Comparison between clinical results of two diffractive multifocal lenses with the same platform but different additions

PURPOSE: To evaluate visual results with two multifocal diffractive lenses designed with the same platform but with different additions. SETTING: Grupo Innova Ocular clinics. METHODS: A total of 50 eyes from 50 patients were included. Group 1 (n = 25) was implanted with the TECNIS® 1 ZLB +3.25 and group 2 (n = 25) with the TECNIS® 1 ZKB +2.75. Patients were assessed at 24 hours, 1 week and 1 month postoperatively. At surgical discharge, corrected (CDVA) and uncorrected distance visual acuity (UCDVA), near visual acuity (VA) at 25, 40 and 80 cm, visual quality and the defocus curve were measured. RESULTS: Changes in sphere and spherical equivalent were statistically significant (p<0.01) in both groups at 1 week and 1 month compared to preoperative values. In group 1, UCDVA logMAR at 1 month was 0.06 ± 0.02. In group 2, UCDVA at 1 month was 0.03 ± 0.03. In near vision, the TECNIS® 1 ZLB group obtained a VA logMAR of 0.35 ± 0.02 at 25 cm, 0.13 ± 0.02 at 40 cm and 0.27 ± 0.02 at 80 cm, while in the TECNIS® 1 ZKB group, the values were 0.38  ± 0.03, 0.14 ± 0.03 and 0.23 ± 0.06, respectively. No statistically significant differences were found either when results for visual quality were compared. CONCLUSION: Both the TECNIS® 1 ZLB and TECNIS® 1 ZKB are excellent options for obtaining good distance and near vision, in addition to providing good intermediate vision, especially at distances such as those required for working with computers.

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.

Far field of binary phase gratings with errors in the height of the strips

Diffraction gratings are not always ideal but, due to the fabrication process, several errors can be produced. In this work we show that when the strips of a binary phase diffraction grating present certain randomness in their height, the intensity of the diffraction orders varies with respect to that obtained with a perfect grating. To show this, we perform an analysis of the mutual coherence function and then, the intensity distribution at the far field is obtained. In addition to the far field diffraction orders, a "halo" that surrounds the diffraction order is found, which is due to the randomness of the strips height.

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.

Topographic optical profilometry of steep slope micro-optical transparent surfaces

Optical profilometers based on light reflection may fail at surfaces presenting steep slopes and highly curved features. Missed light, interference and diffraction at steps, peaks and valleys are some of the reasons. Consequently, blind areas or profile artifacts may be observed when using common reflection micro-optical profilometers (confocal, scanning interferometers, etc…). The Topographic Optical Profilometry by Absorption in Fluids (TOPAF) essentially avoids these limitations. In this technique an absorbing fluid fills the gap between a reference surface and the surface to profile. By comparing transmission images at two different spectral bands we obtain a reliable topographic map of the surface. In this contribution we develop a model to obtain the profile under micro-optical observation, where high numerical aperture (NA) objectives are mandatory. We present several analytical and experimental results, validating the technique’s capabilities for profiling steep slopes and highly curved micro-optical surfaces with nanometric height resolution.

Light losses in hollow, prismatic light guides related to prim defects: a transmittance model

Hollow, cylindrical, prismatic light guides (CPLGs) are optical components that, using total internal reflection (TIR), are able to transmit high-diameter light beams in daylight and artificial lighting applications without relevant losses. It is necessary to study the prism defects of their surfaces to quantify the behavior of these optical components. In this Letter, we analyze a CPLG made of a transparent dielectric material. Scanning electron microscopy (SEM) and the topographic optical profilometry by absorption in fluids (TOPAF) imaging technique are conducted to determine if there are defects in the corners of the prisms. A model for light guide transmittance that is dependent on prism defects is proposed. Finally, a simulation and an experimental study are carried out to check the validity of the proposed model.

Solderjet bumping technique used to manufacture a compact and robust green solid-state laser

Solder-joining using metallic solder alloys is an alternative to adhesive bonding. Laser-based soldering processes are especially well suited for the joining of optical components made of fragile and brittle materials such as glasses, ceramics and optical crystals due to a localized and minimized input of thermal energy. The Solderjet Bumping technique is used to assemble a miniaturized laser resonator in order to obtain higher robustness, wider thermal conductivity performance, higher vacuum and radiation compatibility, and better heat and long term stability compared with identical glued devices. The resulting assembled compact and robust green diode-pumped solid-state laser is part of the future Raman Laser Spectrometer designed for the Exomars European Space Agency (ESA) space mission 2018.

