INANOE Repositorio (Inst- Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica
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Construction of a light sheet system with novel illumination configurations
Get PDFLight Sheet Fluorescence Microscopy is a highly efficient technique (in terms of excitation and detection of the signal) to observe, in high resolution (x, y and z), living samples. It works by illuminating the sample with a light sheet, normally produced using a cylindrical lens. The generated fluorescence signal is recorded in a perpendicular way to the light sheet. Until now, LASERS, considered as point sources, had to be used to ensure the production of a thin light sheet. In this project, I present a new way to create a Light Sheet using LEDs or any extended source in general in combination with the use of a Photonic Lantern (PL). This has the advantage that they will produce a more homogenous illumination, have a large bandwidth, produce no speckle or any interference patterns and is not expensive. Thus, in this work, I will introduce the working principle of the Light Sheet Fluorescence Microscope (LSFM), then I will show the different kind of sources of light to generate a Light Sheet, including the use of extended sources. Then I will explain the Photonic Lantern, its constructions, and its characterization. This allows to present, for the first time, the combined use of a PL with an extended source for obtaining high-resolution images in a light sheet microscope. Finally, I will show the use of LEDs and PL as the ideal tool to produce high-resolution images of non-fluorescently labeled samples using elastic scattering as a contrast mechanism. Importantly, this opens up a new range of applications in which fluorescence signal is too weak (for example for fast imaging) or for conditions in which labeling is not possible at all
Diseño de un amplificador Lock In con circuito de alineación de fase en tecnología CMOS de 0.18 µm
No full textEn este trabajo se diseñó un amplificador lock in en tecnología CMOS de 0.18μm, formado por un amplificador sensible a fase y un circuito de alineación de fase. El amplificador sensible a fase consiste en bloque Amplificador-Modulador basado en una arquitectura de amplificador que utiliza un par diferencial de entrada Flipped Voltage Follower con resistencias lineales de degeneración Rᵪ y carga R, el cual proporciona una ganancia fija R=Rᵪ de 40 dB, mientras que la demodulación queda embebida en la etapa de salida del transconductor, optimizándose así el diseño en términos de consumo de potencia y área. Para concluir la etapa de amplificación sensible a fase se ha diseñado un filtro activo pasa bajas en modo diferencial totalmente integrable. El circuito de alineación de fase se encarga de ajustar, con un control digital, la fase de la señal de referencia con respecto a la señal de interés. Para ello, utiliza fundamentalmente un comparador con histéresis, para detectar los cruces por V=2 del nivel en DC de salida, un desplazador de fase variable con un control digital, y un desplazador de fase fijo de 90°. La palabra de control digital se puede generar mediante un contador de 5 bits (propuesta 1) o bien mediante un registro de aproximaciones sucesivas (SAR), propuesta 2. En el primer caso es posible alinear las fases en un tiempo de 830ms con un error en fase máximo de ±8:6°, mientras que en el segundo caso es posible alinear las fases en un tiempo de 237ms, con un error en fase máximo de ±4:72°. Por ello se seleccionó la segunda propuesta para el diseño del sistema completo. El amplificador lock in resultante tiene una ganancia de 42dB, una reserva dinámica de 33.9dB y permite recuperar una señal de interés de ambientes ruidosos con un error inferior al 4:5%
Distribución de dirac para intensidad y fase
Get PDFWe consider two definitions of coherent states in a Hilbert space of finite dimension, based on the definition of the circular creation and annihilation operators in Pegg-Barnett formalism. The number-phase Kirkwood-Rihaczekd function is calculated for those states. Analytical results and numerically computed graphs are presented.Consideramos dos definiciones de estados coherentes en un espacio de Hilbert de dimensión finita, basados en la definición de los operadores de creación y aniquilación circulares en el formalismo de Pegg y Barnett. La función de Kirkwood-Rihaczek para número y fase se calcula para dichos estados. Se presentan resultados analíticos y gráficas computadas numéricamente
Análisis de características estadísticamente significativas en el dominio temporal de señales ECG y PPG para identificación biométrica bimodal
