de vaca ayuda a los niños a conocer la anatomía del ojo. Además les mostramos ilusiones visuales diferentes y por qué se producen.

3. PROPAGACIÓN DE LA LUZ: incluye demostraciones que ponen de manifiesto la refracción y reflexión de la luz. Por ejemplo, formamos una imagen real con espejos cóncavos [3] y explicamos el funcionamiento de la fibra óptica con el guiado de luz con agua [4].

4. POLARIZACIÓN: hemos diseñado un experimento para mostrar como la polarización es una propiedad muy útil en numerosas aplicaciones que van desde la visión 3D de películas como para el diseño de pantallas de móviles y ordenadores, entre otras.

Además somos organizadores junto con otros 5 grupos de estudiantes de la península ibérica del IONS Valencia 2015 que se celebrará del 24 al 26 de septiembre en Valencia, España. Por otro lado, tenemos planeada una actividad llamada Conoce la Luz en septiembre, que consiste en una serie actividades destinadas a mostrar a la población general que la luz juega un papel fundamental en nuestras vidas. En este evento colaboran diversas sociedades científicas y grupos de investigación. Montaremos stands con talleres como los descritos arriba, incluyendo otros como el lightpainting (técnica fotográfica que consiste en pintar con luz) [5]. También se realizarán charlas divulgativas de interés general relacionadas con la luz (contaminación lumínica, observación astronómica, fotografía, óptica y visión…) y visitas a los laboratorios de Óptica de la USC. Referencias [1] Ana I. Gómez-Varela, Ana Gargallo Fernández, Héctor González Núñez, Tamara Delgado, Citlalli Almaguer, Maite Flores “The USC-OSA Student Chapter: goals and benefits for the optics community” Proc. SPIE 9289, 12th Education and Training in Optics and Photonics Conference, 92892T 17 (2014) [2] Ana Gargallo Fernández, Ana I. Gómez-Varela, Héctor González-Núñez, Citlalli Almaguer, Ferran Cambronero, Ángel Sánchez García, Maite Flores, Tamara Delgado “Optics activity for hospitalized children” Proc. SPIE 9286, Second International Conference on Applications of Optics and Photonics, 928628(2014) [3] Sieradzan A “Teaching geometrical optics with the ''optic mirage'', Phys. Teach. 28, 534 (1990) [4] Testa G, Huang Y, Zeni L; Sarro P M and Bernini R “Optofluidics: waveguides and devices” Proc. SPIE 8264, Integrated Optics: Devices, Materials, and Technologies XVI, 826415 (2012) [5] Ana Gargallo, Ana I. Gómez-Varela, Héctor González-Núñez, Tamara Delgado, Citlalli Almaguer, Ferran Cambronero, Ángel García-Sánchez, David Pallarés, María Aymerich, Ángel L. Aragón and Maria T. Flores-Arias “Spreading Optics in the primary school” J. Phys.: Conf. Ser. (Aceptado)

ROS, Python y OpenCV como herramientas de enseñanza en asignaturas de visión computacional

J.M. Herrera-Fernandez, J. L. Tercero y E. Bernabeu Grupo Complutense de Óptica Aplicada, Departamento de Óptica, Facultad de CC. Físicas, Universidad

Complutense de Madrid, Plaza de las Ciencias 1, 28040 Madrid

Resumen: Se presenta una experiencia docente en la cual se fomenta el interés del alumno por

la visión computacional y los sensores basados en tecnologías ópticas. Para tal fin se utilizan

herramientas muy extendidas en el mundo de la robótica y la programación desconocidas en su

gran mayoría para el alumnado.

ROS del inglés Robot Operative System se puede considerar como un conjunto de herramientas, librerías que

simplifican la inmersión del usuario en el mundo de la robótica [1]. Una de las principales ventajas es que la gran

mayoría de la comunidad ofrece sus programas bajo licencia open source lo que posibilita la generación de gran

documentación y programas de diversas ramas de la investigación. En el Grupo Complutense de Óptica Aplicada

de la Universidad Complutense de Madrid –AOCG/UCM – tenemos una larga tradición en el desarrollo de

equipos y software de sensado óptico dentro de programas de investigación nacionales e internaciones. Esta

experiencia nos ha proporcionado las bases para el desarrollo de herramientas interactivas docentes que dada la

versatilidad de ROS pueden aplicarse a las asignaturas relacionadas con la Óptica de la Facultad de Ciencias

Físicas de la UCM. ROS tiene una amplia documentación sobre su utilización y diversos manuales [2] por lo que

el primer paso en nuestro trabajo fue presentar a los alumnos de forma amena y sencilla estos tutoriales haciendo

especial hincapié en términos como “topics”, “nodos” y “mensajes”. Para ello se decidió utilizar una máquina

virtual en la que se cargó una imagen del sistema operativo Ubutntu con la versión Groovy de ROS preinstalada.

Está imagen pertenece a la comunidad NOOTRIX sin ánimo de lucro y con una clara vocación docente [3].

Posteriormente los alumnos realizaron la instalación de herramientas básicas como “rqt” para facilitar de forma

visual la interacción hombre-máquina, “qt- designer” para el desarrollo de sus propias ventanas, OpenCV [4] para

las experiencias ópticas y el lenguaje de programación Python. La elección de este lenguaje se basó en que es un

lenguaje de programación de propósito general por lo que los alumnos una vez aprendido podrían usarlo para otros

propósitos, con una curva de aprendizaje acelerada en el inicio y la gran ventaja de poner interaccionar tanto con

ROS a través de un “binding” llamado “rospy” como con Qt, rqt y OpenCV. La segunda etapa de la experiencia

docente consistió en el aprendizaje de la obtención de datos proporcionados por sensores ópticos a través de ROS.

Con el fin de fomentar la ilusión de los alumnos, AOCG/UCM preparó un archivo de simulación a partir de los

datos recogidos por los sensores ópticos de un robot en cuyo desarrollo se encuentra inmerso AOCG/UCM. En

esta etapa los alumnos aprendieron a simular, visualizar y modificar tanto el robot como la información recibida

por los sensores ópticos. Finalmente, en la última etapa docente los alumnos desarrollaros sus propios sistemas de

detección de objetos para la implantación en un robot. Para ello utilizaron como sensores ópticos dos cámaras

CMOS para recibir la información. Posteriormente la información es procesada por el software generado en Python

y OpenCV. Terminado el procesamiento de la información el objeto es detectado y esquivado por el posible robot.

Figura1: Esquema y ejemplos de los programas utilizados por los alumnos de la experiencia

Agradecimientos Este trabajo ha sido financiado por el Programa SEGVAUTO-TRIES. Tecnologías 2013 CM

S2013/MIT-2713.

Referencias [1] Quigley, M et al.. (2009, May). ROS: an open-source Robot Operating System. In ICRA workshop on open source software

(Vol. 3, No. 3.2, p. 5).

[2] http://wiki.ros.org/ROS/Tutorials

[3] http://nootrix.com/

[4] Bradski, G., & Kaehler, A. (2008). Learning OpenCV: Computer vision with the OpenCV library. " O'Reilly Media, Inc.".

Diseño de pruebas para la detección de dicrómatas: Práctica de laboratorio para estudiantes de Psicofísica de la Visión

MJ Luque1, D de Fez2, P Capilla1, A Pons1, MC García-Domene1,3 1Departament d’Òptica i Optometría i Ciències de la Visió, Universitat de València

2Universidad de Alicante, Departamento de Óptica, Farmacología y Anatomía 3Fisabio Oftalmología Médica, Valencia

Resumen: Para afianzar conceptos básicos de colorimetría y de visión del color, los estudiantes de la asignatura Psicofísica de la Visión diseñan un test para detectar y clasificar dicrómatas en una práctica de laboratorio. La aplicación demo_estimuls para Matlab/Octave les permite trabajar en espacios de color fisiológicos o no fisiológicos, generar los estímulos y evaluar la validez del test diseñado simulando, mediante un modelo de par correspondiente, la percepción del sujetos dicrómatas.

En la asignatura de Psicofísica de la Visión del Grado en Óptica y Optometría, hemos comprobado cuánto se facilita la introducción de los conceptos básicos de colorimetría triestímulo si los estudiantes los aplican a problemas que perciban conectados con la práctica clínica. En particular, en una práctica de laboratorio, diseñan y construyen un test de láminas para detectar, clasificar y graduar defectos de visión de color congénitos. La práctica, realizada con la aplicación demo_estimuls1 en aula de informática, con monitores colorimétricamente controlados, requiere reflexionar sobre las características funcionales2 y estructurales3 de los sujetos con defectos de visión congénitos, la tarea a realizar por el paciente, la forma y el tamaño del estímulo, su paleta de colores y las ventajas e inconvenientes de usar un particular espacio de color (CIE19314 y el espacio de conos5). Simulando cómo un dicrómata percibe la lámina, mediante un modelo de par correspondiente6, se analizan las intrusiones del mecanismo acromático, que se minimizaran o ajustando la luminancia del test o introduciendo ruido acromático aleatorio (Figura 1). Los resultados obtenidos son alentadores: salvada la dificultad de cálculo, los estudiantes se concentran en comprender la visión dicromática y en el diseño, llegando a proponer tests realmente sofisticados, y asimilando –al menos por un tiempo- los conceptos de colorimetría durante el proceso.

Figura 1.- Eliminación de la señal acromática que en el test (arriba), vería un protanope (abajo). Con un fondo [L0,M0,S0], y

un test k·[L0+∆L,M0,S0], se ajusta k (de izquierda a derecha, k=1, k=1.08, k=1.3) hasta “escamotear” la figura. Introducir ruido acromático aleatorio en la lámina k=1 produce el mismo efecto, evitando un ajuste “a la carta” de la luminancia del test. Referencias [1] MJ Luque, D de Fez, MC García-Domene y V Moncho. Tools for generating customized visual stimuli in visual perception labs using computer controlled monitors. Proc. ICERI 2013 Conf. 2013, 6200-6207. [2] Jennifer Birch, Diagnosis of Defective Colour Vision, 2nd Ed. Boston: Butterworth-Heinemann, 2001, Chap. 4 [3] Neitz, J. & Neitz, M. (2011). The genetics of normal and defective color vision. Vis Res, 51, 633-651 [4] CIE. (1932). Commission Internationale de l'Eclairage Proceedings, 1931. Cambridge: Cambridge University Press. [5] Smith, V. C. & Pokorny, J. (1975). Spectral sensitivity of the foveal cone photopigments between 400 and 500 nm. Vis. Res., 15, 161-171. [5] Capilla P, Díez-Ajenjo MA, Luque MJ, Malo J. Corresponding-pair procedure: a new approach to simulation of dichromatic color perception, J Opt Soc Am A Opt Image Sci Vis. 2004 Feb;21(2):176-86. Agradecimientos Este trabajo se ha financiado gracias al proyecto UV-SFPIE_DOCE14-222555 de la Universitat de València, y ha recibido una ayuda para la elaboración de materiales docentes en valenciano del Servei de Política Lingüística de la UV.

Psicofísica visual fácil para estudiantes de optometría: generación y control de estímulos visuales en el aula.

MJ Luque1, D de Fez2, MC García-Domene1,3, MA Díez-Ajenjo1,4, J Malo1,

1Departament d’Òptica i Optometría i Ciències de la Visió, Universitat de València 2Universidad de Alicante, Departamento de Óptica, Farmacología y Anatomía

3Fisabio Oftalmología Médica, Valencia 4Clínica Optomètrica de la Fundació Lluís Alcanyís-Universitat de València

Resumen: Presentamos una aplicación para Matlab que permite generar estímulos luminosos estáticos, colorimétricamente controlados, de uso habitual en Psicofísica de la Visión y Psicofísica Clínica. La aplicación, dirigida a docentes y estudiantes, pretende simplificar la generación y la descripción de estímulos que ilustren conceptos básicos de colorimetría y análisis de Fourier, fenómenos visuales –como la inducción-, formas de percepción anómalas –visión dicrómatica- o que puedan utilizarse en experimentos de psicofísica básica o clínica.

Disponer de herramientas para generar y controlar estímulos visuales y simular experimentos, facilita a los estudiantes de Psicofísica de la Visión la comprensión de conceptos fundamentales en el estudio del sistema visual. Aunque en experiencias docentes previas hemos construido herramientas abiertas, para Matlab/Octave, con este fin1-3, la dificultad de asegurar unos conocimientos mínimos de programación para trabajar en estos entornos nos ha hecho desarrollar herramientas “cerradas”, menos versátiles, pero que permiten al estudiante concentrarse en plantear el problema y analizar el resultado, sin la distorsión causada por las dificultades técnicas del uso de la herramienta. La aplicación demo_estimuls4, presentada aquí, se enmarca dentro de un proyecto de laboratorio “portátil”, que facilita a los estudiantes la realización de experimentos en su ordenador. Una interfaz gráfica (Figura 1) permite definir y generar estímulos estacionarios, de características espaciales y colorimétricas controladas, visualizar diferentes representaciones del mismo (el perfil espacial y su transformada de Fourier y la paleta de colores en distintos diagramas cromáticos), y someterlo a diversas transformaciones (p.e., filtrar, añadir ruido o simular la visión de sujetos dicrómatas). El usuario puede trabajar en entorno Matlab o con un ejecutable.