Análisis de la situación en el área de los nuevos materiales

En el presente artículo se realiza un breve estudio de la situación de los nuevos materiales, analizando, primero, qué bloques componen este campo. Se pasa revista a los metales, a las cerámicas, a los plásticos y a los materiales compuestos, concluyendo con un bloque final de materiales electrónicos y ópticos, especialmente con los segundos, dada su relativa novedad. A continuación se exponen algunos puntos sobre la situación mundial, concluyendo con la situación en nuestro país.

Free-form optical systems for nonimaging applications : Sistemas ópticos anamórficos para aplicaciones anidólicas

La óptica anidólica es una rama de la óptica cuyo desarrollo comenzó a mediados de la década de 1960. Este relativamente nuevo campo de la óptica se centra en la transferencia eficiente de la luz, algo necesario en muchas aplicaciones, entre las que destacamos los concentradores solares y los sistemas de iluminación. Las soluciones de la óptica clásica a los problemas de la transferencia de energía de la luz sólo son adecuadas cuando los rayos de luz son paraxiales. La condición paraxial no se cumple en la mayoría de las aplicaciones para concentración e iluminación. Esta tesis contiene varios diseños free-form (aquellos que no presentan ninguna simetría, ni de rotación ni lineal) cuyas aplicaciones van destinadas a estos dos campos. El término nonimaging viene del hecho de que estos sistemas ópticos no necesitan formar una imagen del objeto, aunque no formar la imagen no es una condición necesaria. Otra palabra que se utiliza a veces en lugar de nonimaging es la palabra anidólico, viene del griego "an+eidolon" y tiene el mismo significado. La mayoría de los sistemas ópticos diseñados para aplicaciones anidólicas no presentan ninguna simetría, es decir, son free-form (anamórficos). Los sistemas ópticos free-form están siendo especialmente relevantes durante los últimos años gracias al desarrollo de las herramientas para su fabricación como máquinas de moldeo por inyección y el mecanizado multieje. Sin embargo, solo recientemente se han desarrollado técnicas de diseño anidólicas capaces de cumplir con estos grados de libertad. En aplicaciones de iluminación el método SMS3D permite diseñar dos superficies free-form para controlar las fuentes de luz extensas. En los casos en que se requiere una elevada asimetría de la fuente, el objeto o las restricciones volumétricos, las superficies free-form permiten obtener soluciones de mayor eficiencia, o disponer de menos elementos en comparación con las soluciones de simetría de rotación, dado que las superficies free-form tienen más grados de libertad y pueden realizar múltiples funciones debido a su naturaleza anamórfica. Los concentradores anidólicos son muy adecuados para la captación de energía solar, ya que el objetivo no es la reproducción de una imagen exacta del sol, sino sencillamente la captura de su energía. En este momento, el campo de la concentración fotovoltaica (CPV) tiende hacia sistemas de alta concentración con el fin de compensar el gasto de las células solares multi-unión (MJ) utilizadas como receptores, reduciendo su área. El interés en el uso de células MJ radica en su alta eficiencia de conversión. Para obtener sistemas competitivos en aplicaciones terrestres se recurre a sistemas fotovoltaicos de alta concentración (HCPV), con factores de concentración geométrica por encima de 500x. Estos sistemas se componen de dos (o más) elementos ópticos (espejos y/o lentes). En los sistemas presentados a lo largo de este trabajo se presentan ejemplos de concentradores HCPV con elementos reflexivos como etapa primaria, así como concentradores con elementos refractivos (lente de Fresnel). Con la necesidad de aumentar la eficiencia de los sistemas HCPV reales y con el fin de proporcionar la división más eficiente del espectro solar, células conteniendo cuatro o más uniones (con un potencial de alcanzar eficiencias de más del 45% a una concentración de cientos de soles) se exploran hoy en día. En esta tesis se presenta una de las posibles arquitecturas de división del espectro (spectrum-splitting en la literatura anglosajona) que utilizan células de concentración comercial. Otro campo de aplicación de la óptica nonimaging es la iluminación, donde es necesario proporcionar un patrón de distribución de la iluminación específico. La iluminación de estado sólido (SSL), basada en la electroluminiscencia de materiales semiconductores, está proporcionando fuentes de luz para aplicaciones de iluminación general. En la última década, los diodos emisores de luz (LED) de alto brillo han comenzado a reemplazar a las fuentes de luz convencionales debido a la superioridad en la calidad de la luz emitida, elevado tiempo de vida, compacidad y ahorro de energía. Los colimadores utilizados con LEDs deben cumplir con requisitos tales como tener una alta eficiencia, un alto control del haz de luz, una mezcla de color espacial y una gran compacidad. Presentamos un colimador de luz free-form con microestructuras capaz de conseguir buena colimación y buena mezcla de colores con una fuente de LED RGGB. Una buena mezcla de luz es importante no sólo para simplificar el diseño óptico de la luminaria sino también para evitar hacer binning de los chips. La mezcla de luz óptica puede reducir los costes al evitar la modulación por ancho de pulso y otras