INANOE Repositorio (Inst- Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica
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Desarrollo y análisis de superficies asféricas en silicio
No full textEn este trabajo de tesis se presenta el uso de técnicas de microelectrónica para
maquinar cavidades asféricas en silicio monocristalino {1 0 0}, acompañado de un
minucioso análisis en la morfología final y en la región gradual de alto índice. Los
grabados se realizan utilizando una solución acuosa de hidróxido de potasio (KOH) al
45 % P/P, a 60°C, condiciones necesarias para asegurar control en los experimentos de
corrosión química del silicio monocristalino, con 300 micras de grosor y diámetro de 5
centímetros. Las microcavidades asféricas se pueden desarrollar utilizando un ciclo
sencillo de fotolitografía y grabado húmedo anisotrópico. Donde el diseño geométrico de
estas estructuras, se realiza considerando la simetría de los planos y la estructura atómica
general en el silicio monocristalino {1 0 0}. Logrando cavidades con un desarrollo
controlado, morfología variada y excelente reproducibilidad. Su funcionamiento y posibles
aplicaciones (como elementos ópticos) dependen directamente de su geometría final. Sin
embargo, se ha identificado la falta de un análisis exhaustivo para este tipo de estructuras
durante su evolución, particularmente sobre la región gradual de alto índice que se
desarrolla dentro de cada cavidad. Esta zona bien definida abre amplias posibilidades
para nuevos dispositivos cuyo funcionamiento depende de la orientación de la superficie.
El objetivo principal de este trabajo es presentar un análisis a base de micrografías
ópticas, micrografías SEM y barridos con perfilómetro alpha step, que en conjunto
permiten un estudio morfológico inicial de la zona de interés, denominada región gradual
de alto índice.In this thesis work, the use of microelectronics techniques for the precise
micromachining of aspheric cavities onto monocrystalline {1 0 0} silicon is presented, a
thorough analysis on both the final morphology and the gradual high-index region is also
performed. Aspheric microcavities can be developed using a single cycle of
photolithography and anisotropic wet etching. Where the geometrical design of these
structures, took some sizing and calculations considering the symmetry of the planes and
the atomic structure in {1 0 0} silicon. Achieving cavities with controlled development,
varied morphology and excellent reproducibility. Their performance and possible
applications (as optical elements) depend directly on their size and geometry. however, a
comprehensive analysis is missing for this type of evolving structures, particularly on the
gradual high-index region that occurs within each cavity. This well-defined zone opens
wide possibilities for new devices whose operation depends on the surface orientation. A
precise analysis is the main objective for this work based on optical micrographs, SEM
micrographs and alpha step profilometer scans, which combined allow a study of the zone
of interest, called the gradual high index region
Estrategias de Control para la Sincronización de Orientación bajo Vuelo en Formación de VANT
Get PDFEn esta tesis, abordamos el desafiante problema de la sincronización de
orientación en vehículos aéreos no tripulados (UAV) que vuelan en formación.
Nuestro enfoque se centra en la sincronización de formaciones, donde se manejan conjuntos de dos o más vehículos, y específicamente nos adentramos en la dinámica de la formación líder-seguidor. En este contexto, se introduce un líder virtual que se comunica con un único vehículo de la formación. Luego, este vehículo actúa como intermediario al distribuir la información de orientación al resto de los vehículos seguidores, siguiendo la topología definida por un grafo no dirigido de interconexión.
Para abordar este desafío, empleamos métodos basados en el control por consenso, lo que nos permite lograr un control colectivo efectivo en la formación de UAV. La comunicación entre los vehículos se activa mediante eventos, lo que asegura un flujo eficiente y oportuno de la información de los estados de los vehículos. Para evaluar la estabilidad del sistema, aplicamos la teoría de Lyapunov, una herramienta fundamental en el análisis de sistemas dinámicos.
Mediante este enfoque, demostramos la estabilidad del sistema de sincronización de orientación en formación líder-seguidor, lo que garantiza un vuelo coordinado y seguro de los UAV.