Geom. Periódicos

Optotipos Imagen

Ruido Otros

Figura 1.- Izquierda, Interfaz de demo_estimuls, mostrando los menús de configuración y las representaciones básicas de la imagen. Derecha, ejemplo de estímulos típicos, en la dirección que aísla a los conos L.

Referencias [1] J Malo and MJ Luque. "COLORLAB: a color processing toolbox for Matlab", http://www.uv.es/vista/vistavalencia/software.html [2] J Malo, MJ Luque, A Díez-Ajenjo, MC García-Domene. Matlab/Octave Tools for the Visual Neuroscience Class I: Simulating Physiological Experiments in Motion Sensitive Neurons. Proc. ICERI 2014 Conf. 2014, 3740-3746 [3] J Malo, MJ Luque, A Díez-Ajenjo, MC García-Domene. Matlab/Octave Tools for the Visual Neuroscience Class II: Understanding the excitation patterns in motion sensitive neurons. Proc. ICERI 2014 Conf. 2014, 3797-3802 [4] MJ Luque, D de Fez, MC García-Domene y V Moncho. Tools for generating customized visual stimuli in visual perception labs using computer controlled monitors. Proc. ICERI 2013 Conf. 2013, 6200-6207. Agradecimientos Este trabajo se ha financiado gracias al proyecto UV-SFPIE_DOCE14-222555 de la Universitat de València, y ha recibido una ayuda para la elaboración de materiales docentes en valenciano del Servei de Política Lingüística de la UV.

Laboratorio remoto para diferentes niveles educativos

Carretero, Enrique; Jarabo, Sebastián; Saldaña Díaz, José Eduardo; Salgado-Remacha, Francisco Javier; Sánchez-Cano, Ana; Sevillano, Pascual.

Departamento de Física Aplicada, Universidad de Zaragoza. C/ Pedro Cerbuna 12, Zaragoza)

Resumen: En el presente trabajo presentamos una instalación para la realización de diferentes experiencias prácticas de forma remota. Para ello, se utiliza una cámara web con IP propia. El sistema es apto para diferentes niveles educativos, desde una simple demostración hasta la toma de medidas con análisis de incertidumbres en una práctica de laboratorio universitaria.

La realización de experiencias prácticas y demostraciones docentes es fundamental en el aprendizaje de cualquier disciplina científica, muy particularmente en todo lo relacionado con la física y la óptica. Sin embargo, no siempre es posible mantener un catálogo de experiencias, bien sea por razones de espacio o económicas. En particular, en niveles universitarios no todos los centros disponen de laboratorios docentes completos (como puede ser el caso de universidades fuera del ámbito occidental). En niveles de educación inferiores es raro encontrar colegios o institutos capaces de mantener un buen número de experimentos docentes. En este trabajo se pretende implementar un catálogo de experiencias prácticas para su realización de forma remota.

El trabajo parte de una serie de proyectos anteriores, en los que se trabajó con una cámara con IP propia para la realización de tareas docentes [1]. La idea es centralizar el mantenimiento y la realización de las instalaciones en la universidad, pero realizar el visionado y, en su caso, la toma de medidas, de forma remota, bien sea desde un domicilio o desde un centro educativo. Obviamente, primero ha habido que hacer una selección de las experiencias más interesantes para cada tipo de alumno, así como escoger prácticas que sean susceptibles de realizar de forma remota. Para satisfacer el último criterio, las experiencias más interesantes pueden ser las relativas a mecánica (cinemática y dinámica) y óptica. A modo de ejemplo, se muestra en la figura 1 un ejemplo de la realización de una de estas experiencias. En este caso, consiste en la toma completa de datos de una de las prácticas que se realiza en el primer curso de Grado en Física de la Universidad de Zaragoza. En ella se dispone de un resonador forzado y amortiguado (un resorte conectado a un motor rotatorio, y un peso suspendido que está sumergido en glicerina). La práctica consiste en encontrar la frecuencia de resonancia del sistema y determinar el coeficiente de fricción.

Figura 1.- Ejemplo de visualización de una práctica y toma de medidas automática.

Obviamente, el nivel de la experiencia práctica y su nivel de exigencia puede adaptarse al alumno. Se han

realizado pruebas satisfactorias del funcionamiento del sistema. Se ha comprobado, por tanto, que es posible realizar estas experiencias de forma remota. En la fase actual del proyecto se pretende dar difusión a los resultados en entornos favorables para su aplicación. Referencias [1] Salgado-Remacha, Francisco Javier; Sánchez-Cano, Ana; Carretero, Enrique; Sevillano Pascual; Berdejo Víctor; Jarabo Sebastián, “Laboratorio docente on-line: prácticas de la asignatura de Física”, Actas de la VIII Jornadas de Innovación Docente e Investigación Educativa Universidad de Zaragoza, 118 (2014).

La enseñanza de Óptica y Fotónica en los grados de Ingeniería

María Ana Sáenz-NuñoDpto. Ing. Mecánica ICAI - Universidad Pontificia Comillas Madrid, C/ Alberto Aguilera 25, 28015 Madrid

Luis Miguel Sanchez-Brea, Eusebio BernabeuDpto. Óptica, Universidad Complutense de Madrid. Plaza de las ciencias 1, 28040, Madrid (España)

Jesús de Vicente Dpto. Física Aplicada e Ingeniería de Materiales, Universidad Politécnica de Madrid, C/ José Gutiérrez

Abascal 2, 28006 MADRID

Resumen: Se analiza la situación actual de las enseñanzas de Óptica y Fotónica en lastitulaciones de grado en ingeniería de las universidades españolas. Se desarrolla un estudiodetallado comparando la oferta universitaria con las demandas que presentan la industria y lasociedad.

Desde hace unos años estamos viviendo un cambio importante en las titulaciones universitarias españolas,que parece se puede mantener en el tiempo. La sociedad y la industria en particular presentan cada vez másnecesidades e interdependencias con la Óptica y la Fotónica, por lo que es importante analizar qué es lo que éstaspueden aportar y cómo dichas necesidades se ven reflejadas en la oferta educativa española universitaria en elámbito de las ingenierías.

Por un lado, la Óptica presenta un marco científico bien insertado en las Ciencias Físicas, con diversasteorías vigentes, interconectadas entre sí, que se adaptan a las necesidades particulares: óptica geométrica, ópticaondulatoria, óptica electromagnética y óptica cuántica, cada una de las cuales presenta sus propios axiomas yherramientas de uso. Esto presenta un marco docente inmejorable para la formación en Ingeniería. Por otro lado,con el uso generalizado de la computación, buena parte de los formalismos se han traducido en herramientasinformáticas que pueden aportar nuevos enfoques a los problemas que se plantean.

Las tecnologías informáticas y de las comunicaciones, los sectores aeroespacial y de automoción, energía,medio ambiente, salud, arquitectura e ingeniería civil, seguridad y defensa son ejemplos de sectores económicosdonde la Óptica y la Fotónica tiene una incidencia cada vez mayor. Por otra parte, las aplicaciones de los láseresy de la optoelectrónica han percolado en todos los ámbitos tecnológicos, por lo que su aprendizaje es esencial enmultitud de carreras. Asimismo, las aplicaciones más tradicionales de la Óptica, tales como la optometría ycorrección visual, iluminación, colorimetría, instrumentación metrológica, han cambiado sustancialmente en losúltimos tiempos y es necesario reflexionar si dichos cambios se ven reflejados en las enseñanzas universitariasen ingeniería.

Por todo ello, se considera importante un análisis de los planes de estudio vigentes de las principalesinstituciones de educación superior en Ingeniería, tanto en grado como másteres, tanto en aquellos títulosespecíficos sobre Óptica y Fotónica como en títulos mas generalistas, donde la Óptica y la Fotónica sonherramientas para su utilización en aplicaciones concretas.

Implementación de una fuente laser continua y diseño y caracterización de un monocromador para un polarímetro de imagen.

A. Fernández Pérez, J. M. Saiz Vega y J. M. Sanz Casado

Grupo de Óptica, Departamento de Física Aplicada, Universidad de Cantabria, 39005.

Resumen: Transformación de un polarímetro dinámico de imagen, presente en el laboratorio de óptica del Departamento de Física Aplicada de la Universidad de Cantabria, en un espectropolarímetro de imagen. Se instala una fuente laser de supercontinuo, desarrollando y caracterizando un monocromador que permita seleccionar, de manera automática, la longitud de onda deseada dentro del espectro visible. De esta manera, se posibilita la opción de realizar medidas de la matriz de Mueller a diferentes longitudes de onda. La espectropolarimetría consiste en el análisis simultáneo del espectro y el estado de polarización de la luz. Este análisis es de especial interés cuando se estudia la interacción de la luz con un sistema que afecta a la polarización y muestra una dependencia espectral. Esta técnica es ampliamente usada en campos tales como astronomía, medicina, biología o quimia. La polarimetría estudia la polarización de ondas electromagnéticas. Para lograr esto, se necesita un formalismo apropiado, denominado formalismo de Mueller-Stokes [1], [2], que permite describir el estado de polarización de la luz y el efecto de un elemento óptico sobre la misma. Por una parte, el vector de Stokes S (G. G. Stokes, 1852) describe el estado de polarización de la luz mediante cuatro valores, denominados parámetros de Stokes que se pueden definir partir de seis medidas de irradiancia. La matriz de Mueller M (Hans Mueller, 1943) es una matriz 4x4 con elementos reales que representa el efecto de un elemento óptico sobre el estado de polarización de un haz de luz. Esta matriz transforma un vector de Stokes S incidente en un elemento o elementos ópticos en un vector de Stokes de salida S’ [Ec. 1].

0 00 01 02 03 0

1 10 11 12 13 1

2 20 21 22 23 2

3 30 31 32 33 3

''''

s m m m m ss m m m m ss m m m m ss m m m m s

ª º ª º ª º« » « » « »« » « » « » « » « » « »« » « » « »¬ ¼ ¬ ¼ ¬ ¼

S' = MS Ec. 1

La matriz de Mueller caracteriza completamente un medio para una longitud de onda y una configuración geométrica dada ya que contiene en sus elementos todas las propiedades de polarización. El principal objetivo del proyecto es transformar el polarímetro de imagen dinámico situado en el laboratorio de óptica de la Universidad de Cantabria en un espectropolarímetro. Se ha en remplazado la fuente original monocromática de la que constaba el polarímetro, un láser de He-Ne, por un láser supercontinuo de manera que se puedan realizar medidas de la matriz de Mueller a diferentes longitudes de onda en un amplio rango del espectro visible. El espectro continuo se separa angularmente en las diferentes longitudes de onda mediante una red de difracción y a continuación, por medio de un diafragma se selecciona la fracción del espectro deseada. La red de difracción se sitúa sobre una plataforma rotatoria controlada por un PC de manera que las diferentes longitudes de onda se pueden seleccionar de manera automática. Se ha llevado a cabo la caracterización de la longitud de onda seleccionada en función de la posición y del ancho espectral del haz transmitido en función de la apertura del diafragma. Referencias [1] Russell A. Chipman. “Handbook of Optics. Chapter 22: Polarimetry”. Mc-Graw Hill, 2009. [2] Toralf Scharf. “Polarized Liquid Crystals and Polymers”. Chapter 1: polarized light. John Wiley & Sons, 2007

Optimización del montaje experimental para la medida del campo eléctrico en una descarga de cátodo hueco mediante espectroscopia láser

V. González-Fernández1, K. Grützmacher1, L.M. Fuentes2, C. Pérez1, M.I. de la Rosa1

1 Dpto. de Física Teórica, Atómica y Óptica, Universidad de Valladolid, Paseo Belén 7, CP 47011, Valladolid,

España 2Dpto. de Física Aplicada, Universidad de Valladolid, Paseo Belén 7, CP 47011, Valladolid, España

Resumen: Este trabajo refleja el inicio de la tesis doctoral de Verónica González-Fernández

en la que se determinará el campo eléctrico en una descarga de cátodo hueco en hidrógeno y

deuterio mediante espectroscopia de absorción de dos fotones. Se presentan las tareas que se

están llevando a cabo en los primeros meses de trabajo: infraestructura, montaje óptico y

adquisición de datos.