soluciones electrónicas patentadas para regulación y ajuste de color. Esta tesis consta de cuatro capítulos. Los capítulos que contienen la obra original de esta tesis son precedidos por un capítulo introductorio donde se presentan los conceptos y definiciones básicas de la óptica geométrica y en el cual se engloba la óptica nonimaging. Contiene principios de la óptica no formadora de imagen junto con la descripción de sus problemas y métodos de diseño. Asimismo se describe el método de Superficies Múltiples Simultáneas (SMS), que destaca por su versatilidad y capacidad de controlar varios haces de rayos. Adicionalmente también se describe la integración Köhler y sus aplicaciones en el campo de la energía fotovoltaica. La concentración fotovoltaica y la iluminación de estado sólido son introducidas junto con la revisión de su estado actual. El Segundo y Tercer Capítulo contienen diseños ópticos avanzados con aplicación en la concentración solar principalmente, mientras que el Cuarto Capítulo describe el colimador free-form con surcos que presenta buena mezcla de colores para aplicaciones de iluminación. El Segundo Capítulo describe dos concentradores ópticos HCPV diseñados con el método SMS en tres dimensiones (SMS3D) que llevan a cabo integración Köhler en dos direcciones con el fin de proporcionar una distribución de irradiancia uniforme libre de aberraciones cromáticas sobre la célula solar. Uno de los diseños es el concentrador XXR free-form diseñado con el método SMS3D, donde el espejo primario (X) y la lente secundaria (R) se dividen en cuatro sectores simétricos y llevan a cabo la integración Köhler (proporcionando cuatro unidades del array Köhler), mientras que el espejo intermedio (X) presenta simetría rotacional. Otro concentrador HCPV presentado es el Fresnel-RXI (FRXI) con una lente de Fresnel funcionando como elemento primario (POE) y una lente RXI como elemento óptico secundario (SOE), que presenta configuración 4-fold con el fin de realizar la integración Köhler. Las lentes RXI son dispositivos nonimaging conocidos, pero su aplicación como elemento secundario es novedosa. Los concentradores XXR y FRXI Köhler son ejemplos académicos de muy alta concentración (más de 2,000x, mientras que los sistemas convencionales hoy en día no suelen llegar a 1,000x) preparados para las células solares N-unión (con N>3), que probablemente requerirán una mayor concentración y alta uniformidad espectral de irradiancia con el fin de obtener sistemas CPV terrestres eficientes y rentables. Ambos concentradores están diseñados maximizando funciones de mérito como la eficiencia óptica, el producto concentración-aceptancia (CAP) y la uniformidad de irradiancia sobre la célula libre de la aberración cromática (integración Köhler). El Tercer Capítulo presenta una arquitectura para la división del espectro solar basada en un módulo HCPV con alta concentración (500x) y ángulo de aceptancia alto (>1º) que tiene por objeto reducir ambas fuentes de pérdidas de las células triple unión (3J) comerciales: el uso eficiente del espectro solar y la luz reflejada de los contactos metálicos y de la superficie de semiconductor. El módulo para la división del espectro utiliza el espectro solar más eficiente debido a la combinación de una alta eficiencia de una célula de concentración 3J (GaInP/GaInAs/Ge) y una de contacto posterior (BPC) de concentración de silicio (Si), así como la técnica de confinamiento externo para la recuperación de la luz reflejada por la célula 3J con el fin de ser reabsorbida por la célula. En la arquitectura propuesta, la célula 3J opera con su ganancia de corriente optimizada (concentración geométrica de 500x), mientras que la célula de silicio trabaja cerca de su óptimo también (135x). El módulo de spectrum-splitting consta de una lente de Fresnel plana como POE y un concentrador RXI free-form como SOE con un filtro paso-banda integrado en él. Tanto POE como SOE realizan la integración Köhler para producir homogeneización de luz sobre la célula. El filtro paso banda envía los fotones IR en la banda 900-1,150nm a la célula de silicio. Hay varios aspectos prácticos de la arquitectura del módulo presentado que ayudan a reducir la complejidad de los sistemas spectrum-splitting (el filtro y el secundario forman una sola pieza sólida, ambas células son coplanarias simplificándose el cableado y la disipación de calor, etc.). Prototipos prueba-de-concepto han sido ensamblados y probados a fin de demostrar la fabricabilidad del filtro y su rendimiento cuando se combina con la técnica de reciclaje de luz externa. Los resultados obtenidos se ajustan bastante bien a los modelos y a las simulaciones e invitan al desarrollo de una versión más compleja de este prototipo en el futuro. Dos colimadores sólidos con surcos free-form se presentan en el Cuarto Capítulo. Ambos diseños ópticos están diseñados originalmente usando el método SMS3D. La segunda superficie ópticamente activa está diseñada a posteriori como una superficie con surcos. El diseño inicial de dos espejos (XX) está diseñado como prueba de concepto. En segundo lugar, el diseño RXI free-form es comparable con los colimadores RXI existentes. Se trata de un diseño muy compacto y eficiente que proporciona una muy buena mezcla de colores cuando funciona con LEDs RGB fuera del eje óptico como en los RGB LEDs convencionales. Estos dos diseños son dispositivos free-form diseñados con la