Para validar la eficacia de nuestro enfoque, llevamos a cabo simulaciones exhaustivas utilizando el entorno de programación MATLAB. Estas simulaciones se llevaron a cabo en diversos escenarios y condiciones. Los resultados obtenidos fueron altamente satisfactorios, mostrando una sólida sincronización de orientación entre los UAV en formación. Esto respalda la viabilidad y robustez de nuestro enfoque propuesto en situaciones prácticas.In this thesis, we tackle the challenging problem of attitude synchronization
in unmanned aerial vehicles (UAV) flying in formation. Our approach focuses
on formation synchronization, where sets of two or more vehicles are managed, and specifically, we delve into the dynamics of leader-follower formations. In this context, a virtual leader is introduced, which communicates with a single vehicle in the formation. Subsequently, this vehicle acts as an intermediary, distributing attitude information to the rest of the follower vehicles, following the topology defined by an undirected interconnection graph.
To address this challenge, we employ methods based on consensus control,
allowing us to achieve effective collective control in the UAV formation. Communication between the vehicles is triggered by events, ensuring an efficient and timely flow of vehicle state information. To evaluate the stability of the system, we apply Lyapunov theory, a fundamental tool in the analysis of dynamic systems. Through this approach, we demonstrate the stability of the leader-follower formation attitude synchronization system, ensuring coordinated and safe flight of the UAVs.
To validate the effectiveness of our approach, we conduct comprehensive simulations using the MATLAB programming environment. These simulations are carried out in various scenarios and conditions. The obtained results are highly satisfactory, showing a strong attitude synchronization among the UAVs in formation. This supports the feasibility and robustness of our proposed approach in practical situations
Efectos en las formas de líneas atómicas en modelos de tipo Jaynes-Cummings
Get PDFEn esta tesis doctoral, se exploraron los efectos en las formas de línea atómicas en dos modelos de tipo Jaynes-Cummings. En el primer modelo, se investigó la influencia de niveles cercanos no resonantes, mientras que en el segundo, se analizó cómo un campo clásico externo impulsa simultáneamente tanto al átomo como al campo cuantizado. Se presentaron soluciones exactas a la ecuación de Schrödinger asociada al hamiltoniano de cada modelo y se calculó la inversión atómica y la inversión atómica promedio bajo diversas condiciones iniciales del campo cuantizado. Para validar la precisión de los resultados obtenidos analíticamente, se realizaron comparaciones con simulaciones numéricas, obteniendo resultados consistentes. Además, estos resultados se ajustan bien a los ampliamente reportados en la literatura del modelo Jaynes-Cummings estándar cuando se excluyen los efectos externos. Esta investigación contribuye significativamente a la comprensión de cómo la interacción entre átomos y campos electromagnéticos, especialmente en presencia de influencias externas, afecta las propiedades espectrales de los átomos.In this doctoral thesis, we explored the effects on atomic lineshapes in two Jaynes-Cummings type models. In the first model, we investigated the influence of nearby non-resonant levels, while in the second model, we analyzed how an external classical field simultaneously drives both the atom and the quantized field. We presented exact solutions to the Schrödinger equation associated with the Hamiltonian of each model and calculated atomic inversion and average atomic inversion under various initial conditions of the quantized field. To validate the accuracy of the results we obtained analytically, we conducted comparisons with numerical simulations, which yielded consistent outcomes. Furthermore, these results closely aligned with those widely reported in the literature for the standard Jaynes-Cummings model when external effects were excluded. This research significantly contributes to our understanding of how the interaction between atoms and electromagnetic fields, especially in the presence of external influences, affects the spectral properties of atoms
A spectroscopic analysis of globular and fuzzy clusters in the lenticular galaxy NGC1023
