Determinació de la ubicació estructural dels ions Yb3+ i Nb3+ en Yb:RTP, Nb:RTP i (Nb,Yb):RTP

Estudi elaborat a partir d’una estada al Stony Brook University al juliol del 2006. El RbTiOPO4 (RTP) monocristal•lí és un material d' òptica no lineal molt rellevant i utilitzat en la tecnologia làser actual, químicament molt estable i amb unes propietats físiques molt destacades, entre elles destaquen els alts coeficients electro-òptics i l'alt llindar de dany òptic que presenta. En els últims anys s’està utilitzant tecnològicament en aplicacions d'òptica no lineal en general i electro-òptiques en particular. En alguns casos ja ha substituït, millorant prestacions, a materials tals com el KTP o el LNB(1). Dopant RTP amb ions lantànids (Ln3+) (2-4), el material es converteix en un material làser auto-doblador de freqüència, combinant les seves propietats no lineals amb les de matriu làser. El RTP genera radiació de segon harmònic (SHG) a partir d’un feix fonamental amb longituds d’ona inferiors a 990 nm, que és el límit que presenta el KTP.La determinació de la ubicació estructural i l’estudi de l'entorn local del ions actius làser és de fonamental importància per a la correcta interpretació de les propietats espectroscòpiques d’aquest material. Mesures de difracció de neutrons sobre mostra de pols cristal•lí mostren que els ions Nb5+ i Ln3+ només substitueixin posicions de Ti4+ (8-9). Estudis molt recents d'EPR (electron paramagnetic resonance) semblen indicar que quan la concentració d'ió Ln3+ es baixa, aquest ió presenta la tendència a substituir l'ió alcalí present a l'estructura (10).Després dels resultats obtinguts en el present treball a partir de la tècnica EXAFS a la instal•lació sincrotò del Brookhaven National Laboratory/State University of New York (Stony Brook) es pot concloure definitivament que els ions Nb s’ubiquen en la posició Ti (1) i que els ions Yb3+ es distribueixen paritariament en les dues posicions del Ti (1 i 2). Aquests resultats aporten una valuosa informació per a la correcta interpretació dels espectres, tant d’absorció com d’emissió, del material i per la avaluació dels paràmetres del seu comportament durant l'acció làser.

Empleo de óptica adaptativa y fluorescencia en un oftalmoscopio laser de barrido para el registro de células

Estudio elaborado a partir de una estancia en la Universidad de Rochester, Estados Unidos, de octubre del 2006 a enero del 2007. La estancia realizada en la Universidad de Rochester estuvo orientada al aprendizaje en profundidad del oftalmoscopio láser de barrido. El oftalmoscopio láser de barrido emplea una técnica confocal con la finalidad de visualizar diferentes estructuras retinianas en seres vivos. El instrumento diseñado y desarrollado en el Centro de Ciencias de la Visión incorpora un sistema de óptica adaptativa y fluorescencia. La óptica adaptativa aplicada en este oftalmoscopio tiene como objetivo corregir las aberraciones existentes en el ojo y así permitir observar detalles de la retina que de otra forma se verían emborronados. De esta forma se consigue alcanzar valores de resolución muy cercanos a los impuestos por difracción. Por otro lado el uso de fluorescencia tiene por objetivo el permitir la visualización de células y estructuras que, de no ser teñidas, son transparentes a la luz y visible. Esta técnica se ha estado utilizando principalmente en primates y ratas, aunque actualmente también se están llevando a cabo medidas de células de epitelio pigmentario en seres humanos ya que el pigmento contenido en estas células permite la aplicación de la fluorescencia sin necesidad de utilizar tinción.

onductivitat tèrmica i índex de refracció no lineal dels compostos KRE(WO4)2 (RE=Gd,Y, Yb and Lu)