intención de mejorar las propiedades de mezcla de colores de los dispositivos no aplanáticos RXI con simetría de revolución y la eficiencia de los aplanáticos, logrando una buena colimación y una buena mezcla de colores. La capacidad de mezcla de colores del dispositivo no-aplanático mejora añadiendo características de un aplanático a su homólogo simétrico sin pérdida de eficiencia. En el caso del diseño basado en RXI, su gran ventaja consiste en su menor coste de fabricación ya que el proceso de metalización puede evitarse. Aunque algunos de los componentes presentan formas muy complejas, los costes de fabricación son relativamente insensibles a la complejidad del molde, especialmente en el caso de la producción en masa (tales como inyección de plástico), ya que el coste del molde se reparte entre todas las piezas fabricadas. Por último, las últimas dos secciones son las conclusiones y futuras líneas de investigación. ABSTRACT Nonimaging optics is a branch of optics whose development began in the mid-1960s. This rather new field of optics focuses on the efficient light transfer necessary in many applications, among which we highlight solar concentrators and illumination systems. The classical optics solutions to the problems of light energy transfer are only appropriate when the light rays are paraxial. The paraxial condition is not met in most applications for the concentration and illumination. This thesis explores several free-form designs (with neither rotational nor linear symmetry) whose applications are intended to cover the above mentioned areas and more. The term nonimaging comes from the fact that these optical systems do not need to form an image of the object, although it is not a necessary condition not to form an image. Another word sometimes used instead of nonimaging is anidolic, and it comes from the Greek “an+eidolon” and has the same meaning. Most of the optical systems designed for nonimaging applications are without any symmetry, i.e. free-form. Free-form optical systems become especially relevant lately with the evolution of free-form tooling (injection molding machines, multi-axis machining techniques, etc.). Nevertheless, only recently there are nonimaging design techniques that are able to meet these degrees of freedom. In illumination applications, the SMS3D method allows designing two free-form surfaces to control very well extended sources. In cases when source, target or volumetric constrains have very asymmetric requirements free-form surfaces are offering solutions with higher efficiency or with fewer elements in comparison with rotationally symmetric solutions, as free-forms have more degrees of freedom and they can perform multiple functions due to their free-form nature. Anidolic concentrators are well suited for the collection of solar energy, because the goal is not the reproduction of an exact image of the sun, but instead the collection of its energy. At this time, Concentration Photovoltaics (CPV) field is turning to high concentration systems in order to compensate the expense of multi-junction (MJ) solar cells used as receivers by reducing its area. Interest in the use of MJ cells lies in their very high conversion efficiency. High Concentration Photovoltaic systems (HCPV) with geometric concentration of more than 500x are required in order to have competitive systems in terrestrial applications. These systems comprise two (or more) optical elements, mirrors and/or lenses. Systems presented in this thesis encompass both main types of HCPV architectures: concentrators with primary reflective element and concentrators with primary refractive element (Fresnel lens). Demand for the efficiency increase of the actual HCPV systems as well as feasible more efficient partitioning of the solar spectrum, leads to exploration of four or more junction solar cells or submodules. They have a potential of reaching over 45% efficiency at concentration of hundreds of suns. One possible architectures of spectrum splitting module using commercial concentration cells is presented in this thesis. Another field of application of nonimaging optics is illumination, where a specific illuminance distribution pattern is required. The Solid State Lighting (SSL) based on semiconductor electroluminescence provides light sources for general illumination applications. In the last decade high-brightness Light Emitting Diodes (LEDs) started replacing conventional light sources due to their superior output light quality, unsurpassed lifetime, compactness and energy savings. Collimators used with LEDs have to meet requirements like high efficiency, high beam control, color and position mixing, as well as a high compactness. We present a free-form collimator with microstructures that performs good collimation and good color mixing with RGGB LED source. Good light mixing is important not only for simplifying luminaire optical design but also for avoiding die binning. Optical light mixing may reduce costs by avoiding pulse-width modulation and other patented electronic solutions for dimming and color tuning. This thesis comprises four chapters. Chapters containing the original work of this thesis are preceded by the introductory chapter that addresses basic concepts and definitions of geometrical optics on which nonimaging is developed. It contains fundamentals of nonimaging optics together with the description of its design