No full textThis thesis presents the optical spectra of 47 candidate star cluster objects observed in the lenticular galaxy NGC 1023. The observations were obtained with the Gran Telescopio de Canarias (GTC) and with the OSIRIS instrument using the multi-object spectroscopy (MOS) mode, using the R1000B grism covering the wavelength range from 3630 to 7850 A. The first part of this work consists of reducing all spectra using GTCMOS, an IRAF-based pipeline running on the GTC raw data directories. From the sample of 47 candidate star cluster objects, only 26 were selected for their observed absorption features for kinematic analysis, of which 18 were classified as GCs and eight
as FFs. Using the Penalized PiXel-Fitting (pPXF) code, the line-of-sight velocities of these clusters were determined using the Single Stellar Population of BC03 for the fit process, with v values obtained between 460.38 ± 14.60 km s−1 and 941.83 ± 24.67 km s−1 for the GCs, while for the FFs sample velocity results ranged between 556.09 ± 24.00 km s−1 and 831.36 ± 16.94 km s−1. This analysis obtained line-of-sight velocity for 16 star clusters with no previous determination reported in the literature. The results of the radial velocity distribution for the star clusters are discussed, where it was found that membership in two components of the galaxy (disk and halo) was necessary to explain the various structural and star formation mechanisms of NGC 1023.En este trabajo de tesis, se presentan los espectros ópticos de 47 objetos candidatos a cúmulos estelares, observados en la galaxia lenticular NGC 1023. Las observaciones se obtuvieron con el Gran Telescopio de Canarias (GTC) y con el instrumento OSIRIS utilizando el modo de espectroscopia multiobjeto (MOS), utilizando el grisma R1000B que cubre el rango de longitud de onda de 3630 a 7850 A. La primera parte de este trabajo consiste en la reducción de todos los espectros utilizando GTCMOS, un pipeline basado en IRAF que funciona en los directorio de datos sin procesar de GTC. De la muestra de 47 objetos candidatos a cúmulos estelares solo 26 fueron seleccionados por sus características observadas en absorción para su análisis cinemático, de los cuáles 18 fueron clasificados como GCs y 8 como FFs. Mediante el uso del código Penalized PiXel-Fitting (pPXF) se determinaron las velocidades en la línea de visión de estos cúmulos por medio del ajuste de poblaciones estelares simples de BC03, con valores de v obtenidos entre 460.38 ± 14.60 km s−1 y 941,83 ± 24. 67 km s−1 para los GCs, mientras que para la muestra de FFs resultados de velocidad entre 556.09 ± 24.00 km s−1 y 831.36 ± 16.94 km s−1. Con este análisis, se obtuvo la velocidad en la línea de visión para 16 cúmulos estelares que no cuentan con una determinación previa reportada en la literatura. Se discuten los resultados de la distribución radial de velocidades para los cúmulos estelares, dónde se encontró que la pertenencia a dos componentes de la galaxia (disco y halo) era necesaria para explicar los diversos mecanismos de formación estructural y estelar de NGC 1023
Caracterización de una pantalla de cristal líquido para generar estados de polarización radial y espiral
Get PDFEn el presente trabajo se muestra la caracterización de una pantalla de cristal líquido (LCD por sus siglas en inglés), mediante la cual se proyectan distintos niveles de gris, en un rango de 0-255, esto con la finalidad de generar desplazamientos de fase, para obtener estados de polarización radial y espiral. Para ello se utilizó una LCD de modelo XGA2P01 de la marca CRL-Opto. Cuya resolución es de 26μm x 26μm. Para la obtención de dichos estados, se trabajó en la parte donde la pantalla genera cambios de fase con un comportamiento lineal, esto al iluminar con una longitud de onda de 550nm correspondiente al color verde, debido a que es donde presenta un comportamiento más estable, es decir, sin tantas fluctuaciones del láser al momento de tomar las medidas de intensidades correspondientes. Estas fluctuaciones aumentan más para el caso del láser rojo [25]. Posteriormente se determinó de forma experimental, el nivel de gris correspondiente al desplazamiento de fase. Para ello se colocó la LCD entre dos polarizadores lineales. De acuerdo con los resultados obtenidos, se observa que existe una relación entre los niveles de grises y los desplazamientos de fase
Diseño y caracterización de un ADC SAR R2R Ladder de 10 Bits en tecnología TSMC 180 nm