Get PDFEl reconocimiento biométrico ha sido utilizado entre los seres humanos desde la antigüedad utilizando rasgos biométricos como la cara y la voz para reconocerse unos a otros. Actualmente es utilizada en distintos sectores para controlar el acceso de personas a instalaciones, países e incluso servicios, así como registro de asistencia a trabajadores en empresas, utilizando una amplia gama de rasgos biométricos y buscando siempre que sea un sistema seguro y eficaz. Para utilizar dichos rasgos biométricos es necesario extraer sus características, en la literatura existen diversas técnicas de extracción de características para señales biológicas, entre tanta variedad al elegirlas estas suelen ser redundantes por lo que es importante poder tener una selección con las que sean estadísticamente significativas. En este escrito el objetivo es analizar las técnicas de extracción de características estadísticamente significativas utilizando análisis de la varianza (ANOVA), extraídas en el dominio temporal de las señales electrocardiográfica (ECG) y fotopletismográfica de pulso (PPG), para identificar personas por biometría bimodal, utilizando como clasificador el algoritmo de alineamiento temporal dinámico (DTW). Las técnicas de extracción de características consideradas inicialmente formaron un vector de longitud 18, tales técnicas fueron optimizadas a través de análisis de la varianza (ANOVA) y análisis ex-post de comparación múltiple Tukey con lo cual fue posible reducir la longitud del vector de 18 a 5 técnicas estadísticamente significativas. La evaluación del sistema biométrico se llevo a cabo utilizando matriz de confusión y curva ROC obteniendo como resultados para el sistema optimizado una exactitud de 99.55 %, precisión de 87.02 %, sensibilidad de 89.98 %, especificidad de 99.74 %, tasa de falsos positivos de 0.25 %, tasa de falsos negativos de 10.01 %, índice de Youden 0.8448, área bajo la curva ROC de 0.9743 y una tasa de igual error de 7.76%. De igual forma el sistema fue evaluado de forma unimodal con las señales ECG, PPG y la suma de ellas, así como de forma bimodal mostrando un mejor comportamiento al ser evaluado de forma bimodal
Investigación y desarrollo de procesos tecnológicos para la obtención de emisores de luz y guías de onda para la integración en sistemas electrofotónicos
Get PDFThis thesis work addresses the design and study of a light emitter and a waveguide for an electrophotonic system, through the exclusive use of techniques and materials compatible with Complementary Metal-Oxide-Semiconductor (CMOS) technology. In particular, the impact of the gate manufacturing process on the electro-optical characteristics of light emitting capacitors based on silicon-rich silicon oxide (SRO) is studied, to find out if these processes help or impair the performance of the device.
For the study of the light emitter, devices were manufactured with an active layer of 40 nm of SRO deposited by means of the LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition). A polysilicon film was used as the gate for the device, which was submitted to a doping process (type N) with and without re-diffusion 1000 °C. For the analysis of the composition of the SRO film after the manufacture of the device, the polysilicon gate with KOH was removed. A change in the stoichiometry of the SRO was observed by ellipsometry, indicated by the increase in the refractive index, which was then confirmed by the composition analysis performed by X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). The percentage of phosphorus atoms to the SRO film is negligible. It was found that the excess of additional silicon incorporated in SRO films during doping mainly increases the formation of Si³⁺ type suboxides while the re-diffusion process results in a restructuring of ORS. In addition, an increase in the formation of elemental silicon (Si⁰) was found with doping and re-diffusion which could be causing an increase in the size of silicon nanoparticles (Si-nps) and shifting the photoluminescence spectrum towards a longer wavelength. The device with only doping presented full-area electroluminescence in white after reaching a resistive switching (SR) behavior, which is related to structural changes within the SRO film. The device with doping and re-diffusion does not exhibit the behavior of resistive switching and electroluminescence only appears as a high density of light points. In addition, it was found that the emission color of the devices not only depends on the excess silicon, but also on the way it is added to the SRO network and the type of link that is formed.Este trabajo de tesis aborda el diseño y estudio de un emisor de luz y una guía de onda para un sistema electrofotónico, mediante el uso exclusivo de técnicas y materiales compatibles con la tecnología metal-óxido-semiconductor complementaria (CMOS, del inglés Complementary Metal-Oxide-Semiconductor). De manera particular, se estudia el impacto del proceso de fabricación de la compuerta sobre las características electro-ópticas de capacitores emisores de luz basados en películas de óxido de silicio rico en silicio (SRO, del inglés, Silicon Rich Oxide) para averiguar si dichos procesos ayudan o perjudican el desempeño del dispositivo.