Técnicas de espectroscopia láser no invasivas proporcionan una gran resolución temporal y espacial,

permitiendo medidas de alta precisión para el diagnóstico de plasmas. En particular, mi trabajo de tesis doctoral

se centra en la medida de la distribución de la caída del campo eléctrico en una descarga de cátodo hueco en

hidrógeno en régimen de glow discharge [1]. El campo eléctrico presente en la descarga provoca el

desdoblamiento y desplazamiento Stark del nivel 2S, cuya medida permite determinar el valor del campo. La

transición 1S-2S en el átomo de hidrógeno se consigue mediante absorción de dos fotones circularmente

polarizados. Para ello se genera radiación UV pulsada sintonizable en 243 nm, con un único modo longitudinal y

duración temporal de 3 ns. En el dispositivo experimental esta radiación se desdobla en dos haces, que recorren

el mismo camino óptico, para solaparse en el centro de la lámpara de descarga en un volumen de 150 µm de

diámetro y 10 mm de longitud, con un ángulo de 1,56º.

En este primer año de tesis doctoral se ha continuado trabajando en el montaje experimental, empezando

prácticamente desde cero debido a un cambio de facultad, actualizando parte de las infraestructuras e

introduciendo innovaciones en el montaje óptico. Se ha instalado un sistema de vacío y manipulación de gases,

que permite una mayor precisión en el control del flujo y presión de los gases en la lámpara, se ha diseñado un

nuevo sistema de resistencias de carga para la descarga. En el sistema óptico se ha incorporado un retro-reflector

que mantiene la estabilidad del solapamiento de los dos haces láser (150 µm) en la zona de la descarga en

estudio, lo que confiere mayor precisión a las medidas. También se ha incorporado, como diagnóstico a tiempo

real, el analizador de perfil espectral (LaserCam-HR-UV, Coherent) que proporciona información del tamaño y

distribución de la energía en el foco del láser en cada medida. Se ha mejorado el montaje óptico de la celda

optogalvánica de referencia, sustituyendo el anterior por uno más compacto y de fácil alineamiento.

Simultáneamente se está elaborando el nuevo sistema de adquisición de datos a partir de la compra del

osciloscopio de la serie S, modelo DSOS104A, de la firma Keysight Technologies lnc., y programación en

LABVIEW.

Figura 1.-Fotografía del experimento de espectroscopía optogalvánica en su estado actual.

Agradecimientos Los autores agradecen la financiación recibida por el DGICYT (Ministerio de Economía y competitividad),

proyecto ENE2012-35902, fondos FEDER y la beca BES-2013-063248 concedida a V. González-Fernández.

Referencias [1] J. D. Cobine, Gaseous conductors. Theory and engineering applications, (Dover Publications Inc., New York, 1957)

[2] M.I. de la Rosa, C. Pérez, K. Grützmacher, L.M. Fuentes: “Electric field strengths in a hollow cathode measured by

Doppler-free two-photon optogalvanic spectroscopy via Stark splitting of the 2S level of deuterium” (Plasma Sources Sci.

and Technol. 18 ,015012, 2009)

Mid infrared optical constants and porosity of H2O:CH4 ices at 30 K

Belén Matéa, Coen Fransen

b, Juan Ortigoso

a, S. Pilling

c, Jean-Baptiste Bossa

b

aInstituto de Estructura de la Materia, IEM-CSIC, Serrano 121, 28006 Madrid, Spain

bSackler Laboratory for Astrophysics, Leiden Observatory, Leiden University, PO Box 9513, 2300 RA Leiden,

The Netherlands cInstituto de Pesquisa & Desenvolvimento, Universidade do Vale do Paraiba, Sao Jose dos Campos, SP

12244000

Resumen: In this work we have determined n and k optical constants in the mid infrared

spectral range for different astrophysical relevant ices mixtures: H2O:CH4= 1:1, 2:1 and 4:1 at

30 K. Moreover, the porosity of the mixtures has been measured with a new laboratory-based

method that combines laser interference and extended effective medium approximations.

Amorphous solid water and methane are abundant species in interstellar and Solar System ices. The

infrared optical constants of these mixtures can be of great utility to the astrophysical community since they

allow the simulation of their infrared spectra in the conditions required in each particular astrophysical model.

In this contribution we have focused on the control of the porosity of the ices. For the pure species, H2O

and CH4 compact ices were grown by direct vapor deposition. Then, H2O:CH4 mixtures were grown using a

different deposition technique that is known to produce porous amorphous water ice. Transmission infrared

spectra of ice films of varying thickness were recorded in the 4000 – 400 cm-1

and employed to determine the n

and k following the procedure described in Zanchet et al. 2013. A comparison with previous literature data when

available has been conducted.

Porosity of pure water ice has been extensively studied in the laboratory but the porosity of water-rich ice

mixtures is a more complicated subject and little investigation has been done. However knowing the degree of

porosity of interstellar ices is crucial since this magnitude affects the efficiency of its catalytic effect in

astrochemical processes. In a previous paper Bossa and coworkers (2014) presented a novel laboratory-based

technique to measure porosity of ice mixtures in the visible. In the present work we have extended that

methodology to the mid infrared spectral region to determine the optical constants and measure the porosity of

H2O:CH4 ices with different stoichiometry.

References [1] A. Zanchet, Y. Rodríguez-Lazcano, Ó. Gálvez, V. J. Herrero, R. Escribano and B. Maté, “Optical constants of NH3 and

NH3:N2 amorphous ices in the MIR and NIR regions”, ApJ, 777:26 (11pp) ( 2013) .

[2] J.-B. Bossa, K. Isokoski, D. M. Paardekooper, M. Bonnin, E. P. van der Linden, T. Triemstra, S. Cazaux, A.G.G.M.

Tielens, and H. Linnartz, “Porosity measurements of interstellar ice mixtures using optical laser interference and extended

effective medium approximations”, A&A, 561, A136 (2014).

Haces no uniformemente polarizados para la determinación de la matriz de Mueller de tejidos biológicos

Gemma Piquero1 y J. Carlos G. de Sande2

1Departamento de Óptica, Facultad de Ciencias Físicas, Universidad Complutense de Madrid, Pza. de las Ciencias 1, 28040 Madrid, España; 2Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones, ETSIS de

Telecomunicación, Universidad Politécnica de Madrid, Campus Sur, 28031 Madrid, España;

Resumen: Usando un modelo sencillo de matriz de Mueller para tejidos biológicos se estudiará el cambio en los parámetros de Stokes y las características de polarización cuando se usan haces incidentes no uniformemente y totalmente polarizados. Con este tipo de haces se obtiene la matriz de Mueller de la muestra a partir de un número reducido de medidas de intensidad con una cámara CCD.

Las técnicas ópticas para la determinación de propiedades de tejidos biológicos tienen la ventaja de que pueden ser mínimamente invasivas y sin contacto físico. Debido a que muchos de los tejidos tienen anisotropía natural es interesante estudiar cómo cambian las características de polarización del haz incidente. Mediante técnicas polarimétricas es posible obtener información de la muestra. Debido al esparcimiento de la luz al interaccionar con el tejido se produce también una despolarización que debemos tener en cuenta a la hora de modelizar dicha muestra. Para tener en cuenta estos dos factores el formalismo más adecuado a usar es el de Mueller.

En este trabajo se empleará un modelo sencillo de matriz de Mueller para tejidos biológicos, que tiene en cuenta el desfase, la absorción y la posible despolarización que produce la muestra sobre la luz incidente [1]. La muestra estará caracterizada por una matriz de Mueller simplificada que se genera a partir de 6 parámetros mediante los que se tiene en cuenta la anisotropía, una posible rotación y la despolarización introducida por la muestra.

Para caracterizar totalmente una matriz de Mueller arbitraria será necesario, en general, realizar 16 medidas independientes para obtener sus 16 elementos. Para determinar estos elementos se debe incidir con al menos 4 estados de polarización distintos y se analiza la intensidad cuando a la salida se introduce un polarizador lineal en diversas posiciones y una lámina de fase.

Por otro lado, los haces no uniformemente y totalmente polarizados (NUTP), por ejemplo haces espiralmente polarizados (entre los que se encuentran los haces radialmente y azimutalmente polarizados) están siendo utilizados en numerosas campos y mejorando diversas aplicaciones [2-5].

En este trabajo sobre la muestra dada por la matriz de Mueller anterior incidiremos con haces NUTP, obteniendo la información de la matriz con un número reducido de medidas de intensidad con una cámara CCD. Agradecimientos: Este trabajo ha sido financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad de España mediante el proyecto FIS2013-46475.

Referencias [1] Y. Li, W. Jia, C. Guo, R. Chen, J. Yang, and M. Wang, “Rapid measurement of a Mueller matrix for biological tissues”, Appl. Opt. 48, D256 (2009). [2] Q. Zhan, “Cylindrical vector beams: from mathematical concepts to applications,” Adv. Opt. Photon. 1, 1–57 (2009). [3] R. Martínez-Herrero, P. M. Mejías, and G. Piquero, Characterization of partially polarized light fields (Springer Series in Optical Sciences, 147, Springer-Verlag, Berlin, 2009). [4] V. Ramírez-Sánchez, G. Piquero, and M. Santarsiero, “Generation and characterization of spirally polarized fields”, J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 11, 085708, (2009). [5] J. C. G. de Sande, G. Piquero, and C. Teijeiro, “Polarization changes at Lyot depolarizer output for different types of input beams,” J. Opt. Soc. Am. A 29, 278 (2012).

Refractive index behaviour in different families of ionic liquids

Belal AlGnamat, Raúl de la Fuente, Elena López Lago Laboratorio de Óptica, Departamento de Física Aplicada, Facultade de Óptica e Optometría, Campus Vida,

Universidade de Santiago de Compostela, E-15782 Santiago de Compostela, Spain

Resumen: The refractive index of ionic liquids of different families is determined by Abbe refractometry and by the laser beam displacement method. The influence of the structural parameters of these materials in the thermooptic coefficient and in the chromatic dispersion is analyzed. Ionic liquids are organic salts that melt below 100ºC although most of them are liquid at room temperature [1]. They are integrated by an organic cationic part with one or more alkyl chains and an anionic part that can be monoatomic or polyatomic. The cation identifies the family: imidazolium, pirrolidinium, ammonium, sulfonium, and so on. The nature of the anionic part is quite assorted and in responsible of most of the physical properties of the material. Ionic liquids present two great advantages: they low vapour pressure and that they can be tailored. The first characteristic means that they almost do not evaporate in contrast to common organic liquids, which usually present high vapor pressures. The second characteristic means that an ionic liquid can be designed specifically for a given application by choosing an adequate ionic combination. Basing on the actual number of existing anions and cations, it has been estimated that millions of different ionic liquids could be synthesized. Ionic liquids are potential candidates to take part in optofluidic devices [2]. In fact, determined ionic liquids have been yet proposed for fabricating variable focus lens and microlens [3-4]. The use of these emergent materials requires a complete optical characterization. Nowadays refractive index at 589 nm and UV-VIS-NIR optical absorbance are well known. On the contrary, the dispersive properties of ionic liquids as well as the refractive index behaviour in a wide range of temperature are not well studied. The interest of this study delas with the wide thermal stability of the ionic liquids that allows working in extreme climates. In this contribution, we study the variation of the refractive index with the wavelength and with the temperature in different families of ionic liquids. The measure is done with a multiwavelength Abbe refractometer at a fixed temperature, 20ºC±0.1ºC and by means of a device based on the laser beam displacement method [5] combined with a temperature controller system. We also study the influence of the alkyl chain length and we analyse the temperature dependence.

Referencias [1] R.D. Rogers and K.R. Seddon, Ionic Liquids IIIA: Fundamentals, Progress, Challenges and Opportunities. Properties

and structure. (ACS Symposium Series 901, Washington DC, 2005). [2] D. Psaltis, S.R. Quake, C. Yang, “Developing optofluidic technology through the fusion of microfluidics and optics”

Nature 442, 381 (2006). [3] X. Hu, S. Zhang, Y. Liu, C. Qu, L. Lu, L., X. Ma, X. Zhang, Y. Deng. “Electrowetting based infrared lens using ionic

liquids”, Appl. Phys. Lett. 99, 213505 (2011). [4] S. Calixto, M. E. Sánchez-Morales, F. J. Sánchez-Marin, M. Rosete-Aguilar, A. Martínez Richa, K. A. Barrera-Rivera,

“Optofluidic variable focus lens”, Appl. Opt. 48, 2308 (2009). [5] S. Nemoto, “Measurement of the refractive index of liquids using laser beam displacement”, Appl. Opt. 31, 6690 (1992)

Microresonador de fibra capilar de polímero PMMA para la medición de la humedad.

Duber A. Avila Padilla1

Cesar O. Torres Moreno1

1Universidad Popular del Cesar. UNICESAR. Valledupar-Cesar-Colombia

Resumen: En este trabajo se estudia una fibra óptica capilar de polímero (PMMA) en la

medición de humedad. La fibra capilar de polímero actúa como resonador cuando el campo es

acoplado a través de una fibra Taper, la cual excita los modos de propagación WGMs a través

del resonador. Los cambios de humedad son detectados por el desplazamiento de las

longitudes de onda de resonancia obteniéndose una buena sensibilidad del dispositivo.

