Tunable Raman photons in singly charged p-doped quantum dots

The obtention of spontaneous Raman photons is analyzed in singly charged p-doped quantum dots in the absence of an external magnetic field. The use of a far detuned single driving laser allows to obtain a Raman photon line which exhibits subnatural linewidth, and whose center can be tuned by changing the detuning and/or the Rabi frequency of the driving field. The Raman photons are produced along the undriven transition and they arise from the weak interaction of the trion states with the nuclear spins. The operating point for the gate voltage of the heterostructure can also be used to modify the linewidth and the peak value of the fluorescent signal.

Sistemas integrables discretos, polinomios matriciales ortogonales y problemas de Riemann-Hilbert

El propósito de esta tesis doctoral es el estudio de la conexión, mediante el problema de Riemann-Hilbert, entre sistemas discretos y la teoría de polinomios matriciales ortogonales. La investigación de los modelos integrables se originó en la Mecánica Clásica, en relación a la resolución de las ecuaciones de Newton [2]. Los trabajos de Liouville, Hamilton, Jacobi y otros sentaron las bases de los sistemas integrables como prototipos modelos resolubles por cuadraturas, v.g., por integración directa [7]. Hay una cantidad importante de investigación dedicada a los aspectos geométricos de los sistemas clásicos integrables y superintegrables [66], [82], especialmente en relación a la separación de variables de la ecuación de Hamilton-Jacobi [75]. Fue la aplicación, en la segunda mitad del siglo pasado, de la transformada espectral inversa para la resolución del problema de Cauchy de la ecuación de Korteweg-de Vries [42, 43] la que marcó el inicio de una nueva etapa en este campo, el del estudio de sistemas integrables con un número infinito de grados de libertad, que generalmente se expresan en términos de jerarquías de ecuaciones no lineales en derivadas parciales. Particularmente reseñable, por su aplicación en la hidrodinámica y en la óptica cuántica, es la aparición de las soluciones a un número de solitones arbitrario. En las últimas tres décadas ha habido un importante interés por el estudio de modelos discretos, v.g., sistemas dinámicos de nidos en un retículo de puntos, y expresados en términos de ecuaciones no lineales en diferencia parciales. Muchas de las técnicas encontradas en el mundo continuo se extendieron a este nuevo contexto discreto. Hay dos razones fundamentales para este interés...

Cuerdas y no conmutatividad

Los conceptos geométricos clásicos que usan las ecuaciones de Einstein para describir el espacio, el tiempo y la gravedad no son compatibles con los principios de la mecánica cuántica. A distancias muy cortas, cercanas o por debajo de la longitud de Planck lp 10−36m, se espera que la estructura del espacio-tiempo se haga difusa, con un principio de incertidumbre asociado a las propias coordenadas espacio temporales. Tal principio de incertidumbre podría derivarse de relaciones de conmutación no triviales [xμ, x ] 6= 0 entre operadores asociados a la posición en el espacio-tiempo. Conmutadores de este tipo aparecen de manera natural en teoría de cuerdas, que, por otra parte, contiene y generaliza las ecuaciones de Einstein. Constituye por ello un escenario idóneo para el estudio de la naturaleza no determinista del espacio-tiempo. En efecto, Chu y Ho [4] demostraron que la cuantización canónica de la cuerda abierta en espacio-tiempo de Minkowski con 2-forma B y dilatón constantes conduce a conmutadores no triviales entre los operadores de posición de los extremos de la cuerda. Este hecho sugiere la interpreción de la D-brana sobre la que pueden moverse dichos extremos como un espacio no conmutativo. Seiberg y Witten [5] dieron un paso más y encontraron un límite de baja energía bien definido en el cual la dinámica de los extremos de la cuerda se desacopla de la de los modos internos y se describe como una teoría de Yang-Mills no conmutativa sobre la D-brana. Es díficil trasladar estos resultados a backgrounds más generales para la cuerda. Los modelos de Wess-Zumino-Witten (WZW) [6] constituyen los backgrounds no triviales mejor conocidos, pero no se conoce una caracterización completa de las D-branas en estos modelos. El objetivo de esta tesis es mejorar la comprensión del origen de no conmutatividad a partir de (i) el estudio de la cuerda abierta en backgrounds no triviales y (ii) la caracterización de las D-branas sobre las que pueden moverse sus extremos. El trabajo de esta tesis ha dado lugar a las publicaciones [I], [II] y [III]...

Principal Component Analysis of Results Obtained from Finite-Difference Time-Domain Algorithms

Finite-Differences Time-Domain (FDTD) algorithms are well established tools of computational electromagnetism. Because of their practical implementation as computer codes, they are affected by many numerical artefact and noise. In order to obtain better results we propose using Principal Component Analysis (PCA) based on multivariate statistical techniques. The PCA has been successfully used for the analysis of noise and spatial temporal structure in a sequence of images. It allows a straightforward discrimination between the numerical noise and the actual electromagnetic variables, and the quantitative estimation of their respective contributions. Besides, The GDTD results can be filtered to clean the effect of the noise. In this contribution we will show how the method can be applied to several FDTD simulations: the propagation of a pulse in vacuum, the analysis of two-dimensional photonic crystals. In this last case, PCA has revealed hidden electromagnetic structures related to actual modes of the photonic crystal.