Get PDFEste trabajo se enfoca en los Convertidores Analógicos a Digitales (ADC), destacando su importancia en diversas aplicaciones, avances en arquitecturas, desafíos y soluciones. Se desarrolla el diseño y caracterización de un ADC en la tecnología comercial TSMC a través de mediciones. El principal aporte de esta investigación es la sustitución del bloque CDAC (Convertidor Digital a Analógico utilizando Capacitores) por un RDAC (Convertidor Analógico utilizando Resistores), lo que mejora el sistema en términos de eficiencia en el tamaño del chip y linealidad. El proceso comienza con una revisión del estado del arte para identificar los problemas comunes en los ADC y las soluciones propuestas en años recientes. A continuación, se modela el sistema en casos ideales y se procede a un modelado a nivel de transistor bajo la tecnología comercial TSMC de 180 nm. El chip se fabrica y se caracteriza, permitiendo su comparación con trabajos recientes en el mismo campo. Se analizan las ventajas y desventajas de esta investigación. En trabajo a futuro, se proponen técnicas y soluciones adicionales para mejorar este trabajo, junto con una nueva mejora hacia una arquitectura híbrida NS-SAR. Esta propuesta marca el inicio de una exploración de NS-SAR R2R Ladder, una nueva área de investigación.This work focuses on Analog-to-Digital Converters (ADCs), highlighting their importance in various applications, advancements in architectures, challenges, and solutions. It involves designing and characterizing an ADC in the commercial TSMC technology through measurements. The primary contribution of this research is the replacement of the CDAC (Capacitor-based Digital-to-Analog Converter) block with an RDAC (Resistor-based Analog-to-Digital Converter), which enhances the system in terms of chip size efficiency and linearity. The process begins with a review of the state of the art to identify common issues in ADCs and recent proposed solutions. Subsequently, the system is modeled under ideal conditions, followed by low-level transistor modeling under the TSMC 180 nm commercial technology. The chip is manufactured, characterized, and compared with recent works in the same field, examining the advantages and disadvantages of this research. In future work, techniques and additional solutions are proposed to further enhance this work, along with a new improvement towards a hybrid NS-SAR architecture. This proposal marks the beginning of an exploration of NS-SAR R2R Ladder, a new research area
Introducción al Diseño de lentes sintonizables
Get PDFLas lentes sintonizables bioinspiradas a diferencia de las lentes tradicionales de enfoque fijo, ofrecen la capacidad de ajustar y modificar sus propiedades ópticas de manera controlada y precisa como lo hace el lente cristalino del ojo humano para cambiar su longitud focal permitiendo una adaptabilidad sin precedentes en una amplia gama de aplicaciones científicas, industriales y tecnológicas. Estas lentes han surgido como una solución revolucionaria que permite esta adaptabilidad. Estas lentes son fundamentales en aplicaciones que van desde la corrección de aberraciones en telescopios hasta la mejora de la visión en oftalmología y la optimización de la comunicación óptica. Este avance tecnológico ha revolucionado una amplia gama de aplicaciones en campos que van desde la fotografía y la microscopía hasta la medicina y la comunicación óptica. la necesidad de lentes versátiles y ajustables se ha vuelto más apremiante que nunca. Desde la captura de imágenes de alta resolución hasta la corrección de aberraciones en sistemas ópticos complejos, pasando por la exploración de nuevos horizontes en la medicina y la investigación científica [1-4]
Estudio del Comportamiento Térmico en los Hologramas en Gelatinas Dicromatadas
No full textLa fotografía como técnica convencional de captura de imagen, tiene limitaciones importantes en cuanto a la capacidad de registrar la información completa de un objeto. Esto se debe a que la fotografía solo graba las variaciones de intensidad de la distribución de la imagen original, perdiendo información valiosa de fase que determina parámetros espaciales del objeto. En contraste, la holografía tiene la característica de que permite grabar el campo de onda propagado de un objeto, incluyendo tanto la fase como la amplitud de las ondas de luz reflejadas en el objeto, d ́onde se codifica a la fase como patrones de interferencia dentro del material de registro del holograma. La elaboración de hologramas de reflexión en placas de gelatina dicromatada (GDC) se ha demostrado como una técnica efectiva para obtener hologramas con alta eficiencia difractiva. Por ese motivo en este trabajo se ha buscado optimizar los procesos de elaboración de los hologramas de GDC con materiales al alcance de todos a costos accesibles, a través de diferentes técnicas de registro de hologramas con variaciones de tempera- tura. Empleando gelatina industrial y comercial con el uso de dicromato de amonio y potasio se obtuvo hologramas de 2 × 2 pulgadas y hologramas de 4 × 