En este trabajo experimental, se reporta el diseño y fabricación de un dispositivo óptico basado en una

fibra óptica capilar de PMMA, el cual es acoplado a una fibra Taper (SMF) para confinar el campo en el interior

del mismo. El montaje experimental se encuentra dentro de una cámara de humedad en donde los cambios de

humedad obedecen a la entrada y salida de aire seco y húmedo del interior de la cámara.

La fibra capilar de polímero PMMA, fue diseñada en una torre de fabricación de fibras de polímero a una

temperatura cercana a los 210 °C y algunas ocasiones fue eventualmente presurizada hasta unos pocos mbar para

alcanzar el grosor de pared deseado en el capilar. En la fabricación se lograron obtener fibras capilares con

grosor de 50 µm y diámetros mayores a 300 µm. El montaje experimental desarrollado, está constituido por un

sistema laser sintonizable (TLS) en el rango de 1500-1600 nm con una resolución máxima de 10 pm y un

analizador de espectros ópticos (OSA). El campo es inyectado al interior de una fibra óptica Taper de 2 µm de diámetro, el cual es usado como acoplador evanescente en el dispositivo resonador. El campo evanescente es

acoplado dentro del capilar excitando los modos WGMs en el interior del resonador. La señal perturbada es

analizada en el otro extremo de la Fibra óptica Taper obteniéndose las diferentes curvas de resonancia a través de

la onda transmitida. En la figura 1, se observa el montaje experimental desarrollado.

Figura 1.- a) Imagen transversal de las fibras ópticas capilares PMMA fabricadas. b) Acoplamiento del campo evanescente

al interior del capilar a través de la fibra Taper (SMF).

La respuesta del dispositivo está basada en el desplazamiento de las longitudes de onda de resonancias

como función del estímulo dado, en este caso la cantidad de agua absorbida por el capilar. Para la medición de la

humedad en el medio, el espectro del dispositivo se ajusta modificando los parámetros ópticos del material

(índice de refracción mayor) y las características morfológicas (aumento del volumen del capilar en razón a la

cantidad de vapor de agua absorbida) [1-2]. En el experimento, la fibra Taper y la fibra capilar se encuentran

dentro de una cámara de humedad controlada electrónicamente.

Los resultados experimentales, evidencian un desplazamiento de los picos de resonancia en longitud de

onda cuando se modifica la humedad del medio. En conclusión, el dispositivo presenta una buena respuesta a los

cambios de humedad del medio, siendo una influencia importante en su sensibilidad, la razón entre el diámetro

externo y el grosor de pared de la muestra del capilar fabricado.

Referencias [1] Z. Xiong, et al.:Highly Tunable Bragg Gratings In Single-mode Polymer Optical Fibers, IEEE Photon. Technol. Lett. 11, 352 (1999). [2] T. Watanabe, et al.: Influence of humidity on refractive index of polymers for optical waveguide and its temperature dependence, Appl. Phys. Lett. 72, 1533 (1998).

Femtosecond laser writing of 3D photonic-structure waveguides in crystals for efficient light guiding and beam manipulation.

Gabriel R. Castillo1, J. R. Vázquez de Aldana1, Y. Jia2, C. Cheng2, Y. Tan2, and F. Chen2 1Laser Microprocessing Group, Universidad de Salamanca, 37008 Salamanca, Spain.

2School of Physics, State Key Laboratory of Crystal Materials, and Key Laboratory of Particle Physics and Particle Irradiation (Ministry of Education), Shandong University, 250100 Jinan, Shandong, China.

Abstract: We report on the fabrication of three dimensional photonic microstructures by direct femtosecond laser inscription that can be monolithically integrated in transparent dielectrics. The fabricated structures consist of hexagonal lattices of laser-damaged tracks with induced defects that act as guiding core. By combination of specially designed structures, containing different defect distribution along the whole structure, simultaneous light waveguiding and beam manipulation are possible.

The direct inscription with femtosecond lasers offers unique capabilities for the fabrication of 3D photonic devices in transparent dielectrics [1]. In particular, highly efficient active waveguide devices have been demonstrated, such as waveguide lasers or frequency converters. Here, we show a novel approach for the 3D fabrication of efficient optical waveguides with fs lasers that consists of a photonic structure produced with damage tracks and defects. An amplified Ti:Sapphire femtosecond laser (Spitfire, Spectra Physics) that delivered linearly-polarized pulses with a temporal duration of 120 fs, a central wavelength of 795 nm and operating at a repetition rate of 1 kHz, was used. The beam was focused by a microscope objective and the average power was controlled by a set of a half-wave plate and a linear polarizer. The sample was placed on a XYZ micro positioning stage where it was scanned at constant velocity with respect to the focus and at a certain depth beneath the surface while irradiating with the laser. A number of parallel scans of the sample were done at different depths in order to obtain the desired hexagonal photonic structures as it is shown in Figure 1.

The design and integration of these kind of structures enable the possibility of manipulation of the guided light by simply introducing defects in convenient positions of the hexagonal lattice. Efficient beam manipulation and beam shape transformation are easily achieved by use of this approach [2].

Figure 1. -(a), Fabrication schematic of the 3D photonic hexagonal microstructure. (b), (c), Optical micrograph of cross section of the entrance and output of a single written structure, respectively.

References [1] R. Gattas and E. Mazur, “Femtosecond laser micromachining in transparent materials” Nature Photonics 2, 219 (2009) [2] Y. Jia, C. Cheng, J. R. Vázquez de Aldana, G. R. Castillo, B. del Rosal Rabes, Y. Tan, D. Jaque and F. Chen, ¨Monolithic crystalline cladding microstructures for efficient light guiding and beam manipulation in passive and active regimes¨, Sci. Rep. 4, 5988 (2014).

Grabador fotolitográfico de bajo coste y reducido tamaño basado en Raspberry Pi y el modulador espacial de luz kopin

J. M. Herrera-Fernandez, I. Jimenez-Castillo, F. J. Torcal-Milla, L. M. Sanchez-Brea y E. Bernabeu

Grupo Complutense de Óptica Aplicada, Departamento de Óptica, Facultad de CC. Físicas, Universidad

Complutense de Madrid, Plaza de las Ciencias 1, 28040 Madrid

Resumen: Se presenta un prototipo de grabador fotolitográfico de bajo coste y reducido tamaño

capaz de implementar y fabricar elementos ópticos difractivos (DOEs) de una manera sencilla

y robusta.

Los elementos ópticos difractivos (DOEs, Diffractive Optical Elements) son componentes ópticos capaces de

modular el frente de ondas incidente [1]. Hoy día existen diferentes tecnologías para fabricar o implementar estos

elementos. Entre las técnicas actuales destacan dos: grabación en un elemento estático o implementación dinámica

mediante un modulador espacial de luz. Las técnicas de grabación directa utilizan un haz láser que incide sobre un

sustrato extrayendo o sensiblizando el material para un posterior revelado. Por ejemplo mediante la ablación láser

sobre metal, el láser extrae el material directamente. Por otra parte, las técnicas fotolitográficas depositan una

resina sobre el material elegido sensible a la longitud de onda a utilizar. De esta forma, tras un revelado posterior,

queda grabado el DOE en la zona donde ha incidido el haz sobre la resina. Otra forma de implementar un DOE es

a través de un modulador espacial de luz (SLM). En este caso cada píxel del SLM se alimenta con una tensión que

representa el tono y la intensidad del píxel correspondiente en el modelo de entrada. Este método, a diferencia

del anterior, permite el diseño y la corrección dinámica reduciendo notablemente los tiempos de ejecución del

experimento. En este trabajo se presenta un dispositivo de reducido coste y tamaño que incorpora las ventajas del

SLM a la grabación fotolitográfica.

Vamos a considerar el dispositivo presentado en la Figura 1. De derecha a izquierda el sistema comienza por una

fuente luminosa formada por un cabezal de Blu-Ray que genera un campo monocromático de longitud de onda

405 nm. La ventaja de utilizar este cabezal es su reducido coste y la alta calidad de haz obtenido. A fin de controlar

la modulación de haz, se sitúan dos polarizadores lineales a ambos lados de un modulador espacial de luz, cada

uno ubicado en un dispositivo rotador que nos permite elegir el ángulo a fin de conseguir desacoplar la amplitud

de la fase [2]. El modulador espacial de luz es el modelo Kopin de la marca Forth-dimension que tiene la ventaja

de su reducido tamaño, 3.3 mm x 2.7 mm, 11 µm de tamaño de píxel y 320x240 de resolución. Finalmente el

modulador recibe la imagen (DOE) de un miniordenador Raspberry Pi cuya salida de vídeo se ha conectado a la

placa controladora del modulador. A fin de observar los resultados obtenidos se ha añadido una cámara CMOS a

la salida del sistema.

Figura 1: Prototipo de modulador fotolitográfico. Tamaño total de 10 cm, reducible en caso de ser necesario.

Como conclusión, indicamos que se ha desarrollado un grabador fotolitográfico de reducido coste y tamaño que

permite la implementación de elementos ópticos difractivos y la grabación de los mismos en placas

fotolitográficas. Este prototipo servirá de punto de partida para un grabador fotolitográfico de reducido tamaño y

coste pero de alta precisión.

Agradecimientos Este trabajo ha sido parcialmente financiado por el proyecto DPI2011-2751 del Ministerio de

Economía y Competitividad de España y Programa SEGVAUTO-TRIES. Tecnologías 2013 CM S2013/MIT-

2713. Referencias [1] Herzig, H. P. (Ed.). (1997). Micro-optics: elements, systems and applications. CRC Press.

[2] Burman, A., Garea, M. T., Lutenberg, A., & Quintián, F. P. (2011, January). Characterization and control of a microdisplay

as a Spatial Light Modulator. In Journal of Physics: Conference Series (Vol. 274, No. 1, p. 012102). IOP Publishing.

Medida precisa de la distancia entre pixeles de una cámara CMOSmediante el uso de una red de difracción y la función semivariograma

J. M. Herrera-Fernandez, F. J. Torcal-Milla, L. M. Sanchez-Brea y E. BernabeuGrupo Complutense de Óptica Aplicada, Departamento de Óptica, Facultad de CC. Físicas, Universidad

Complutense de Madrid, Plaza de las Ciencias 1, 28040 Madrid

Resumen: Se presenta una técnica sencilla y precisa de medición del tamaño real de píxel deuna cámara CMOS extrapolable a cualquier tipo de cámara. Para ello se utiliza un hazcolimado y una red de difracción que se utiliza como patrón. Se mide el periodo de la imagenproyectada mediante la función semivariograma, pues ésta permite realizar un promediado yfiltra ruido y errores en el proceso de medida. Con la técnica propuesta se obtiene unaprecisión de 0.001 um.

Las cámaras basadas en las tecnologías CMOS y CCD son de uso común como herramienta de sensado óptico[1]. La capacidad de resolución de dichas cámaras está limitada por el tamaño de píxel. Por ello, con la mejorade las tecnologías, el tamaño de pixel ha ido progresivamente disminuyendo, encontrándonos ya cámaras contamaño de pixel del orden de 1 μm. En aplicaciones metrológicas, el tamaño del pixel es de importancia esencial.Normalmente al adquirir una cámara comercial, el tamaño de píxel viene especificado en la hoja de datos delfabricante. Sin embargo, la precisión de este dato puede ser escasa para determinadas aplicaciones dando lugar auna medida errónea del elemento a analizar. En este trabajo presentamos los primeros resultados de una nuevatécnica para la medida del tamaño de píxel de una cámara basada en la medición del periodo de una red dedifracción. Las redes de difracción comerciales se pueden fabricar sin dificultad con errores de 0.1 µm/m.Sea el esquema presentado en la Figura 1(izq). Una red de difracción de periodo p se coloca sobre el sensorCMOS de una cámara comercial. El sistema se fija de tal manera que dicha red de difracción permanecetotalmente fija a la superficie, y con las franjas perfectamente paralelas a las aristas del sensor CMOS. Con estadisposición, al incidir una onda plana y monocromática sobre la red de difracción, ésta propagará el campo hastael sensor CMOS. Dado que el periodo de la red de difracción es conocido, se puede comparar el periodo de lared con el periodo de la señal obtenida por el sensor y por tanto obtener el periodo del mismo, en su caso, delpixelado.

Figura 1: Esquema experimental del dispositivo utilizado (izq.) y ejemplo de ajuste usando la función semivariograma (der.).