Para el estudio del emisor de luz, se fabricaron dispositivos con una capa activa de 40 nm de SRO depositado por medio de la técnica de LPCVD (del inglés, Low Pressure Chemical Vapor Deposition). Como compuerta para el dispositivo se utilizó una película de polisilicio la cual fue sometida a un proceso de dopado (tipo N) con y sin redifusión a 1000 ᵒC. Para el análisis de composición de la película de SRO después de la fabricación del dispositivo, se eliminó la compuerta del polisilicio con KOH. Por medio de elipsometría se observó un cambio en la estequiometria del SRO indicada por el incremento en el índice de refracción, el cual después fue confirmado mediante el análisis de composición realizado por Espectroscopia de Fotoelectrones de Rayos X (XPS, del inglés, X-ray Photoelectron Spectrometry). Se comprobó la existencia de una migración de átomos de fósforo y de silicio desde la compuerta de polisilicio hacia la película de SRO, siendo mayor en la película con redifusión. El porcentaje de átomos de fósforo hacia la película de SRO es despreciable. Se encontró que el exceso de silicio adicional incorporado en las películas de SRO durante el dopado principalmente incrementa la formación de subóxidos tipo Si³⁺ mientras que el proceso de redifusión provoca una reestructuración del SRO. Además, se encontró un incremento en la formación de silicio elemental (Si⁰) con el dopado y la redifusión lo que podría estar provocando un incremento en el tamaño de las nanopartículas de silicio (Si-nps) y desplazando el espectro de fotoluminiscencia hacia una mayor longitud de onda. El dispositivo con solo dopado presentó electroluminiscencia de área completa en color blanco después de alcanzar un comportamiento de switcheo resistivo (SR), el cual es relacionado con cambios estructurales dentro de la película de SRO
Comparación de sensores basados en celdas solares y fotodiodos para la determinación de la orientación de satélites CubeSat
Get PDFIn the last decade, CubeSat satellites have become a viable platform to carry out space missions of technological and educational development, as well as to carry out scientific missions. Among the devices most commonly used in satellites are solar cells and photodiodes. The panels are mainly used for power generation and photodiodes are used to protect star sensors and other instruments from the presence of the Sun. The objective of this
thesis was to investigate what possibilities have commercial solar cells and photodiodes to be used as orientation sensors in CubeSat satellites. A characterization process of solar cells and photodiodes was carried out to determine their behavior with respect to the angle of incidence of sunlight. After comparing the results, it was decided to model cells and photodiodes separately, since the answers were di_erent, thus the mathematical models were developed (voltage as a function of the angle and angle depending on the voltage) for each characterized device. The models of each device allowed us to simulate separately a pair of sensors, which provide information to an attitude determination and control system for CubeSats satellites (1U, 2U, 3U and 6U). MATLAB was used for the simulations, in the design of the system for determining and controlling the orientation of the satellites, aspects of mass, dimensions and dynamic model of CubeSats were taken into account, as well as including ephemerides, orbital elements, orbit propagator, Attitude determination methods, magnetometer, perturbations, reaction wheels, proportional-derivative control, all integrated into a graphical interface for easy use. In the simulations, it was possible to determine and control the orientation of the simulated satellites when they are in the light period. In order to compare the mathematical models of the attitude sensors when they were used to provide orientation information, the following input parameters were varied: CubeSat size (1U, ...), attitude determination method (TRIAD, QMethod, QUEST), simulation time, type of sensor (cells, photodiodes, cells and photodiodes) and the way to introduce the orbital parameters (manual mode or by TLEs, TLEs of CubeSats that are in orbit were used).En la última década los satélites CubeSat se han convertido en una plataforma viable para realizar misiones espaciales de desarrollo tecnológico y educativo, así como para llevar a cabo misiones científicas. Entre los dispositivos más utilizados en satélites se encuentran las celdas solares y fotodiodos. Los paneles son utilizados principalmente para la generación de energía y los fotodiodos se utilizan para proteger a sensores de estrellas y otros instrumentos de la presencia del Sol. El objetivo de esta tesis se centró en