High-resolution spatial-response measurements of optical nano-antennas in the visible

A few years ago, some of the authors of the paper demonstrated the resonance of optical antennas in the visible frequencies. The results of that paper were obtained using experimental techniques that were primarily developed for the measurement of antenna-coupled detectors in the infrared. In the present paper, we show the results of spatial-response mapping obtained by using a dedicated measurement station for the characterization of optical antennas in the visible. At the same time, the bottleneck in the spatial responsivity calculation represented by the beam characterization has been approached from a different perspective. The proposed technique uses a collection of knife edge measurements in order to avoid the use of any model of the laser beam irradiance. By taking all this into account we present the spatial responsivity of optical antennas measured with high spatial resolution in the visible.

Optimized square Fresnel zone plates for microoptics applications

Polygonal Fresnel zone plates with a low number of sides have deserved attention in micro and nanoptics, because they can be straightforwardly integrated in photonic devices, and, at the same time, they represent a balance between the high-focusing performance of a circular zone plate and the easiness of fabrication at micro and nano-scales of polygons. Among them, the most representative family are Square Fresnel Zone Plates (SFZP). In this work, we propose two different customized designs of SFZP for optical wavelengths. Both designs are based on the optimization of a SFZP to perform as close as possible as a usual Fresnel Zone Plate. In the first case, the criterion followed to compute it is the minimization of the difference between the area covered by the angular sector of the zone of the corresponding circular plate and the one covered by the polygon traced on the former. Such a requirement leads to a customized polygon-like Fresnel zone. The simplest one is a square zone with a pattern of phases repeating each five zones. On the other hand, an alternative SFZP can be designed guided by the same criterion but with a new restriction. In this case, the distance between the borders of different zones remains unaltered. A comparison between the two lenses is carried out. The irradiance at focus is computed for both and suitable merit figures are defined to account for the difference between them.

Optimal phase distributions for polygonal Fresnel lenses

Polygonal Fresnel zone plates can be configured in a variety of forms depending on the number of sides of the polygon and the number of phase steps used. This contribution deals with some specific polygonal designs that tessellate the plane: triangles, squares, and hexagons. The phase distribution is chosen as a continuous one to form a polygonal kinoform. The selected designs have been simulated and its behaviour compared. Although their performance is worse than the circular Fresnel plate, they may present some other advantages as the tessellation capability, and the possibility to fabricate them as extruded profiles.

Measurement limitations in knife-edge tomographic phase retrieval of focused IR laser beams

An experimental setup to measure the three-dimensional phase-intensity distribution of an infrared laser beam in the focal region has been presented. It is based on the knife-edge method to perform a tomographic reconstruction and on a transport of intensity equation-based numerical method to obtain the propagating wavefront. This experimental approach allows us to characterize a focalized laser beam when the use of image or interferometer arrangements is not possible. Thus, we have recovered intensity and phase of an aberrated beam dominated by astigmatism. The phase evolution is fully consistent with that of the beam intensity along the optical axis. Moreover, this method is based on an expansion on both the irradiance and the phase information in a series of Zernike polynomials. We have described guidelines to choose a proper set of these polynomials depending on the experimental conditions and showed that, by abiding these criteria, numerical errors can be reduced.

Analysis of metallic nanoantennas for solar energy conversion

Recently thermo-electrical nanoantennas, also known as Seebeck nanoantennas, have been proposed as an alternative for solar energy harvesting applications. In this work we present the optical and thermal analysis of metallic nanoantennas operating at infrared wavelengths, this study is performed by numerical simulations using COMSOL Multiphysics. Several different nanoantenna designs were analyzed including dipoles, bowties and square spiral antennas. Results show that metallic nanoantennas can be tuned to absorb electromagnetic energy at infrared wavelengths, and that numerical simulation can be useful in optimizing the performance of these types of nanoantennas at optical and infrared wavelengths.

Procesos creativos en entornos musicales inmersivos: un estudio de caso a través del análisis de metaversos. La Avatar Orchestra Metaverse en Second Life

La virtualidad se presenta como un espacio de creación y expansión de la realidad física. La percepción y la relación de los procesos creativos que giran en torno a lo virtual en lo referente a la música, la performance y la experimentación rigen e interaccionan nuestras realidades físicas, aún estando offline. Dichos procesos creativos son estudiados en la Orquesta virtual Avatar Orchestra Metaverse. Hemos navegado a través de la realidad creada por la Orquesta en el ciberespacio, bajo una metodología de estudio de caso -al que hemos llamado cybercase-, asistiendo y participando durante un tiempo en sus ensayos, junto a una posterior actuación. A través de un enfoque interdisciplinar basado en un proceso de análisis de material audiovisual y textual mediado por la presencia, entendida desde lo físico y lo virtual, exponemos los procesos creativos encontrados que subyacen bajo los miembros de la Orquesta, de modo descriptivo, y mediante el empleo de la teoría fundamentada. Como marco teórico mostramos los conceptos de música, espacio, tiempo y los procesos de comunicación gestados por la máquina y la virtualidad, todo ello mediado desde la percepción del ambiente y el interaccionismo simbólico. Presentamos dentro de este marco una revisión teórica del concepto de la creatividad enfocado desde la mecánica cuántica...