A fin aumentar la precisión de la medida se ha utilizado la función del semivariograma [2]. El semivariogramade una función periódica es a su vez periódico del mismo periodo. Además, al realizar un promediado se eliminael ruido y fluctuaciones aleatorias aumentando notablemente la precisión. Para determinar el periodo se realizaun ajuste al mínimo primero del semivariograma como se puede ver en la Figura 1(der). Para la realizaciónexperimental se ha utilizado una red de difracción de cromo sobre vidrio de periodo 110 μm y una cámaraCMOS modelo DMK72BUC02 cuyo tamaño de pixel suministrado por el fabricante es 2,2 μm. Los primerosresultados con la técnica propuesta indican una medida real del tamaño de píxel de 2,203 μm en concordanciacon el dato suministrado por el fabricante y proporcionando dos órdenes de precisión mayor.Agradecimientos: Este trabajo ha sido parcialmente financiado por el proyecto DPI2011-2751 del Ministerio deEconomía y Competitividad de España.Referencias[1] J. Ohta, “Smart CMOS Image Sensors and Applications”. CRC Press.[2] L.M. Sanchez-Brea, F. Torcal-Milla, J. Herrera-Fernandez, T. Morlanes, and E. Bernabeu, "Self-imaging technique for beam collimation," Opt. Lett. 39, 5764-5767 (2014).

Técnica de posicionado para ablación láser nanopulsada

M. Irigoyen1, J.A. Sánchez-Martín

1, J.M. Herrera-Fernandez

1, F.J. Salgado-Remacha

2 y E.

Bernabeu1

Grupo Complutense de Óptica Aplicada, Departamento de Óptica, Facultad de CC. Físicas, Universidad

Complutense de Madrid, Avda. Complutense s/n, 28040 Madrid 2Departamento de Física Aplicada, Facultad de Ciencias, Universidad de Zaragoza, C/ pedro Cerbuna 12,

50009 Zaragoza Resumen: Se presenta una técnica de posicionado de haz para la realización de ablación láser

nanopulsada sobre fibra óptica. Esta técnica, está basada en el patrón de difracción de un haz

al ser focalizado en el interior de un elemento refractivo, lo que, permite conocer la posición

en la que el haz láser de ablación está focalizando sobre la fibra óptica, necesaria para poder

realizar la ablación con pulsos largos (nanosegundos) que de otro modo pueden quebrar la

fibra debido a efectos térmicos. 1. Introducción

La ablación láser de diferentes materiales es una técnica de grabación directa que ha cobrado especial relevancia

durante los últimos años debido al gran número de aplicaciones en las que se está utilizando con relevantes

resultados para nuevos dispositivos generados mediante esta técnica [1]. Dependiendo de la duración de los

pulsos empleados en el proceso, el haz láser tiene diferente interacción con el material ablacionado ya que para

pulsos largos, de nanosegundos concretamente, tienen lugar efectos térmicos que pueden producir efectos de

propagación del calor no deseados o incluso la rotura del material [2]. Con el objetivo de conseguir realizar

ablación con láser de nanosegundos sobre un material frágil como es una fibra óptica de sílice, hemos empleado

una técnica basada en el patrón de difracción producido por el mismo haz al focalizarlo con menor potencia. De

esta forma se puede controlar con precisión micrométrica y automatizada programable la posición de

focalización del haz dentro de la fibra óptica [3].

2. Desarrollo experimental El método numérico de propagación de haz (BPM) permite conocer de forma teórica el patrón de difracción en

función de la localización transversal de focalización del haz láser sobre una fibra óptica [3]. Para verificar esta

posición se ha empleado el montaje experimental descrito en la Figura 1. Con el fin de visualizar el haz láser en

el interior de la fibra usamos un sensor CMOS de la compañía ImagingSource modelo DFK31BU03. El láser

empleado es de Nd:YVO4 con emisión en 355 nm tras atravesar un cristal triplicador, y emisión pulsada

mediante la técnica del Q-Switching que permite periodos de repetición entre 1 y 100 kHz y cuya anchura

temporal de los pulsos es de 12 ns. La fibra óptica utilizada es SMF-28 de Corning, con diámetro del cladding de

125 µm y del núcleo de 9 µm, con un índice de refracción de 1,46. Tiene una protección de acrilato de 250 µm,

que es retirada de la zona a ablacionar para evitar complicaciones en el proceso de ablación.

Mediante un análisis por microscopia hemos comprobado que la posición de la ablación coincide con las

predicciones teóricas obtenidas en [3], por lo tanto se ha comprobado que mediante el empleo de esta técnica se

puede controlar de forma precisa el posicionado del foco, lo que junto a la optimización de los parámetros de

ablación, permite emplear este tipo de láser para realizar ablación en fibra óptica. De esta forma se podrá tallar la

fibra óptica para construir sensores con diferentes geometrías y orientados a distintas aplicaciones.

Figura 1.-(a) Esquema del proceso de ablación en la fibra y (b) del montaje experimental empleado donde se puede observar

el patrón de difracción producido por la fibra en la posición de focalización.

Referencias [1] J.C. Miller y R.F. Haglund, Laser ablation and desorption, Academic press, San Diego, (1998)

[2] P. Gibbon, Short Pulse Laser Interactions With Matter, Imperial College Press, Londres,(2005).

[3] F.J. Salgado-Remacha, J.A. Sánchez-Martín and E. Bernabeu, "Positioning a focused Gaussian beam inside a refractive

cylinder", Opt. Laser Eng. 55, p. 53-58 (2014).

Estudio de la variación en la emisión de la pluma de ablación con la

distancia focal

Maite Irigoyen1, Francisco Javier Salgado-Remacha

2, Eusebio Bernabeu

1

1Grupo Complutense de Óptica Aplicada, Departamento de Óptica, Facultad de CC. Físicas, Universidad

Complutense de Madrid, Avda. Complutense s/n, 28040 Madrid 2Departamento de Física Aplicada, Facultad de Ciencias, Universidad de Zaragoza, C/ Pedro Cerbuna 12,

50009 Zaragoza

Resumen: En este trabajo se ha estudiado la evolución de la pluma de ablación al variar la

posición de la muestra respecto a la distancia focal. Se ha utilizado un láser pulsado de

nanosegundos de 355 nm sobre sustratos de acero inoxidable. Se ha analizado la intensidad

luminosa de la emisión lateral de la pluma de ablación mediante un sensor CMOS para

distintas posiciones del sustrato respecto a la distancia focal del láser.

1. Introducción

El proceso de ablación consiste en la retirada de material de la superficie del sustrato en la que incide el láser.

Para ello el haz láser debe superar un umbral de energía por unidad de superficie y estar muy focalizado, lo que

conlleva la vaporización del material formando una nube densa de gas o plasma conocido como la pluma de

ablación [1, 2]. Se ha estudiado la emisión de la pluma de ablación y su relación con la distancia a la que se

posiciona el sustrato, siendo la intensidad de emisión distinta para cada una de estas distancias focales.

2. Desarrollo experimental

Para el proceso de ablación se ha utilizado un láser pulsado de estado sólido de Nd:Vanadato con emisión en

355nm . La técnica de pulsado es la de Q-Switching que permite pulsos de duración temporal del orden de los

nanosegundos. El material sobre el que se trabaja es acero inoxidable Westing 1.4028MO. Para el sistema de

observación se ha dispuesto un sensor CMOS enfocando lateralmente el punto de ablación, el punto de contacto

del haz láser con el sustrato, como vemos en la Figura 1(izquierda) El desplazamiento de la plataforma que

desplaza el sustrato verticalmente para variar la distancia focal se mueve de forma solidaria a la cámara CMOS.

De esta manera podemos observar la intensidad luminosa de la pluma de ablación para cada una de las

posiciones relativas al plano focal. Las grabaciones realizadas en cada una de las posiciones relativas al foco son

redes de difracción de periodo 100 µm. Mediante software desarrollado en LabVIEW, se ha implementado un

sistema de control automatizado que analiza en tiempo real la intensidad de las imágenes proporcionadas por el

sensor.

Figura 1. Pluma de ablación captada con el sensor CMOS (izquierda) y relación entre la pluma de ablación y la apariencia de

la anchura de las líneas ablacionadas en el acero para distintas distancias focales (derecha).

3. Resultados

Se ha encontrado que cuando la muestra está colocada justo en el foco, la emisión de la pluma muestra un

mínimo relativo. Alejando o acercando ligeramente la muestra a la lente se encuentran sendos máximos de

intensidad de la pluma. Este mínimo relativo señala exactamente dónde el sustrato se encuentra en foco y dónde

se consiguen los mejores resultados de ablación, como mostramos en la Figura 1 (derecha), donde la anchura de

las líneas de la red es mínima y una profundidad de la ablación máxima. A medida que nos alejamos del foco

aumenta la intensidad de emisión y las líneas de la red se van ensanchando hasta llegar a una situación máxima

en los desplazamientos en ambas direcciones. A partir de estas posiciones la intensidad de la pluma desciende y

las líneas de la red son menos profundas y más anchas. Mediante el análisis en tiempo real de la intensidad en

cada posición se triangula el mínimo relativo entre máximos y se posiciona el sustrato en la distancia focal. Esta

técnica facilita la tarea de búsqueda de foco en procesos de ablación sobre acero.

Referencias [1] J. C. Miller, R. F. Haglund, Laser ablation and desorption, Academic Press, San Diego (1998).

[2] Leonid V. Zhigilei et al, “A microscopic view of laser ablation”, J. Phys. Chem. B1998,102,2845-2853.

Activación de estructuras localizadas en un VCSEL de área ancha usando guía de ondas electro-ópticas de tipo embudo

R. Martinez-Lorente,1 J. Parravicini,2 M. Brambilla,3;4 L. Columbo,3;4 F. Prati,5;6 C. Rizza,5;7 G. Tissoni,8A. J. Agranat,9 and E. DelRe2

1. Departamento de Optica, Universitat de Valencia, Spain

2. Dipartimento di Fisica and IPCF-CNR, “Sapienza” Universit`a di Roma, I-00185 Roma, Italy

3. Dipartimento Interateneo di Fisica, Universit`a e Politecnico di Bari, I-70126 Bari, Italy

4. CNR-IFN, Bari I-70126, Italy

5. Dipartimento di Scienza & Alta Tecnologia, Universit`a dell’Insubria, Como I-22100, Italy

6. CNISM, Research Unit of Como, Como I-22100, Italy

7. CNR-SPIN, Coppito L’Aquila I-67100, Italy

8. INLN, CNRS, Universit´e de Nice Sophia Antipolis, Valbonne F-06560, France

9. Applied Physics Department, Hebrew University of Jerusalem, IL-91904 Israel

Resumen: Los VCSEL son sistemas robustos, compactos y de rápido tiempo de respuesta,

además pueden soportar estructuras localizadas, estacionarias y biestables conocidas como

solitones de cavidad. Son dispositivos ideales para aplicaciones potenciales como el

almacenamiento temporal de información obtenida de manera directa desde una fuente óptica.

En este trabajo se han obtenido estos solitones de cavidad codificando su fase, de manera que

pueden activarse y desactivarse de manera controlada, esencial para funciones lógicas ópticas.

Uno de los principales problemas dentro del campo de la fotónica es el almacenamiento temporal de

información directamente desde una corriente óptica. Una plataforma ideal es el VCSEL, cuándo es conducido

externamente por un campo láser coherente y operado por debajo del umbral, puede soportar estructuras de luz

localizadas y estables (Fig.1a) [1]. Demostramos el encendido de una estructura óptica localizada de 11m

(medido a máxima anchura a media altura FWHM) dentro de un cavidad VCSEL de área ancha (200 m de

diámetro) a través de una guía de ondas de tipo embudo electro-activada en un cristal KTLN (Fig. 1b) [2].

También mostramos como la estructura localizada puede ser apagada sintonizando la fase del haz de escritura

siendo de esta manera biestable en una haz de fondo homogéneo (Fig.1c-d) [3].

a) b)

c) d)

Figura 1: Representación esquemática de un VCSEL con ensamblaje de encendido electro-óptico a); Estructura óptica

excitada tras ser encendido el haz de escritura b). Modulador de fase implementado en una guía de ondas de tipo embudo. La

fase (medida en rojo, son la intensidad generada por la interferencia con un haz de referencia) varía en proporción a V2

mientras la modulación en intensidad (medida en verde) se mantiene constante a alto voltaje c). Biestabilidad óptica: la

estrucura localizada en el VCSEL es activada y desactivada por el cambio de fase del haz de escritura d). Referencias [1] E. Averlant, M. Tlidi, H. Thiendpont et al. ”Experimental observation of localized structures in medium size VCSELs,”

Opt. Express 22, 762 (2014).

[2] J. Parravicini, M. Brambilla, L. Columbo, F. Prati, C. Rizza, G. Tissoni, A.J. Agranat and E. DelRe, ”Observation of

electro-activated localized structures in broad area VCSELs,” Opt. Express 22, 30225 (2014).

[3] J. Parravicini, R. Martnez-Lorente, F. Di Mei, D. Pierangeli, A. J. Agranat, and E. DelRe, ”Volume integrated phase-

modulator based on funnel waveguides for reconfigurable miniaturized optical circuits,” Opt.Lett, 40 (2015)1386-13389.