investigar qué posibilidades tienen celdas solares y fotodiodos comerciales para ser utilizados como sensores de orientación en satélites CubeSat. Se realizó un proceso de caracterización de celdas solares y fotodiodos para determinar su comportamiento respecto al ángulo de incidencia de la luz solar. Tras comparar los resultados se decidió modelar por separado celdas y fotodiodos, pues las respuestas fueron diferentes, así se desarrollaron los modelos matemáticos (voltaje en función del ángulo y ángulo en función del voltaje) para cada dispositivo caracterizado. Los modelos de cada dispositivo nos permitieron simular por separado un par de sensores, los cuales proporcionan información a un sistema para la determinación y control de la orientación de satélites CubeSats (1U, 2U, 3U y 6U). Para las simulaciones se utilizó MATLAB, en el diseño del sistema de determinación y control de la orientación de los satélites, se tomaron en cuenta aspectos de masa, dimensiones y modelo dinámico de CubeSats, además de incluir efemérides, elementos orbitales, propagador de órbita, métodos de determinación de actitud, magnetómetro, perturbaciones, ruedas de reacción, control proporcional-derivativo, todo integrado en una interfaz gráfica para facilitar su uso. En las simulaciones se logró determinar y controlar la orientación de los satélites simulados cuando estos se encuentran en el periodo de luz. Para poder comparar los modelos matemáticos de los sensores de actitud al ser utilizados para proveer información de la orientación, se variaron los siguientes parámetros de entrada: tamaño del CubeSat (1U, ...), método de determinación de actitud (TRIAD, QMethod, QUEST), tiempo de simulación, tipo de sensor (celdas, fotodiodos, celdas y fotodiodos) y la forma de introducir los parámetros orbitales (modo manual o por TLEs, se utilizaron TLEs de CubeSats que se encuentran en órbita)
Valoración de las técnicas LLLT y PDT en la mejora de la cicatrización de heridas cutáneas
Get PDFLa terapia de luz de bajo nivel (LLLT; Por sus siglas en inglés) y la terapia fotodinámica (PDT; Por sus siglas en inglés) son dos técnicas biofotónicas que ofrecen una solución alternativa de bajo costo y con mínimos o nulos efectos secundarios a problemas médicos como lo son las heridas crónicas. En el presente estudio se evaluó a la LLLT y a la PDT en la mejora del proceso de cicatrización de heridas cutáneas. La PDT involucra la activación de un colorante fotosensibilizador con una longitud de onda específica. Los fotosensibilizadores (FSs) utilizados fueron azul de metileno (AM) y rosa de bengala (RB), los cuales fueron activados a 633 nm (luz roja) y 532 nm (luz verde) respectivamente. La densidad de energía empleada en la activación de los FSs fue de 10 J/cm^2. Esta misma densidad de energía (10 J/cm^2) fue utilizada como dosis de luz para la LLLT en longitudes de onda dentro del espectro del azul, verde y rojo; Además se analizó el efecto de la LLLT en una terapia que combina las tres longitudes de onda (10 J/cm^2 de luz azul, 10 J/cm^2 de luz verde y 10 J/cm^2 de luz roja). El trabajo se realizó con un total de 35 ratas alopécicas (Rattus orvegicus) divididas aleatoriamente en 7 grupos experimentales: i) Control, ii) LLLT R, iii) LLLT V, iv) LLLT A, v) LLLT RVA, vi) PDT-AM y vii) PDT-RB. Para todos los animales de cada grupo, se realizaron 2 heridas circulares (1 cm de diámetro) en el dorso. Posteriormente, se realizó el tratamiento respectivo en cada herida a los días 0, 1, y 2 y se monitoreó el proceso de cicatrización mediante fotografías diarias hasta el día 21. Para estudiar los cambios histológicos provocados en el tejido epitelial se sacrificaron periódicamente los animales de experimentación correspondientes (días 3, 5, 7, 14 y 21) y se realizaron biopsias sobre la región de las heridas, las cuales fueron procesadas y evaluadas mediante cortes histológicos y tinción hematoxilina y eosina (HE). Los resultados demuestran que ambos tipos de tratamiento (LLLT y PDT) tuvieron un efecto beneficioso sobre el proceso de cicatrización, especialmente se observó un proceso de reepitelización mejorado que al de los controles. La LLLT roja y la LLLT con azul, verde y rojo, mostraron una buena separación y reestructuración de las capas epiteliales, la LLLT verde, en especial la LLLT azul promovieron principalmente la formación de la epidermis, de igual manera que la PDT verde con RB en donde se observó una exagerada respuesta en la formación de la cap
Use of a microwave photonic filter for demonstration of simultaneous bidirectional transmission