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada al Max Born Institute for Nonlinear Optics and Short Pulse Spectroscopy entre setembre i desembre 2007. Els materials monocristal•lins tungstats dobles de potassi i terra rara, KRE(WO4)2, a partir d'ara KREW, són en l'actualitat un material competitiu com a material actiu per sistemes de làser d'estat sòlid. Aquests materials monoclínics són fàcils de dopar amb altres densitats de ions lantànid, Ln3+, i a més presenten unes seccions eficaces d'absorció i d'emissió, molt elevades. Dins d’aquesta família, destaca el KLuW; degut als seus millors resultats com a material làser. Durant aquesta estada d’un mes al laboratori Max Born de Berlin, s’han realitzat les mesures de conductivitat tèrmica d’aquest material, per tal de obtenir el seu tensor de segon ordre de conductivitat tèrmica. El bombeig òptic dels materials làser d’estat sòlid genera calor com a resultat de la termalització en els multiplets, de les relaxacions no-radiatives i de les absorcions residuals (defectes, impureses). Per tant, el coneixement de les propietats tèrmiques de qualsevol material actiu és essencial pel disseny de la cavitat làser i l’avaluació de la funció làser, especialment en règims d’altes potències(...)

Sonda de infrarrojo cercano como herramienta para evaluar la composición de grasa subcutánea de cerdos alimentados con CLA

El objetivo de este trabajo fue la utilización de la tecnología de Infrarrojo cercano por aplicación directa de una fibra óptica en tejido adiposo de cerdos alimentados con diferentes dietas (CONTROL, CÍTRICOS y CLA). Para ello, 265 animales fueron alimentados con tres dietas diferentes y se analizó el perfil de ácidos grasos en la grasa del jamón mediante cromatografía de gases y FT-NIR (espectroscopia de infrarrojo cercano con transformada de Fourier). La adquisición de espectros se realizó con un espectrómetro Optics Matrix-F duplex de Bruker equipado con una sonda de contacto IN-268-2. Los cerdos que fueron alimentados con la dieta enriquecida en CLA mostraron diferencias significativas tanto en la composición de ácidos grasos como en los espectros de NIR ya que la ingesta de CLA aumentó el porcentaje de ácidos grasos saturados (SAT) y poliinsaturados (PUFA) mientras que los monoinsaturados (MUFA) disminuyeron con respecto a las otras dietas. Los resultados sugieren que la espectroscopia de infrarrojo cercano es un método rápido y de fácil implementación para identificar animales alimentados con diferentes dietas.

Estudi òptic dels minerals

El Grup Consolidat d’Innovació Docent de Mineralogia i òptica cristal·lina de la Universitat de Barcelona ha desenvolupat un CD interactiu que simula el funcionament d’un microscopi petrogràfic, per tal de facilitar a l’alumne un material d’autoaprenentatge, ha de servir per a reforçar els coneixements dels minerals formadors de roques en làmina prima. Aquest material te tres entrades diferents, en català, castellà i anglès. Cada mineral té una fitxa general amb les seves propietats òptiques i una complementaria amb les característiques cristal·logràfiques, camp d’estabilitat, diagrames de fases i característiques morfològiques del mineral a observar, les quals marquen els trets determinatius d’aquell mineral per tal de facilitar el seu reconeixement. Per tal de complementar les dades s’han introduït links directes amb la planes web: “webmineral” i “mindat” on hi ha les corresponents estructures i morfologies “interactives” de cadascun dels minerals que apareixen en el programa. En l’aplicació informàtica hi ha 169 filmacions corresponents a 43 dels principals minerals que formen les roques, una filmació correspon a la imatge només amb el polaritzador, i l'altre a la imatge amb el polaritzador més l'analitzador. Cadascuna d'aquestes imatges es presenta amb un gir de 360º; es pot aturar i després continuar girant, simulant el que veuríem al microscopi. D'aquesta manera es pot determinar el pleocroisme, la presència de macles, el color d'interferència i l'angle d'extinció.. S’ha intentat sempre que hi hagués diferents exemples d’un mateix mineral en diverses paragènesis. També s'incorpora una fitxa que l'usuari pot omplir amb les característiques texturals i òptiques del mineral agrupades segons les observacions que es fan, bé amb el polaritzador, amb el polaritzador i l'analitzador o bé amb les condicions específiques per veure la figura d'interferència i el signe òptic. Aquesta fitxa, un cop plena, es pot imprimir. En tot moment hi ha un menú d’ajuda on l’usuari pot remetre i fer la consulta adient per poder continuar.