Retrieving complex fields with a phase-only SLM

O. Mendoza-Yero, M. Carbonell-Leal, C. Doñate-Buendia, G. Mínguez-Vega, and J Lancis Institut de Noves Tecnologies de la Imatge (INIT), Universitat Jaume I, 12080 Castelló, Spain

Abstract: We demonstrate that complex transmittance functions, with amplitude and phase

information, can be encoded into a phase-only spatial light modulator (SLM). The method is

based on the decomposition of a complex function into two different phases. To increase the

compactness and robustness, both phases are encoded in a single phase element. The complex

field is achieved at the output plane of a 4f optical system after a low-pass filtering.

We introduce an implementation of a complex field modulation into a SLM that utilizes the double phase

hologram (DPH) representation. The modulation is based in the fact that any complex transmittance function

)],(exp[),(),( yxiyxAyxU can be decomposed in two phases quantities in the form

)],(exp[)],(exp[),( 21 yxiByxiByxU where 2/maxAB being maxA the maximum value of ),( yxA ,

]/),([cos),(),( max1

1 AyxAyxyx and ]/),([cos),(),( max1

2 AyxAyxyx [1]. The two phases are

located as neighboring pixels following a checkerboard pattern distribution. In this way, the white pixels of the

checkerboard pattern have the information of ),(1 yx , whereas the black ones mapping the phase ),(2 yx .

A heuristic explanation of the behavior of our system is as follows. In DPH the coherent superposition of

the wave fields generated by the two phases ),(1 yx and ),(2 yx is required to obtain the complex

transmittance. In our configuration, the SLM is located in the input plane of a 4f imaging system. In this way, the

output plane is provided approximately by the convolution of the magnified spatially reversed complex field

with the point spread function (PSF) of the system. When the PSF approximates to a delta function, this

indicates that the quality of the image system is very good and prevents of the mixing of the two phases,

consequently the coherent sum of the two waves fields does not happens. To obtain the complex field at the

output plane, we slightly reduce the quality of the PSF by performing a low pass filtering in the Fourier plane

with an iris. When the spatial frequencies (that corresponds to the spectrum of the band-limited function

),( yxU ) until the first order pass through the filter, the information of both phases is mixed and we obtain the

desired complex field in the output plane. An experimental example of some original and retrieved amplitude

and phase is shown in Fig. 1. A detailed explanation of these results can be found in Ref [2].

Figure 1.- Comparison between the encoded complex field and corresponding experimental results.

References [1] C. K. Hsueh and A. A. Sawchuk, "Computer-generated double-phase holograms" Appl. Opt. 17, 3874 (1978).

[2] O. Mendoza-Yero, G. Mínguez-Vega, and J. Lancis, "Encoding complex fields by using a phase-only optical element"

Opt. Lett. 39, 1740 (2014).

Perfectly-circular bottle beams

Mahin Naserpour1, Carlos Díaz-Aviñó1, Carlos J. Zapata-Rodríguez1 and Juan J. Miret2

1Departament d’Òptica i Optometria i Ciències de la Visió, Universitat de València, C/ Dr. Moliner 50, 46100 Burjassot

2Departamento de Óptica, Farmacología y Anatomía, Universidad de Alicante, P.O. Box 99, Alicante

Resumen: We designed an ultra-narrow metal-dielectric nanostructure to generate in-plane hollow beams with a nearly-full circular light shell. For that purpose we used a simple method based on modulating centro-symmetric optical wavefronts. We numerically demonstrated that engineered tapered nano-slits enable a beam shaping to simultaneously accelerate the incident wavefield leading to two mirror-symmetric trajectories. Such device can be used as an optical bottle.

Optical bottle beams that contain an intensity null point generated considerable interest due to their potential application in optical confinement of laser-cooled atoms and in optical tweezers systems. This bottling effect appears when plane waves in the Fourier expansion of beams interfere destructively to generate a bottle or a null intensity point at the center of the beam. Alternatively, accelerating beams, such as Airy beams, that additionally constitutes the closed boundary of a geometrical shadow, instead of a null point, have been proposed to be used as optical bottles [1].

Since the intensity peak of an Airy beam follows a parabolic trajectory much like the ballistics of projectiles, the shape of the optical bottle produced by this sort of paraxial accelerating beam is limited to the parabolic caustic curve. This fundamental limit may be overcome since Fourier-space generation of arbitrary accelerating beams allows the propagation along controlled curvilinear trajectories [2]. For instance, nonparaxial accelerating waves in two dimensions, whose intensity profiles are roughly preserved within a range of propagation distances, and whose maxima follow semicircular paths, were recently proposed [3].

In this study we propose a new method to synthesize an optical bottle exhibiting all-inclusive circular symmetry, integrating forward-only propagating waves. To construct these waves we combine two concentric incomplete Bessel beams by applying the concept of symmetrization in a notably dissimilar way of that discussed in Ref. [4]. For that purpose we follow a method previously shown in Ref. [5] which is essentially, inducing a controlled phase delay using a metal-dielectric array with nanoscale size that optically behaves like an effective uniaxial crystal. Our multilayered metal-dielectric nanostructure is piecewise periodic in the angular coordinate, thus enabling to transform a high-aperture focused beam into a mirror-symmetric accelerating beam nearly enclosing a circular region. Specifically, the required phase distribution can be realized by a properly designed metallic grating.

Referencias [1] I. Chremmos, P. Zhang, J. Prakash, N.K. Efremidis, D.N. Christodoulides, Z. Chen, “Fourier-space generation of abruptly autofocusing beams and optical bottle beams ,” Opt. Lett. 36, 3675 (2011). [2] L. Froehly, F. Courvoisier, A. Mathis, M. Jacquot, L. Furfaro, R. Giust, P. Lacourt, J. Dudley, “Arbitrary accelerating micron-scale caustic beams in two and three dimensions,” Opt. Express 19, 16455 (2011). [3] P. Zhang, Y. Hu, D. Cannan, A. Salandrino, T. Li, R. Morandotti, X. Zhang, Z. Chen, “Generation of linear and nonlinear nonparaxial accelerating beams,” Opt. Lett. 37, 2820 (2012). [4] P. Vaveliuk, A. Lencina, J.A. Rodrigo, O.M. Matos, “Symmetric Airy beams,” Opt. Lett. 39, 2370 (2014). [5] M. Naserpour, C.J. Zapata-Rodríguez, A. Zakery, J.J. Miret, “Highly localized accelerating beams using nano-scale metallic gratings,” Opt. Commun. 334, 79 (2015).

Doble refracción en metamateriales con índice cero

D. Pastor1, C. Díaz-Aviñó1, M. Naserpour1, C.J. Zapata-Rodríguez1, y J.J. Miret2 1Departament d’Òptica i Optometria i Ciències de la Visió, Universitat de València,

c/ Dr. Moliner 50, 46100 Burjassot 2Departmento de Óptica, Farmacología y Anatomía, Universidad de Alicante,

Carretera de San Vicente del Raspeig, s/n, 03690 Alicante

Resumen: En esta contribución se examinan las propiedades ópticas de los materiales multicapa metal-dieléctrico. En regímenes sub-λ puede observarse un fenómeno de doble refracción inducido por efectos no locales. Se incluye un análisis del flujo de energía reflejado y transmitido, considerando separadamente los dos haces refractados para diferentes configuraciones.

Los últimos avances en nanotecnología van dirigidos a la producción de materiales artificiales versátiles, con propiedades ópticas únicas. Las técnicas existentes para la fabricación de dispositivos multicapa nanométricos van más allá del límite impuesto por la profundidad de penetración de campo a partir del cual se considera un metal opaco. Es decir, desde el punto de vista tecnológico es posible producir materiales multicapa metal-dieléctrico (MD) semi-transparentes [1]. La anisotropía extrema no resonante que caracteriza a los materiales multicapa MD periódicos es responsable de fenómenos tales como la refracción negativa y la canalización de señales sub-λ [2]. Estos fenómenos convierten a los cristales fotónicos sub-λ en excelentes candidatos para la formación de imágenes nanométricas, el diseño de biosensores y para el desarrollo de materiales fluorescentes [3,4].

El acoplamiento de ondas electromagnéticas de alta frecuencia espacial propiciado por los plasmones de superficie puede dar lugar al fenómeno de la doble refracción. Bajo ciertas condiciones, un haz láser que viaja a través de un medio dieléctrico isótropo, e incide en un cristal fotónico MD, es capaz de excitar un par de haces simultáneamente en el dispositivo MD. Estos haces tienen refracciones de signo opuesto entre sí [5]. La doble refracción es un efecto extensamente estudiado que se puede observar en los materiales uniáxicos, sin embargo, en este caso se produce por el notablemente diferente comportamiento dispersivo de los campos TM y TE dentro de un cristal plasmónico. Recientemente se ha extendido el estudio de la doble refracción (con refracción positiva y negativa) en medios quirales [6]. Por el contrario, el caso de los materiales MD, la doble refracción se produce solo en los modos con polarización TM.

La interpretación física de la doble refracción que exhiben las ondas con polarización TM propagándose en cristales plasmónicos sub-λ se basa en la forma peculiar de las curvas de dispersión, que debido a efectos no locales constan de dos ramas. Cada rama rige la dispersión de uno de los haces refractados [7]. Siempre que las ramas estén suficientemente cerca para evitar un gran desajuste en la impedancia se logra un buen acoplamiento en ambas ramas.

También hemos analizamos el flujo de energía que se asocian tanto a la refracción positiva como a la negativa en Ag-TiO2 bajo diferentes configuraciones. En los regímenes en los que la aproximación de medio efectivo predice una dispersión elíptica, se espera que la refracción negativa sea más fuerte que la refracción positiva. Este efecto es especialmente significativo para ángulos de incidencia grandes. Es importante destacar que el flujo de energía se puede repartir de manera equitativa en cada haz, allanando el camino para el diseño de divisores de haz ultraplanos.

Referencias [1] H.N.S. Krishnamoorthy, and Z. Jacob and E. Narimanov and I. Kretzschmar and V.M. Menon, “Topological transitions in metamaterials,” Science 336(6078), 205 (2012) [2] P.A. Belov and Y. Hao, “Subwavelength imaging at optical frequencies using a transmission device formed by a periodic layered metal-dielectric structure operating in the canalization regime,” Phys. Rev. B 73(11), 113110 (2006) [3] C.J. Zapata-Rodríguez and D. Pastor and J.J. Miret and S. Vuković, “Uniaxial epsilon-near-zero metamaterials: from superlensing to double refraction,” J. Nanophotonics 8(12), 083895 (2014) [4] Y Guo and W. Newman and C.L. Cortes and Z. Jacob, “Applications of hyperbolic metamaterial substrates,” Adv. OptoElectron. 2012, 452502 (2012) [5] A.A. Orlov, P.M. Voroshilov, P.A. Belov, Y.S. Kivshar, “Engineered optical nonlocality in nanostructured metamaterials,” Phys. Rev. B 84(4), 045424 (2011) [6] G. Castaldi and V. Galdi and A. Alù and N. Engheta, “Nonlocal transformation optics,” Phys. Rev. Lett. 108(6), 045122 (2012) [7] A.V. Chebykin and A.A. Orlov and C.R. Simovski and Y.S. Kivshar and P.A. Belov, “Nonlocal effective parameters of multilayered metal-dielectric metamaterials” Phys. Rev. B 86, 115420 (2012)

Detección y estudio de un evento de alta turbiedad atmosférica en Castilla y León a través de medidas fotométricas

M.A. Burgos, V.E. Cachorro, D. Mateos, C. Toledano, R. González, R. Román,

C. Velasco-Merino, A. Calle, and A. M. de Frutos Grupo de Óptica Atmosférica, Facultad de Ciencias, Universidad de Valladolid, Paseo Belén 7, CP47011,

Valladolid, España.

Resumen: Los eventos de alta turbiedad atmosférica se pueden estudiar a través de métodos

ópticos con el objetivo de conocer el impacto de los aerosoles en los niveles de carga de

aerosol en columna y en superficie, las posibles modificaciones en las propiedades

microfísicas y ópticas de éstos y el impacto en el balance radiativo del sistema tierra-

atmósfera.

La red AERONET proporciona, a través de las medidas de radiancia obtenidas con fotómetros solares,

datos del espesor óptico de aerosoles (AOD440nm) y del exponente de Ångström (Alpha440-870nm). El estudio

simultáneo de ambas magnitudes conforma una herramienta útil y fiable a la hora de detectar y evaluar eventos

de alta turbiedad atmosférica. En concreto, los datos de la estación de Palencia, nos permitirán estudiar las

intrusiones de diversos tipos de aerosol en la zona centro-norte de España.

El mes de julio de 2013 presentó un evento caracterizado por su larga duración (14 días, desde el 9 al 22) y

por la complejidad a la hora de discernir el tipo de aerosol que llegaba a la zona de estudio, siendo la mayor

parte de la intrusión clasificada como continental antropogénica tal y como se muestra en la Tabla 1. Para

detectar un evento, se fijan umbrales para ambas magnitudes, AOD y Alpha, que serán específicos de la zona

concreta de estudio. En nuestro caso, se considerará que un día presenta intrusión, si el valor de AOD>0.18.