5 pulgadas, con gran uniformidad al someterlas al proceso de secado en horno eléctrico, mejores resultados en condiciones de humedad ambiental media entre 45 % a 55 % y temperatura ambiental de entre 18°C a 22°C, llegando a alcanzarse una resolución de m ́as de 6,000 líneas por milímetro con el arreglo óptico usado.Photography, as a conventional image capture technique, has significant limitations in its ability to record the complete information of an object. This is because photo- graphy only records variations in the intensity distribution of the original image, losing valuable phase information that determines spatial parameters of the object. In con- trast, holography has the unique feature of recording the entire wavefront of an object, including both the phase and the amplitude of the light waves reflected by the object. Phase information is encoded as interference patterns within the hologram recording material. The creation of reflection holograms on Dichromated Gelatin (DCG) plates has proven to be an effective technique for producing holograms with high diffractive efficiency. Therefore, this study aims to optimize the hologram creation processes using readily available and cost-effective materials. This optimization involves various holo- gram recording techniques with temperature variations. By employing industrial and commercial gelatin with ammonium and potassium dichromate, holograms of both 2x2 inches and 4x5 inches were obtained. These holograms exhibited remarkable uniformity when subjected to the drying process in an electric oven. The best results were achie- ved under ambient humidity ranging from 45 % to 55 % and at temperatures between 18°C and 22°C. Using the optical setup employed, resolutions of over 6,000 lines per millimeter were reached
Visualización de campos acústicos en sólidos mediante Holografía Digital
No full textLa reconstrucción de imágenes tridimensionales mediante Holografía es uno de los grandes conceptos del siglo XX. En el contexto del análisis vibracional, la holografía se utiliza para estudiar las vibraciones y deformaciones en objetos. Esta técnica suele emplear configuraciones como Holografía Interferométrica (HI) o Time Average Digital Holography (TADH). En el trabajo presentado se trabajó TADH.
En esta técnica se generan interferogramas que se registran con una c ́amara digital y mediante un proceso de reconstrucción numérica, los patrones de interferencia se convierten en imágenes tridimensionales que representan las vibraciones y deformaciones sobre algún objeto.
La primer parte de esta tesis utiliza un interferómetro de Mach-Zehnder, donde se estudia la respuesta de una membrana de acetato ante perturbaciones acústicas. En el sistema, se crea un interferograma el cual es muy sensible al movimiento produciendo un desfase en la intensidad resultante. Esta intensidad varía y es registrada por un detector de silicio. Se estudió la respuesta en frecuencia del sistema óptico ante vibraciones en un rango de 0, 20kHz, se demostró que es posible detectar infrasonidos, voces humanas y música. También fue posible explorar propiedades mecánicas en s ́olidos, como por ejemplo medir la constante de amortiguamiento de una varilla sujeta en un extremo. En la segunda parte del trabajo presentado se trabajó con la técnica TADH para visualizar efectos vibracionales de alta frecuencia sobre piezas de plata con diferentes geometrías (elíptica, triangular y romboidal). Con esta técnica fue posible visualizar la distribución del campo acústico en los objetos a diferentes frecuencias. Identificar las zonas estacionarias y estimar la amplitud de las vibraciones.The reconstruction of three-dimensional images by means of holography is one of the great concepts of the 20th century. In the context of vibrational analysis, holography is used to study vibrations and deformations in objects. This technique usually employs configurations such as Interferometric Holography (HI) or Time Average Digital Holography (TADH). In the work presented, TADH was used.
In this technique, interferograms are generated and recorded with a digital camera and through a numerical reconstruction process, the interference patterns are converted into three-dimensional images that represent the vibrations and deformations on an object. The first part of this thesis uses a Mach-Zehnder interferometer, where the response of an acetate membrane to acoustic disturbances is studied. In the system, an interferogram is created which is very sensitive to motion producing a phase shift in the resulting intensity. This intensity varies and is recorded by a silicon detector.