Implementation of zonal control algorithms in adaptive optical systems with sparse control matrices

Miralls deformables més i més grans, amb cada cop més actuadors estan sent utilitzats actualment en aplicacions d'òptica adaptativa. El control dels miralls amb centenars d'actuadors és un tema de gran interès, ja que les tècniques de control clàssiques basades en la seudoinversa de la matriu de control del sistema es tornen massa lentes quan es tracta de matrius de dimensions tan grans. En aquesta tesi doctoral es proposa un mètode per l'acceleració i la paral.lelitzacó dels algoritmes de control d'aquests miralls, a través de l'aplicació d'una tècnica de control basada en la reducció a zero del components més petits de la matriu de control (sparsification), seguida de l'optimització de l'ordenació dels accionadors de comandament atenent d'acord a la forma de la matriu, i finalment de la seva posterior divisió en petits blocs tridiagonals. Aquests blocs són molt més petits i més fàcils de fer servir en els càlculs, el que permet velocitats de càlcul molt superiors per l'eliminació dels components nuls en la matriu de control. A més, aquest enfocament permet la paral.lelització del càlcul, donant una com0onent de velocitat addicional al sistema. Fins i tot sense paral. lelització, s'ha obtingut un augment de gairebé un 40% de la velocitat de convergència dels miralls amb només 37 actuadors, mitjançant la tècnica proposada. Per validar això, s'ha implementat un muntatge experimental nou complet , que inclou un modulador de fase programable per a la generació de turbulència mitjançant pantalles de fase, i s'ha desenvolupat un model complert del bucle de control per investigar el rendiment de l'algorisme proposat. Els resultats, tant en la simulació com experimentalment, mostren l'equivalència total en els valors de desviació després de la compensació dels diferents tipus d'aberracions per als diferents algoritmes utilitzats, encara que el mètode proposat aquí permet una càrrega computacional molt menor. El procediment s'espera que sigui molt exitós quan s'aplica a miralls molt grans.

Treatment of nonlinear optical properties due to large amplitude anharmonic vibrational motions: umbrella motion in NH3

A general reduced dimensionality finite field nuclear relaxation method for calculating vibrational nonlinear optical properties of molecules with large contributions due to anharmonic motions is introduced. In an initial application to the umbrella (inversion) motion of NH3 it is found that difficulties associated with a conventional single well treatment are overcome and that the particular definition of the inversion coordinate is not important. Future applications are described

Simple finite field method for calculation of static and dynamic vibrational hyperpolarizabilities: curvature contributions

In the static field limit, the vibrational hyperpolarizability consists of two contributions due to: (1) the shift in the equilibrium geometry (known as nuclear relaxation), and (2) the change in the shape of the potential energy surface (known as curvature). Simple finite field methods have previously been developed for evaluating these static field contributions and also for determining the effect of nuclear relaxation on dynamic vibrational hyperpolarizabilities in the infinite frequency approximation. In this paper the finite field approach is extended to include, within the infinite frequency approximation, the effect of curvature on the major dynamic nonlinear optical processes

Finite field treatment of vibrational polarizabilities and hyperpolarizabilities: on the role of the Eckart conditions, their implementation, and their use in characterizing key vibrations

In the finite field (FF) treatment of vibrational polarizabilities and hyperpolarizabilities, the field-free Eckart conditions must be enforced in order to prevent molecular reorientation during geometry optimization. These conditions are implemented for the first time. Our procedure facilities identification of field-induced internal coordinates that make the major contribution to the vibrational properties. Using only two of these coordinates, quantitative accuracy for nuclear relaxation polarizabilities and hyperpolarizabilities is achieved in π-conjugated systems. From these two coordinates a single most efficient natural conjugation coordinate (NCC) can be extracted. The limitations of this one coordinate approach are discussed. It is shown that the Eckart conditions can lead to an isotope effect that is comparable to the isotope effect on zero-point vibrational averaging, but with a different mass-dependence