problems, principles and methods, and with the Simultaneous Multiple Surface (SMS) method standing out for its versatility and ability to control several bundles of rays. Köhler integration and its applications in the field of photovoltaics are described as well. CPV and SSL fields are introduced together with the review on their background and their current status. Chapter 2 and Chapter 3 contain advanced optical designs with primarily application in solar concentration; meanwhile Chapter 4 portrays the free-form V-groove collimator with good color mixing property for illumination application. Chapter 2 describes two HCPV optical concentrators designed with the SMS method in three dimensions (SMS3D). Both concentrators represent Köhler integrator arrays that provide uniform irradiance distribution free from chromatic aberrations on the solar cell. One of the systems is the XXR free-form concentrator designed with the SMS3D method. The primary mirror (X) of this concentrator and secondary lens (R) are divided in four symmetric sectors (folds) that perform Köhler integration; meanwhile the intermediate mirror (X) is rotationally symmetric. Second HCPV concentrator is the Fresnel-RXI (FRXI) with flat Fresnel lens as the Primary Optical Element (POE) and an RXI lens as the Secondary Optical Element (SOE). This architecture manifests 4-fold configuration for performing Köhler integration (4 array units), as well. The RXI lenses are well-known nonimaging devices, but their application as SOE is novel. Both XXR and FRXI Köhler HCPV concentrators are academic examples of very high concentration (more than 2,000x meanwhile conventional systems nowadays have up to 1,000x) prepared for the near future N-junction (N>3) solar cells. In order to have efficient and cost-effective terrestrial CPV systems, those cells will probably require higher concentrations and high spectral irradiance uniformity. Both concentrators are designed by maximizing merit functions: the optical efficiency, concentration-acceptance angle (CAP) and cell-irradiance uniformity free from chromatic aberrations (Köhler integration). Chapter 3 presents the spectrum splitting architecture based on a HCPV module with high concentration (500x) and high acceptance angle (>1º). This module aims to reduce both sources of losses of the actual commercial triple-junction (3J) solar cells with more efficient use of the solar spectrum and with recovering the light reflected from the 3J cells’ grid lines and semiconductor surface. The solar spectrum is used more efficiently due to the combination of a high efficiency 3J concentration cell (GaInP/GaInAs/Ge) and external Back-Point-Contact (BPC) concentration silicon (Si) cell. By employing external confinement techniques, the 3J cell’s reflections are recovered in order to be re-absorbed by the cell. In the proposed concentrator architecture, the 3J cell operates at its optimized current gain (at geometrical concentration of 500x), while the Si cell works near its optimum, as well (135x). The spectrum splitting module consists of a flat Fresnel lens (as the POE), and a free-form RXI-type concentrator with a band-pass filter embedded in it (as the SOE), both POE and SOE performing Köhler integration to produce light homogenization. The band-pass filter sends the IR photons in the 900-1,150nm band to the Si cell. There are several practical aspects of presented module architecture that help reducing the added complexity of the beam splitting systems: the filter and secondary are forming a single solid piece, both cells are coplanar so the heat management and wiring is simplified, etc. Two proof-of-concept prototypes are assembled and tested in order to prove filter manufacturability and performance, as well as the potential of external light recycling technique. Obtained measurement results agree quite well with models and simulations, and show an opened path to manufacturing of the Fresnel RXI-type secondary concentrator with spectrum splitting strategy. Two free-form solid V-groove collimators are presented in Chapter 4. Both free-form collimators are originally designed with the SMS3D method. The second mirrored optically active surface is converted in a grooved surface a posteriori. Initial two mirror (XX) design is presented as a proof-of-concept. Second, RXI free-form design is comparable with existing RXI collimators as it is a highly compact and a highly efficient design. It performs very good color mixing of the RGGB LED sources placed off-axis like in conventional RGB LEDs. Collimators described here improve color mixing property of the prior art rotationally symmetric no-aplanatic RXI devices, and the efficiency of the aplanatic ones, accomplishing both good collimation and good color mixing. Free-form V-groove collimators enhance the no-aplanatic device's blending capabilities by adding aplanatic features to its symmetric counterpart with no loss in efficiency. Big advantage of the RXI design is its potentially lower manufacturing cost, since the process of metallization may be avoided. Although some components are very complicated for shaping, the manufacturing costs are relatively insensitive to the complexity of the mold especially in the case of mass production (such as plastic injection), as the cost of the mold is spread in many parts. Finally, last two sections are conclusions and future lines of investigation.