The frequency response of the optical system to vibrations in the 0,20kHz range was studied and it was shown that it is possible to detect infrasound, human voices and music. It was also possible to explore mechanical properties in solids, such as measuring the damping constant of a rod held at one end. In the second part of the work presented, the TADH technique was used to visualize high frequency vibrational effects on silver pieces with different geometries (elliptical, triangular
and rhomboidal). With this technique it was possible to visualize the distribution of the acoustic field in the objects at different frequencies. To identify the stationary zones and to estimate the amplitude of the vibrations
Effect of the Accretion and Core definition on the Star Formation Rate per Free Fall Time
Get PDFRecently, there has been an increasing interest in studying the mass accretion from filaments to clumps and cores within molecular clouds, and their effects on the star formation efficiency (SFE). A common parameter used to characterize the SFE is the star formation efficiency per free-fall time (εf f), defined as the fraction of gas converted into stars over a free-fall time (τf f). Here we present simplified simulations of the gravitational collapse of an isolated core, varying the initial number density (n0 = 100 and 1000 cm−3) and considering open/closed boundary conditions (BCs) to allow/disallow accretion onto the numerical box. We define the core as the gas above some density threshold. The simulations start with a slight overdensity at the center of the numerical box and develop a power-low density profile, n ∝ r−p (with p ∼ 1.7), as a consequence of gravitational collapse, forming eventually a sink particle at the center of the core. Our results show that both, the BCs and the core definition, can affect the measured physical properties of the core and, consequently, the values of the SFE. We find that simulations with low mean densities (n0 ∼100 cm−3) are more sensitive to the changes in the BCs (with the open boundaries allowing more accretion in the cores than the closed boundaries), while simulations with n0 ∼1000 cm−3 maintain similar accretion rates onto the core and sink particles regardless of the boundaries. We also notice a constancy of εf f in space and time, as suggested by recent observations. This can be interpreted as a consequence of the result that a collapsing region with a stationary density profile r−2 has a value of εf f that is independent of radius and time.Recientemente, ha habido un mayor interés en estudiar el acrecimiento de masa desde filamentos a núcleos dentro de nubes moleculares, y sus efectos en la eficiencia de formación estelar (SFE). Un parámetro comúnmente utilizado para caracterizar la SFE es la eficiencia de formación estelar por tiempo de caída libre (εf f), definida como la fracción de gas convertida en estrellas durante un tiempo de caída libre (τf f). En este trabajo presentamos simulaciones simplificadas de colapso gravitacional de un núcleo aislado, variando la densidad inicial (n0 = 100 y 1000 cm−3) y considerando condiciones de frontera abiertas/cerradas (BCs) para permitir/denegar el acrecimiento dentro del dominio numérico. Definimos el núcleo como el gas por encima de cierto umbral de densidad. Las simulaciones comienzan con una ligera sobredensidad en el centro de la caja numérica y desarrollan un perfil de densidad de ley de potencias, n ∝ r−p (con p ∼ 1.7), como consecuencia del colapso gravitacional, formando finalmente una partícula sink en el centro del núcleo. Nuestros resultados muestran que tanto las BCs como la definición del núcleo pueden afectar las propiedades físicas medidas del núcleo y, por tanto, los valores de la SFE. Encontramos que las simulaciones con densidades medias bajas (n0 ∼100 cm−3) son más sensibles a los cambios en las BCs (las abiertas permitiendo un mayor acrecimiento en los núcleos que las cerradas), mientras que las simulaciones con n0 ∼1000 cm−3 mantienen tasas de acrecimiento similares hacia el núcleo y las partículas sink independiente de las fronteras. También observamos una constancia de εf f en el espacio y el tiempo, como sugieren observaciones recientes. Esto puede interpretarse como una consecuencia del resultado de que una región en colapso con un perfil de densidad estacionario r−2 tiene un valor de εf f que es independiente del radio y el tiempo