Field-induced coordinates for the determination of dynamic vibrational nonlinear optical properties

Three conjugated organic molecules that span a range of polarity and valence-bond/charge transfer characteristics were studied. It was found that dispersion can be insignificant, and that adequate treatment can be achieved with frequency-dependent field-induced vibrational coordinates (FD-FICs)

Nuclear relaxation contribution to static and dynamic (infinite frequency approximation) nonlinear optical properties by means of electrical property expansions: Application to HF, CH4, CF4, and SF6

Electrical property derivative expressions are presented for the nuclear relaxation contribution to static and dynamic (infinite frequency approximation) nonlinear optical properties. For CF4 and SF6, as opposed to HF and CH4, a term that is quadratic in the vibrational anharmonicity (and not previously evaluated for any molecule) makes an important contribution to the static second vibrational hyperpolarizability of CF4 and SF6. A comparison between calculated and experimental values for the difference between the (anisotropic) Kerr effect and electric field induced second-harmonic generation shows that, at the Hartree-Fock level, the nuclear relaxation/infinite frequency approximation gives the correct trend (in the series CH4, CF4, SF6) but is of the order of 50% too small

Variational calculation of static and dynamic vibrational nonlinear optical properties

The vibrational configuration interaction method used to obtain static vibrational (hyper)polarizabilities is extended to dynamic nonlinear optical properties in the infinite optical frequency approximation. Illustrative calculations are carried out on H2 O and N H3. The former molecule is weakly anharmonic while the latter contains a strongly anharmonic umbrella mode. The effect on vibrational (hyper)polarizabilities due to various truncations of the potential energy and property surfaces involved in the calculation are examined

Basis set and electron correlation effects on initial convergence for vibrational nonlinear optical properties of conjugated organic molecules

The level of ab initio theory which is necessary to compute reliable values for the static and dynamic (hyper)polarizabilities of three medium size π-conjugated organic nonlinear optical (NLO) molecules is investigated. With the employment of field-induced coordinates in combination with a finite field procedure, the calculations were made possible. It is stated that to obtain reasonable values for the various individual contributions to the (hyper)polarizability, it is necessary to include electron correlation. Based on the results, the convergence of the usual perturbation treatment for vibrational anharmonicity was examined

Initial convergence of the perturbation series expansion for vibrational nonlinear optical properties

Initial convergence of the perturbation series expansion for vibrational nonlinear optical (NLO) properties was analyzed. The zero-point vibrational average (ZPVA) was obtained through first-order in mechanical plus electrical anharmonicity. Results indicated that higher-order terms in electrical and mechanical anharmonicity can make substantial contributions to the pure vibrational polarizibility of typical NLO molecules

Prediction of subcutaneous fatty acid composition from ham of CLA fed boars and gilts using a NIRS fiber optic probe

The aim of this work was the use of NIR technology by direct application of a fiber optic probe on back fat to analyze the fatty acid composition of CLA fed boars and gilts. 265 animals were fed 3 different diets and the fatty acid profile of back fat from Gluteus medius was analyzed using gas chromatography and FT-NIR. Spectra were acquired using a Bruker Optics Matrix-F duplex spectrometer equipped with a fiber optic probe (IN-268-2). Oleic and stearic fatty acids were predicted accurately; myristic, vaccenic and linoleic fatty acids were predicted with lower accuracy, while palmitic and α-linolenic fatty acids were poorly predicted. The relative percentage of fatty acids and NIR spectra showed differences in fatty acid composition of back fat from pigs fed CLA which increased the relative percentage of SFA and PUFA while MUFA decreased. Results suggest that a NIR fiber optic probe can be used to predict total saturated and unsaturated fatty acid composition, as well as the percentage of stearic and oleic. NIR showed potential as a rapid and easily implemented method to discriminate carcasses from animals fed different diets.