Los orbitales en la educación química: un análisis mediante su representación gráfica

La constitución atómica de la materia está en la base de la química. Saber cómo se unen y cómo se separan los átomos es tener la clave de las transformaciones de la materia, que son el objeto de esta ciencia. Tendemos a imaginarnos a los átomos como pequeñas partículas, como bolitas, pero desde los años 1930 sabemos que no se puede entender su comportamiento microscópico mediante la física clásica. La mejor teoría que tenemos para este dominio es la mecánica cuántica, pero en ella la descripción más fundamental y completa de los sistemas no es a través de las variables clásicas, propias de las partículas, como la posición y el momento, sino de la función de onda. La función de onda es un objeto matemático que contiene toda la información del sistema. Sin embargo, ni extraer esa información ni interpretarla es sencillo, lo que supone una serie de problemas. Por ejemplo, casi noventa años después de su nacimiento la teoría cuántica apenas está presente en la enseñanza secundaria. Y el problema no afecta sólo al ámbito educativo. Por ejemplo, la química había desarrollado desde mediados del siglo XIX la teoría estructural, de enorme poder explicativo, que los químicos siguen empleando hoy en día. Además, si la función de onda de una partícula es un objeto extraño, la de un sistema de varias, como una molécula es, además, difícil de tratar matemáticamente. Pero la química necesitaba acceder a la estructura microscópica y a la reactividad de las moléculas... Mucho antes de que el avance de la computación pusiera a disposición de los químicos herramientas para resolver por la fuerza sus problemas, ya habían desarrollado modelos para incorporar la mecánica cuántica de forma relativamente sencilla a su arsenal y en esos modelos los protagonistas eran un tipo especial de funciones de onda, los orbitales. Los orbitales son funciones de onda de una sola partícula y por tanto mucho más sencillas de calcular e interpretar que las de los sistemas complejos. A cambio, no dan cuenta de todas las complejidades de una molécula, por ejemplo de las interacciones entre sus electrones. La química es una ciencia capaz de utilizar simultáneamente varios modelos diferentes e incluso contradictorios para cubrir su territorio y eso es lo que hizo, de más de una manera, con los orbitales, de origen cuántico, la teoría estructural clásica y los modelos semiclásicos del enlace a través de pares de electrones localizados. El resultado es un modelo híbrido y difícil de definir, pero eficaz, versátil, intuitivo, visualizable... y limitado, que se puede introducir incluso en niveles preuniversitarios. A pesar de eso, la enseñanza de los modelos cuánticos sigue siendo problemática. A los alumnos les resultan complicados y muchos expertos creen además que los confunden y mezclan con los clásicos. Se trata, pues de un problema abierto. Esta tesis tiene el propósito de dilucidar el papel de los orbitales en la educación química analizando casos de uso de sus representaciones gráficas, que son muy importantes en toda la química y aún más en estos modelos, que tienen un fuerte componente visual, analógico y metafórico. Los resultados de los análisis muestran una notable coherencia de uso de las imágenes de orbitales en enseñanza e investigación: En química los orbitales no son únicamente funciones matemáticas que se extienden por toda la molécula, sino también contenedores de electrones localizados que interaccionan por proximidad con transferencia de electrones Muchas veces estos modelos intuitivos se utilizan después de los cálculos cuánticos para interpretar los resultados en términos próximos a la química estructural. Aquí está la principal diferencia con los usos educativos: en la enseñanza, especialmente la introductoria, el modelo intuitivo tiende a ser el único que se usa.

SAFARI optical system architecture and design concept

SpicA FAR infrared Instrument, SAFARI, is one of the instruments planned for the SPICA mission. The SPICA mission is the next great leap forward in space-based far-infrared astronomy and will study the evolution of galaxies, stars and planetary systems. SPICA will utilize a deeply cooled 2.5m-class telescope, provided by European industry, to realize zodiacal background limited performance, and high spatial resolution. The instrument SAFARI is a cryogenic grating-based point source spectrometer working in the wavelength domain 34 to 230 μm, providing spectral resolving power from 300 to at least 2000. The instrument shall provide low and high resolution spectroscopy in four spectral bands. Low Resolution mode is the native instrument mode, while the high Resolution mode is achieved by means of a Martin-Pupplet interferometer. The optical system is all-reflective and consists of three main modules; an input optics module, followed by the Band and Mode Distributing Optics and the grating Modules. The instrument utilizes Nyquist sampled filled linear arrays of very sensitive TES detectors. The work presented in this paper describes the optical design architecture and design concept compatible with the current instrument performance and volume design drivers.