Como se muestra en la Figura 1, durante los días que componen el evento se superó holgadamente este umbral

(tres días con valores de AOD superiores a 0.4), recuperándose los valores de fondo a partir del día 23. A su vez,

valores de Alpha superiores a 1.5, indicarán presencia de aerosol de tipo continental antropogénico (CA),

mientras que valores de Alpha comprendidos entre 1.0 y 1.5, indicarán que dicho aerosol continental

antropogénico está mezclado con aerosol de tipo local (CHT).

Para corroborar la clasificación de un evento, se utilizará información adicional como la concentración de

partículas con diámetro menor a 10 μm (PM10) y 2.5 μm (PM2.5) y las retro-trayectorias de las masas de aire. La

complejidad que conlleva clasificar un día de alta turbiedad radica en la recirculación de masas de aire a diversas

alturas, que provocan una mezcla del aerosol (continental antropogénico en nuestro estudio) con el aerosol local,

(como ocurre los días 14, 16 o 17), así como la llegada de masas de aire de origen africano, que disminuyen el

valor de Alpha y provocan la mezcla del aerosol existente con el desértico (como ocurre los días 20, 21 ó 22).

Día Clasificación AOD Alpha

9 CHT 0.20 1.06 10 CA 0.58 1.67 11 CA 0.29 1.58 12 CA 0.35 1.64 13 CA 0.34 1.53 14 CHT 0.41 1.34 15 CA 0.39 1.56 16 CHT 0.42 1.47 17 CHT 0.37 1.43 18 CA 0.20 1.54 19 CA 0.29 1.53 20 CHT 0.30 1.48 21 CA 0.38 1.51 22 CHT 0.27 1.40

Tabla 1.-Clasificación de cada día que compone el

evento de alta turbiedad. Valores medios diarios de AOD

y Alpha.

Figura 1.- Valores instantáneos de AOD y Alpha.

Valores diarios de PM10 y PM2.5. Las líneas azules

representan el valor umbral para AOD y PM10, respectivamente.

Agradecimientos Los autores agradecen al MINECO por la beca FPI BES-2012-051868 y los proyectos CGL2011-23413, CGL2012-3356. Agradecimientos especiales a AERONET-PHOTONS-RIMA y EMEP por proveer con los datos de sus observaciones, a European Union Seventh Framework

Programme (acuerdo Nr. 262254 [ACTRIS]) y a la Consejería de Medio Ambiente de la Junta de Castilla y León por apoyar esta

investigación.

Comportamiento óptico de tejidos en medio acuático utilizando

simulaciones numéricas de Montecarlo

Jesús Campoy, Ana Pilar González-Marcos Dpto. de Tecnología de Fotónica y Bioingeniería, Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación,

Universidad Politécnica de Madrid

Resumen: Esta publicación recoge el trabajo llevado a cabo sobre modelado teórico y simulación del estudio de las propiedades ópticas de la piel y del agua del mar, como ejemplos paradigmáticos de medios heterogéneos. El principal objetivo de la contribución es observar las diferencias en transmitancia y reflectancia de un tejido de piel caucásica simulado “seco” de otro “mojado” con el fin de obtener tasas diferenciación y caracterización.

Esta publicación llevará a cabo un trabajo sobre modelado teórico y simulación del estudio de las propiedades ópticas de la piel y del agua del mar. Se ha tomado como punto de partida el estudio de la propagación de la radiación óptica, más concretamente de la radiación láser, en un tejido biológico de piel caucásica. La importancia de la caracterización óptica de un tejido es fundamental para manejar la interacción radiación-tejido que permite tanto el diagnóstico como la terapéutica de enfermedades y/o de disfunciones en las Ciencias de la Salud. Sin olvidar el objetivo de ofrecer una metodología de estudio, con un «enfoque ingenieril», de las propiedades ópticas en un medio heterogéneo, que no tiene por qué ser exclusivamente el tejido biológico. Este trabajo se centrará en presentar distintas caracterizaciones de un mismo modelo de piel en la que se estudiarán diferentes propiedades ópticas como la transmitancia y reflectancia del tejido y su diferenciación si dicho tejido está “seco” o “mojado” (dentro del mar).

Para ello los autores han utilizado el programa comercial TracePro® en la que han simulado para la obtención de las propiedades de transmitancia y reflectancia, 2 fotodetectores idénticos colocados a 0.3 mm antes de la piel para obtener la reflectancia y otro a una distancia de 0.1 mm posterior a la piel para medir su transmitancia. El detector presenta las propiedades de InGaAs tipo PT521 y una fuente excitante circular y monocromática de 0.01 milímetros de radio, con una potencia total de 1 Vatio de radiación. Se emplearán distintas longitudes de onda para ver los distintos efectos.

La principal novedad y originalidad de la contribución radica en que, hasta donde conocen los autores, no hay ningún estudio parecido en la bibliografía existente.

En las siguientes figuras podemos observar un ejemplo de lo que se quiere buscar. En ellas podemos ver el funcionamiento de Montecarlo con cada fotón simulado, el modelo de piel mallado por capas empleado, y un ejemplo de transmitancia. En la versión póster del artículo, se encuentran las diferencias halladas de manera más detalladas en las propiedades ópticas mencionadas entre un tejido “seco” y “mojado”, haciendo un importante hincapié en los efectos que un medio como el agua tiene en la piel ante una radiación láser.

Figura 1 – De izquierda a derecha.- Comportamiento de un fotón en la simulación, mallado de piel en el programa con sus

distintas capas que forman la piel,.

Figura 2 – Ejemplo de patrón de radiación de una piel “seca” (izquierda) con una “mojada” (derecha) a una longitud de onda de 750 nm

Modelización del comportamiento de lentes holográficas para concentración solar

P. Bañares1, J. Marín-Saez2, S. Álvarez1, M.V. Collados1, D. Chemisana2, J. Atencia1

1Universidad de Zaragoza. Departamento Física Aplicada. Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón (I3A).

Facultad de Ciencias. Pedro Cerbuna, 12. 50009 ZARAGOZA (España) 2Departamento de Ciencias Ambientales (Sección de Física Aplicada), Universidad de Lleida,

Escuela Politécnica Superior, Jaume II 69, 25001 LLEIDA (España).

Resumen: Se ha desarrollado un algoritmo de trazado de rayos en lentes holográficas, tanto esféricas como cilíndricas, que permite analizar su comportamiento cuando se utiliza con luz solar. Para ello se calcula la distribución de energía en el plano de la célula fotovoltaica teniendo en cuenta la selectividad angular y cromática propia de los hologramas de volumen.

En los últimos años se han propuesto numerosos diseños de concentradores solares basados en elementos holográficos de transmisión y de volumen, tanto con redes planas como con lentes esféricas [1] o cilíndricas [2, 3]. Se utilizan hologramas de volumen debido a su alta eficiencia (teóricamente del 100%), bajo coste y escaso peso, aunque presentan dos características que pueden limitar su uso como concentradores solares: la selectividad angular y la selectividad cromática. En las lentes holográficas, en las que al menos una de las ondas de registro no es plana, el ángulo entre haces es distinto para cada punto del holograma, con lo que la selectividad angular y cromática varía a lo largo del elemento.

En este trabajo se ha desarrollado un algoritmo de modelización del comportamiento de lentes holográficas mediante trazado de rayos, que calcula la energía difractada por cada rayo. Mediante este algoritmo se ha desarrollado un programa que permite el análisis local de la selectividad angular y cromática del concentrador, y el análisis de la eficiencia global, integrando a toda la apertura del elemento. A partir de la distribución de impactos en el plano de la célula fotovoltaica y de la energía de cada rayo se obtiene el factor de concentración real del sistema.

En la figura 1(a) se muestra el esquema de registro de una lente holográfica cilíndrica y de uso como concentrador solar. La figura 1(b) muestra el diagrama de impactos y la figura 1(c) el coeficiente de concentración espectral para cada punto de la célula. El área sombreada de la figura 1(c) representa el área de la célula fotovoltaica.

Con el algoritmo de modelización se está trabajando en la optimización de la geometría de registro de elementos holográficos teniendo en cuenta el espectro solar y la sensibilidad espectral de las células fotovoltaicas [4].

(a) (b) (c) Figura 1.- (a) Esquema de registro de una lente cilíndrica biaxial y su uso para concentración solar.

(b) Diagrama de impactos en el plano de la célula (c) Coeficiente de concentración espectral en el plano de la célula Referencias [1] D.Zhang, M. Gordon, J. M. Russo, S. Vorndran, R.K. Kostuk, “Spectrum-splitting photovoltaic system using transmission holographic lenses,” Journal of Photonics for Energy 3, 034597-1 (2013) [2] J. E. Ludman, J. Riccobono, I. V. Semenova, N. O. Reinhand, W. Tai, X. Li, G. Syphers, E. Rallis, G. Sliker, J. Martin, “The optimization of a holographic system for solar power generation”, Sol. Energy 60,1-9 (1997) [3] D. Chemisana, M.V. Collados, M. Quintanilla, J. Atencia, “Holographic lenses for building integrated concentrating photovoltaics”, Appl. Energ. 110, 227-235 (2013) [4] P. Bañares-Palacios, S. Álvarez-Álvarez, J. Marín-Sáez, M. V. Collados, D. Chemisana, and J. Atencia, “Broadband behavior of transmission volume holographic optical elements for solar concentration”, aceptado en Opt. Exp.

Fabricación de microlentes por medio de una tecnología híbrida láser

Tamara Delgado, Daniel Nieto, y María Teresa Flores-Arias

Grupo de Microóptica y óptica GRIN, Departamento de Física Aplicada, Facultad de Física, Universidad de Santiago de Compostela. 15782 Santiago de Compostela, España

Resumen: Presentamos una tecnología híbrida láser para la fabricación de matrices de microlentes en sustratos de vidrio soda-cálcico, basada en la combinación de la técnica de escritura directa láser y un tratamiento térmico asistido por un láser de CO2. El gran número de aplicaciones que presentan las microlentes en campos como comunicaciones ópticas [1], sensores [2] o procesado de imagen [3] entre otros; ha hecho que se desarrollen en los últimos años diversos métodos de fabricación. Entre las técnicas más comunes podemos destacar las técnicas litográficas [4], el replicado por presión [5] o la ablación con láseres de excímero [6]. En este trabajo se presenta una técnica híbrida láser para la fabricación de matrices de microlentes en sustratos de un vidrio soda-cálcico comercial. El método que se ha desarrollado se basa en la combinación de la técnica de escritura directa por medio de la ablación láser, más un tratamiento térmico posterior asistido por un láser de CO2. Un láser de Nd:YVO4 pulsado en régimen Q-Switch, con pulsos de nanosegundos, se emplea para fabricar por medio de la ablación láser las microestructuras iniciales, micropostes, (ver figura 5a). A continuación, un láser de CO2 acoplado a un horno nos permite remodelar los micropostes fabricados, mejorando así la calidad morfológica y óptica de los mismos; y obteniendo finalmente microlentes con un diámetro de 50 µm y una profundidad de 1,5 µm [Figura 5(b)]. Figura 1. – Imágenes tomadas con el microscopio confocal SENSOFAR PLµ 2300 de: (a) postes cilíndricos obtenidos por medio del proceso ablativo y (b) microlentes finales obtenidas tras el tratamiento térmico aplicado. El método desarrollado nos permite preservar las ventajas de la técnica de escritura directa láser en términos de flexibilidad, simplicidad o fabricado rápido entre otros; como ya mostramos con trabajos anteriores [7]. Además, en este caso el tratamiento térmico alternativo que se presenta, asistido por un láser de CO2, nos permite solventar algunos de los problemas presentes en los tratamientos térmicos convencionales; como choques térmicos o el pegado del sustrato al molde utilizado para implementar los mismos. Referencias [1] Smith PJ, Taylor CM, McCabe EM, Selviah DR, Day SE, Commander LG. “Switchable fiber coupling using variable-focal-length microlenses”. Rev Sci Instrum, 72:3132-3134 (2001). [2] Artzner G. “Microlens arrays for Shack-Hartmann wavefront sensor”. Opt Eng, 316:1311-1322 (1992). [3] Arimoto H, Javidi B. “Integral three-dimensional imaging with digital reconstruction”. Opt Lett, 26:157-159 (2001). [4] Kunnavakkam MV, Houlihan FM, Schlaz M, Liddle JA, Kolodner P, Nalamasu O, Rogers JA. “Low-cost, low-loss microlens arrays fabricated by soft-lithography replication process”. Appl Phys Lett, 82:1152-1154 (2003). [5] Pan CT, Wu TT, Chen MF, Chang YC, Lee CJ, Huang JC. “Hot embossing of micro-lens array on bulk metallic glass”. Sens Actuators A: Phys, 141:422-431 (2008). [6] Naessens K, Ottevaere H, Van Daele P, Baets R. “Flexible fabrication of microlenses in polymer layers with excimer laser ablation”. Appl surface science, 208:159-164 (2003). [7] Nieto D, Flores-Arias MT, O’Connor GM, Gomez-Reino C. “Laser direct-write technique for fabricating microlens arrays on soda-lime glass with a Nd: YVO4 laser. A Opt, 49:4979-4983 (2010).

a) b)

Efecto del incendio en los Arribes del Duero (Agosto 2013) sobre las propiedades ópticas y microfísicas de la carga de aerosol

D. Mateos, V.E. Cachorro, M.A. Burgos, C. Toledano, R. González, R. Román, C. Velasco-

Merino, A. Calle, and A. M. de Frutos Grupo de Óptica Atmosférica, Facultad de Ciencias, Universidad de Valladolid, Paseo Belén 7, CP47011,

Valladolid, España.