Caracterización geométrica de huellas de dureza Brinell mediante equipos ópticos. Modelo con microscopía confocal

En esta tesis se desarrolla una metodología alternativa para la determinación de la dureza Brinell a partir de imágenes obtenidas mediante microscopía confocal, que se ha mostrado robusta para mejorar los resultados de medición del diámetro en condiciones de reproducibilidad. Las validaciones realizadas evidencian su posibilidad real de implementación, especialmente para la certificación de patrones de dureza. Los estudios experimentales realizados ponen de manifiesto que la medición del diámetro de una huella de dureza Brinell, siguiendo la metodología tradicional, depende de la posición del patrón, de las características del equipo empleado y del propio operador. Dicha medida resulta crítica y las dificultades para identificar el borde de la huella incorporan a menudo una fuente adicional de incertidumbre difícil de soslayar. En esta investigación se han desarrollado dos modelos matemáticos que permiten identificar de forma unívoca el diámetro de la huella en el punto donde se produce el límite de contacto entre el indentador y el material de la probeta durante la realización del ensayo. Ambos modelos han sido implementados en Matlab® y se ha verificado su validez mediante datos sintéticos. Asimismo, se ha realizado una validación experimental sobre patrones de dureza certificados, empleando un microscopio confocal marca Leica, modelo DCM 3D disponible en el Laboratorio de Investigación de Materiales de Interés Tecnológico (LIMIT) de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería y Diseño Industrial de la Universidad Politécnica de Madrid (ETSIDI – UPM). Dicha validación ha puesto de manifiesto la utilidad de esta nueva metodología por cuanto permite caracterizar las huellas, estimar las incertidumbres de medida y garantizar la trazabilidad metrológica de los resultados. ABSTRACT This PhD thesis presents an alternative methodology to determine the Brinell hardness from the images obtained by confocal microscopy that has proved to be robust to improve the results of indentation diameter measurements in reproducibility conditions. The validations carried out show the real possibility of its implementation, especially for calibration of hardness reference blocks. Experimental studies performed worldwide show that the measurement of the indentation diameter in a Brinell hardness test depends, when the traditional methodology is applied, on the position of the test block, the equipment characteristics and the operator. This measurement is critical and the difficulties to identify the edge of the indentation often bring an additional source of uncertainty with them that is hard to avoid. In this research two specific mathematical models have been developed to identify unambiguously the indentation diameter at the point where the edge of the boundary between the indenter and the test block is found during the test. Both models have been implemented on Matlab® and their validity has been verified by synthetic data An additional experimental validation with calibrated hardness reference blocks has been carried out using a Leica-brand confocal microscope, model DCM 3D, available in the Laboratory for Research on Materials of Technological Interest (LIMIT in its Spanish acronym) of the Escuela Técnica Superior de Ingeniería y Diseño Industrial de la Universidad Politécnica de Madrid (ETSIDI-UPM). This validation has shown the utility of this new methodology since it allows to characterize the indentation, to estimate the measurement uncertainties and to ensure the metrological traceability of the results.