Resumen: El incendio registrado en los Arribes del Duero (provincia de Zamora) calcinó más de 2000 ha de terreno fundamentalmente compuesto de monte bajo, encina, roble, enebro y pasto. Debido a las condiciones sinópticas, se produjo un transporte de aerosol atmosférico a otras zonas del centro peninsular. Este estudio presenta la caracterización e impacto de este incendio en la carga de aerosol, así como en sus propiedades ópticas y microfísicas.

La provincia de Zamora registró varios incendios entre el 21 y el 23 de Agosto de 2013, uno de ellos, afectando al Parque Nacional de Los Arribes del Duero, causó importantes daños ecológicos e incluso económicos en la comunidad autónoma de Castilla y León. Por primera vez, se muestra el impacto que este incendio causó en los niveles de carga de aerosol en columna y en superficie, así como los cambios en sus propiedades microfísicas y ópticas. Para ello, se utilizan datos de aerosoles medidos en columna en la estación de Palencia y perteneciente a la red AERONET, mientras que los datos de concentración de partículas son de la estación de fondo de Peñausende (Zamora) perteneciente a la red EMEP.

El mes de Agosto de 2013 destacó por una baja incidencia del aerosol proveniente del Desierto del Sáhara. Únicamente, los dos primeros días se pueden caracterizar bajo una influencia Africana. Los únicos valores a lo largo del mes que exceden los valores típicos de concentración de partículas menores de 10 μm (PM10) y 2.5 μm (PM2.5) se registraron entre el 21 y 23 de agosto de 2013 con 40 y 30 μg m-3, respectivamente, coincidiendo con los incendios. En particular, el último día también presentó un valor muy elevado del espesor óptico de aerosoles (AOD) en toda la columna por encima de 0.6 (ver Fig. 1). De los valores de PM2.5 con respecto al PM10, y del valor del exponente alpha de Ångström se puede concluir la presencia de partículas del modo fino, habituales cuando se dan situaciones de quema de biomasa. Se registraron valores del albedo de dispersión simple (SSA) en torno a 0.8, lo cual indica un alto poder absorbente por parte de los aerosoles presentes. Una de las consecuencias más relevantes de este fenómeno es su impacto radiativo, ya que el día de mayor contenido de aerosol se registraron 100 Wm-2 menos en la superficie terrestre de los que hubiesen correspondido con una atmósfera limpia.

Figura 1.- Evolución temporal en Agosto 2013del espesor óptico de aerosoles a 440nm (AOD440nm), concentración de partículas (PM10 y PM2.5), exponente alpha de Ångström, albedo de dispersión simple (SSA) y factor de asimetría (g) a

440nm, y forzamiento radiativo en superficie (BOA) y en la cima de la atmósfera (TOA).

Agradecimientos Los autores agradecen a las redes AERONET (por los datos de la estación de Palencia) y EMEP (por los datos de Peñausende). También se agradece el soporte financiero proporcionado por los siguientes proyectos: FP7/2007-2013 bajo la acción 262254 [ACTRIS]; CGL2011-23413 y CGL2012-33576 del MINECO; y a la Consejería de Medio Ambiente de la Junta de Castilla y León por el proyecto AERQUA.

7/8/13 14/8/13 21/8/13 28/8/13Agosto 2013

0

20

40

PM10

PM

2.5 (µ

g m

- 3) 0

0.4

0.8

AO

D44

0nm

7/8/13 14/8/13 21/8/13 28/8/13Agosto 2013

-100

-50

0

RF B

OA R

F T OA (W

m- 2) 0.6

0.7

0.8

0.9

1

SSA

440n

m

g 44 0

nm

0.5

1

1.5

a lph

a

Development of a 3D micromachining laser system by using femtosecond laser pulses.

René I. Rodríguez-Beltrán and Pablo Moreno Grupo de Investigación en Microprocesado de Materiales con Láser-GIMMLASER, Universidad de

Salamanca, Pl. de la Merced s/n, Salamanca, E-37008 Spain.

A development of a software for 3D femtosecond laser micromachining process is presented.

The software system analyzes and processes a 3D point cloud set obtained from laser scanning,

makes the toolpath information and finally creates the G code to control the positioning system

to perform the laser processing.

Processing of complex geometry samples (3D) by using femtosecond laser pulses is difficult to perform.

On one hand, as a nonlinear process depending on the pulse intensity, the control of the fluence on the processed

area is a crucial issue. Therefore, the control of working distance and incidence angle is a key issue to produce

homogeneous microstructuring all over the sample surface. On the other hand, the available laser system in our

lab does not allow laser beam manipulation. So far, sample 3D motion is required to ensure fluence control on its

surface.

Nowadays, the most of postprocessor and tool path generation commercial software is dedicated to

conventional computing numerical control (CNC) equipment. A few of this kind of software are dedicated to

driving laser systems. In order to make a software system that allows femtosecond laser microprocessing, it is

mandatory to consider not only laser but also driving parameters which influence the process. Therefore, the G

code generated must describe the motion of the positioning system by manipulating the sample to allow always

the normal incidence of the focused laser beam on the surface of the sample. An integral software that generates

G code to drive a laser microprocessing system is described as follows. The 3D point cloud of an object is obtained by using a scanning optical system based on holographic

conoscopy [1] (Conoprobe Mark III, Optimet). A laser beam is emitted from the device and is focused on the

surface of the sample to be measured. The light reflected off the surface of the sample travels back to the sensor,

where an anisotropic crystal allows the generation of an interference pattern which is detected by a CCD. Signal

processing algorithms are then used to get the distance of the object to the device. Laser scanning produces a model

with precision of few microns.

Once the model of the sample is obtained, the disordered 3D point set is analyzed and processed by using

Computational Geometry Algorithms library (CGAL) [2]. This stage involves the following steps: outlier removal;

a simplification to reduce the number of input points; filtering to reduce noise in initial data; normal estimation

and orientation; and finally, the surface reconstruction. The Poisson surface reconstruction method is used and a

mesh of the point set is generated as output [3]. Basically, the Poisson algorithm computes an implicit function

which is an approximate indicator function of the inferred solid. To reconstruct the surface allows to have a good

approximation of the model to the real object and to avoid errors that can produce problems during tool path

generation.

The tool path can be calculated from the mesh of the surface. The tool path describes the trajectories that

the positioning system should have to keep fixed the focusing conditions on the sample. A direct surface analysis

is used [4], which considers that the geometric model is built of meshes, and according to each mesh the position

of the tool is estimated. The calculations allow a tangential tool path parallel to the set of curves that constitutes

the 3D meshed model. The path generation method from the meshing of geometric models also allows to avoid

complex interpolations, and so far, the quality of the mesh determines the accuracy of the model.

Once the trajectories of the positioning system are obtained, the G code is generated. Finally, the software

is tested to perform the ultrafast microprocessing of a simple 3D model.

Referencias [1] Gabriel Sirat and Demetri Psaltis, "Conoscopic holography," Opt. Lett. 10, 4-6 (1985)

[2] The CGAL Project. CGAL User and Reference Manual. CGAL Editorial Board, 4.5.2 edition, 2015.

[3] Pierre Alliez, Laurent Saboret, and Gael Guennebaud. “Surface reconstruction from point sets”. In CGAL User and

Reference Manual. CGAL Editorial Board, 4.5.2 edition, 2015.

[4] K.L. Chui, W.K. Chiu and K.M. Yu, “Direct 5-axis tool-path generation from point cloud input using 3D biarc fitting”,

Robotics and Computer-Integrated Manufacturing 24, 270-286 (2008).

Diseño y optimización de retardadores superacromáticos de amplio espectro mediante el uso de láminas retardaroras

J. L. Vilas, J.M. Herrera-Fernandez, L. M. Sanchez-Brea y E. Bernabeu Grupo Complutense de Óptica Aplicada, Departamento de Óptica, Facultad de CC. Físicas, Universidad

Complutense de Madrid, Avda. Complutense s/n, 28040 Madrid

Resumen: Se presenta una técnica de optimización para la obtención de retardadores

acromáticos basada en la optimización de una función de mérito conocida como grado de

acromatismo dependiente del espesor, el acimut y el material de cada lámina del sistema. Dicha

técnica se aplica al caso particular del diseño de un retardador de cuarto de onda usando láminas

retardadoras de cuarzo, Los resultados con sistemas de 3 y 4 láminas presentan en el rango de

400 a 1000 nm retardos de hasta 90º±0.001 º.

Existen multitud de aplicaciones y experimentos que requieren el uso de luz polarizada como comunicaciones,

espectroscopia, computación o técnicas analíticas. La transformación/obtención de estados de polarización se

realiza mediante distintos dispositivos y elementos como son los polarizadores, las láminas retardadoras,

moduladores espaciales de luz, prismas de Fresnel, entre otros. Entre estos estudios, destaca el análisis y diseño

de configuraciones acromáticas, donde el término acromático se define como la capacidad de un sistema óptico

para trabajar adecuadamente dentro de un amplio rango espectral. En este trabajo se propone una técnica sencilla

y de alta precisión basada en la optimización de una métrica que caracteriza acromatismo. Esta métrica -grado de

acromatismo- o función de mérito, representa la distancia pesada por el espectro de luz incidente entre el retardo

global del sistema y un retardo nominal o retardo objetivo que se desea obtener. El retardo global se calcula a

partir del teorema de equivalencia de Jones y depende de los espesores de las láminas, sus acimuts así como de los

materiales que constituyen las mismas. El superacromatismo se logra mediante la optimización del grado de

acromatismo a través de los espesores y los acimuts de las láminas. La optimización en los materiales, se relega a

trabajos futuros. Consideremos el esquema de la Figura 1a. donde N láminas se disponen en cascada. Con esta disposición el sistema

global viene definido por el producto de las N matrices 𝑐𝑗(𝜙𝑗 , 𝛿𝑗) donde 𝜙𝑗 es el acimut y 𝛿𝑗 = 2𝜋(𝑛𝑒 − 𝑛0) 𝑑𝑗 𝜆⁄

el retardo. A partir de estas expresiones se puede obtener el retardo global del sistema 𝛥 [3]. Para conseguir un

retardador acromático en un cierto rango espectral, dicho retardo debe ser constante e independiente de la longitud

de onda. Esto se puede conseguir a partir de la función de mérito grado de acromatismo AcD definida por 𝐴𝑐𝐷 =

∫ |𝛥 − 𝛥0|2𝑔(𝜆)𝑑𝜆

𝛺/∫ 𝑔(𝜆)𝑑𝜆

𝛺. Teniendo en cuenta el sistema, el grado de acromatismo global dependerá de

los materiales, n, de los espesores d y de los acimuts, 𝝓. Por lo tanto si fijamos el material, por ejemplo, cuarzo

se puede realizar una optimización de los espesores y los acimuts a partir de la minimización del 𝐴𝑐𝐷 global. En

la Figura 1b se muestra el resultado de la optimización para un sistema compuesto por tres (línea discontinua) y 4

(línea continua) láminas en un rango de 400 – 1000 nanómetros. Como se puede observar nuestra técnica produce

notables resultados con retardos muy cercanos al nuestro objetivo.

Figura 1.-(a) Esquema del sistema a optimizar (b) Retardo global frente a la longitud de onda para las configuraciones de 3

(línea discontinua) y 4 láminas (línea continua). Agradecimientos Este trabajo ha sido parcialmente financiado por el proyecto DPI2011-2751 del Ministerio de

Economía y Competitividad de España y Programa SEGVAUTO-TRIES. Tecnologías 2013 CM S2013/MIT-

2713. Referencias [1] D.S. Kliger y J.W. Lewis, Polarizes light in optics and spectroscopy, Elsevier, (2012) [2] R. Jones, "A New Calculus for the Treatment of Optical Systems," J. Opt. Soc. Am. 31, 488-493 (1941). [3] J. Vilas, L. Sanchez-Brea, and E. Bernabeu, "Optimal achromatic wave retarders using two birefringent wave plates," Appl.

Opt. 52, 1892-1896 (2013).