Caracterización y optimización de estructuras biofotónicas y técnicas avanzadas de interrogación para desarrollo de biosensores ópticos

El núcleo fundamental de esta tesis doctoral es un modelo teórico de la interacción de la luz con un tipo particular de biosensor óptico. Este biosensor se compone de dos regiones: en la región inferior puede haber capas de materiales con diferentes espesores y propiedades ópticas, apiladas horizontalmente; en la zona superior, sobre la que incide directamente el haz de luz, puede haber estructuras que hacen que las propiedades ópticas cambien tanto en el plano horizontal como en la dirección vertical. Estos biosensores responden ópticamente de forma diferente al ser iluminados dependiendo de que su superficie externa esté, en mayor o menor medida, recubierta con diferentes tipos de material biológico. En esta tesis se define un modelo analítico aproximado que permite simular la respuesta óptica de biosensores con estructuras en su región más externa. Una vez comprobada la validez práctica del modelo mediante comparación con medidas experimentales, éste se utiliza en el diseño de biosensores de rendimiento óptimo y en la definición de nuevas técnicas de interrogación óptica. En particular, el sistema de transducción IROP (Increased Relative Optical Power), basado en el efecto que produce la presencia de material biológico, en la potencia total reflejada por la celda biosensora en determinados intervalos espectrales, es uno de los sistemas que ha sido patentado y es objeto de desarrollo por la empresa de base tecnológica BIOD [www.biod.es/], estando ya disponibles en este momento varios dispositivos de diagnóstico basados en esta idea. Los dispositivos basados en este sistema de transducción han demostrado su eficiencia en la detección de proteínas y agentes infecciosos como los rotavirus y el virus del dengue. Finalmente, el modelo teórico desarrollado se utiliza para caracterizar las propiedades ópticas de algunos de los materiales de los que se fabrican los biosensores, así como las de las capas de material biológico formadas en las diferentes fases de un inmunoensayo. Los parámetros ópticos de las capas mencionadas se obtienen mediante el método general de ajuste por mínimos cuadrados a las curvas experimentales obtenidas en los inmunoensayos. ABSTRACT The core of this thesis is the theoretical modeling of the interaction of light with a particular type of optical biosensor. This biosensor consists of two parts: in the lower region may have layers of materials with different thicknesses and optical properties, stacked horizontally; at the top, on which directly affects the light beam, there may be structures that make optical properties change in both, the horizontal and in the vertical direction. These biosensors optically respond differently when illuminated depending on its external surface is greater or lesser extent, coated with different types of biological material. In this thesis an approximate analytical model to simulate the optical response of biosensors with structures in its outer region is defined. After verifying the practical validity of the model by comparison with experimental measurements, it is used in the design of biosensors with optimal performance and the definition of new optical interrogation techniques. In particular, the transduction system IROP (Increased Relative Optical Power) based on the effect of the presence of biological material in the total power reflected from the biosensor cell in certain spectral ranges, has been patented and is under development by the startup company BIOD [www.biod.es/], being already available at this time, several diagnostic devices based on this idea. Devices based on this transduction system have proven their efficiency in detecting proteins and infectious agents such as rotavirus and virus of dengue. Finally, the developed theoretical model is used to characterize the optical properties of some of the materials from which biosensors are fabricated, as well as the optical properties of the biological material layers formed at different stages of an immunoassay. The optical parameters of the layers above are obtained by the general method of least squares fit to the experimental curves obtained in immunoassays.

Prueba de envejecimiento acelerado para evaluar calidad de semillas de diferentes materiales genéticos de frijol (Phaseolus vulgaris L.)

El presente trabajo se realizó en Geneticos Nicaraguenses (REGEN) adscrito Nacional Agraria a finales de 1995 con el la Prueba de Envejecimiento Acelerado (PEA) el Programa a la Universidad propósito de utilizar de semillas como una herramienta más para evaluar vigor, atributo relacionado con la emergencia en campo y la almacenabilidad de las mismas. El estudio se realizó con seis variedades (dos mejoradas modernas y cuatro locales o tradicionales) sometidas a condiciones de envejecimiento acelerado a fin de diferenciar los genotipos en base a su comportamiento después de la prueba mencionada. Se evaluaron en laboratorio y en campo en un diseño completamente al azar, las variables siguientes: Germinación estándar. número de plantas emergidas. velocidad de emergencia, materia seca de plántulas y de raíces. Del análisis de los resultados se llego a las conclusiones siguientes: 1) De manera general. la PA permitió hacer una diferenciación entre los materiales estudiados: las variedades locales mostraron un comportamiento superior con relación a las mejoradas. 2) La variedad local "Chile" se vio menos afectada por la PEA considerándose como un material muy vigoroso y con alto potencial de almacenamiento. ) La reducción de la terminación inicial de las variedades locales después de la PEA fue hasta un 24%. en cambio para las mejoradas fue mayor de un 48%. 4)Las variables materia seca de plántula y de raíz no permitieron valorar objetivamente la calidad de las semillas debido a las variaciones observadas. 5) Al correlacionar los resultados de la Prueba de Germinación Estándar y de la PEA con la emergencia en campo, la primera mostró un mayor coeficiente de correlación (0.98 **)con relación a la segunda prueba (0.82*). 6) A fin de mejorar la metodología de la PEA se recomienda, para llegar a conclusiones más definitivas, uniformizar ciertos parámetros de las semillas de los materiales genéticos sujetos a estudio como son: Calidad fisiológica Inicial, contenido de humedad Inicial, condiciones previas de almacenamiento, color de testa, rugosidad etc.

Evaluación agronómica y morfológica de quince materiales genético de frijol común (Phaseolus vulgaris L.), en la localidad Dulce Nombre de Jesús, Matagalpa

El presente trabajo, se realizó en postrera 2000, en la comarca Dulce Nombre de Jesús, Matagalpa. Con el propósito de determinar diferencias entre materiales genéticos clasificados en grupos por coloración de la cubierta de la semilla; evaluar el comportamiento de las variedades locales dentro del grupo de color de semilla y estimar la proporción de la varianza determinada por cada uno de los factores en estudio para las diferentes variables cuantitativas del cultivo de frijol. El ensayo consistió en un experimento Bifactorial jerárquico en un diseño de bloques completos al azar con cuatro repeticiones. Para varios caracteres de la flor y vaina los materiales genéticos Kaki, Mono y Gualiceño presentaron una mayor diversidad que la encontrada en el grupo poblaciones de grano rojo. Dentro de este último grupo de poblaciones la variabilidad entre poblaciones fue muy evidente y distintivas para las variables de orden cualitativos antes mencionadas, mostrando algunos valores individuales superiores al presentado por las poblaciones Kaki, Mono y Gualiceño como fue una mayor precocidad a la floración y uniformidad a la madurez, así como una mayor resistencia a efectos del ambiente, no obstante que dentro de estos materiales se detectaron mezclas de plantas. Para la variable cuantitativa, de mayor interés, que es el rendimiento/ planta no se encontró diferencias estadísticas. Para la mayoría de las variables cuantitativas estudiadas la mayor parte de la variabilidad fenotípica observada se debió al error experimental seguido del efecto de variedades dentro de grupos de poblaciones agrupadas por color de semilla y en menor magnitud fue debido al efecto de color

Evaluación de la variabilidad fenotípica de catorce materiales genéticos de frijol común (Phaseolus vulgaris L.) en la localidad de San Marcos, Carazo

El presente trabajo se realizó en época de postrera 2000 en la estación experimental "La Compañía", San Marcos, Carazo con los objetivos de evaluar el comportamiento agronómico de catorce poblaciones de frijol común, determinar si existen diferencias significativas entre poblaciones para diferentes caracteres cuantitativos, determinar si existen diferencias significativas entre poblaciones locales clasificadas por color de semilla y entre materiales genéticos dentro del grupo de granos rojos. Las poblaciones objeto de estudio fueron colectadas en diferentes regiones del país, el diseño consistió en un experimento bifactorial jerárquico en un diseño de bloques completos al azar con cuatro repeticiones. Se observó gran variabilidad genética en las poblaciones estudiada, para los caracteres días a floración y madurez fisiológica, sobresalen con mayor precocidad las poblaciones de color rosado y crema suave. Se observó diferencias significativas para la mayoría de las variables cuantitativas estudiadas entre las poblaciones evaluadas, para la variable de mayor interés que es el rendimiento se encontró diferencia estadística sobresaliendo los materiales de color rosado, crema suave y V-16 y V-26 del grupo de variedades locales de grano rojo. También se encontró algunas limitantes como lo es la alta susceptibilidad a enfermedades.

Estabilidad y rendimiento de seis materiales genéticos de frijol común (Phaseolus vulgaris L.) en distintas zonas de Nicaragua

El presente trabajo se realizo con el objetivo de evaluar la estabilidad y capacidad derendimiento de seis poblaciones de frijol común (Phaseolus vulgaris L.) (dos variedades mejoradas) DOR-364 e INTA-Masatepe, (cuatro variedades locales) V16, V29, V6 y V9 en seis localidades del país (Dulce Nombre de Jesús, Darío; Matagalpa; Tomatoya, Jinotega; Las Cámaras, Santa Cruz, Estelí; La Poma, Masaya; La Pita, Santo Tomas, Chontales y La Compañía, San Marcos, Carazo) El experimento consistió en un bifactorial en un diseño de Bloques Completamente al Azar (BCA). El rendimiento de los materiales genéticos se sometió al análisis de estabilidad mediante estadísticas univariadas de estabilidad y el análisis AMMI (Additive Main Effects and Multiplicative Interactions) que permitió una mejor interpretación de la interacción material genético-localidad. Los resultados significativos de dicha interacción demostraron que los materiales genéticos se comportaron de manera diferente en las distintas localidades. La variedad INTA-Masatepe según el análisis combinado de estabilidad y rendimiento, resultó superior al resto. El análisis AMMI permitió detectar interacciones positivas y negativas entre los diferentes materiales genéticos y localidades resaltando el comportamiento de DOR-364 y V9 en San Marcos (ambiente de alta productividad) y las variedades locales V29 y V16 en las localidades de Dulce Nombre, Masaya y Estelí (ambiente de baja productividad). La variedad local V6 resultó tan estable como INTA-Masatepe pero deficiente en cuanto a rendimiento. El estudio no permitió detectar una interacción específica de INTA-Masatepe con una localidad en particular.