No full textThe microwave photonic can be considered as the study of opto-electronic devices and systems processing signals at microwave frequencies. The key advantages of microwave photonic links over conventional electrical transmission systems, such as coaxial cables and waveguides, include reduced size, weight and cost, low and constant attenuation over the entire microwave modulation frequency range, immunity to electromagnetic interference, low dispersion and high-data transfer capacity. The weight and attenuation bene efits of microwave photonic links over coaxial cables are particularly compelling: typically 1.7 kg/km and 0.5 dB/km for the fiber with 567 kg/km and 360 dB/km at 2 GHz for a coaxial cable. Research activity in microwave photonic techniques has focused on the photonic distribution of microwave signals, the photonic processing of microwave signals, the photonic generation of microwave signals and the photonic analog-to-digital conversion. This research is developed taking into account the photonic distribution and processing of microwave signals using a microwave photonic filter. A microwave photonic filter is a photonic subsystem designed with the aim of carrying equivalent tasks to those of an ordinary microwave filter within a Radio Frequency (RF) system, bringing supplementary advantages
inherent to photonics, and also providing features which are very difficult or even impossible to achieve with traditional technologies, such as fast tunability and reconfigurability. In literature, several architectures of microwave photonic filters have been proposed. However, we use a simple and easy implementation microwave photonic filter architecture which consists of a multimode laser diode, a Mach-Zehnder intensity modulator, an optical fiber, and a photodetector. The radio frequency to optical conversion is achieved by externally modulating the optical source. The RF signal is conveyed by an optical carrier and the composite signal is injected to an optical fiber. At the fiber output, the resulting signal is optical to radio frequency converted by a photo-detector. The frequency response of this microwave photonic filter is constituted of a series of microwave band-pass windows and it depends on the parameters such as the electrical frequency of the signal injected to the Mach-Zehnder modulator, the fiber chromatic dispersion, the fiber length and the Fourier transform of spectral density of the optical source used
Filtros pasa-banda diferenciales
Get PDFMicrowave systems are used to generate, process and detect electromagnetic signals in a frequency range from 300MHz to 300GHz approximately. Applications of these systems are very varied: the radar (for locating people, time prediction and air and ground traffic control), broadcast (cellular, T.V, internet, data) through terrestrial (repeaters) and spacial links (satellite communications), wireless communication systems, et cetera.
All these applications need a fundamental component: the microwave filter. Its function is to allow the pass of a defined range of frequencies with a minimum loss of power and with a low level of distortion. Currently, the design of filters capable of suppressing interference cause by external sources is a subject of vital importance in the microwave field.
In this work, we present the design, simulation and characterization of two balanced band-pass filters in the microwave range. These filters present a fractional bandwidth of about 5.5% with insertion loss between 2.7 and 4dB in the bandpass. The maximum common mode rejection is about 67dB in the bandpass. The filters present a compact size compared to similar previous works.
The filters are based on a novel balanced resonant structure composed of inductors, capacitors and transmission lines, which can resonate under differential mode and suppress common mode noise.Los sistemas de microondas se utilizan para generar, procesar y detectar señales electromagnéticas en un rango de frecuencias que abarca de 300MHz a 300GHz. Las aplicaciones de estos sistemas son muy diversas: el radar (localización de personas, predicción del tiempo, control del tráfico aéreo o terrestre), la transmisión de información (telefonía, televisión, internet, datos) mediante enlaces terrestres de microondas (repetidores) y espaciales (comunicaciones satelitales), los sistemas inalámbricos de comunicaciones entre otras más.
Todas estas aplicaciones requieren la implementación de filtros de microondas. Su función es dejar pasar un rango definido de frecuencias con una pérdida mínima de potencia y con un nivel de distorsión bajo. Actualmente, el diseño de filtros capaces de suprimir la interferencia causada por fuentes externas es un tema de vital importancia en el campo de las microondas.
En este trabajo se presenta el diseño, simulación y caracterización de dos filtros balanceados pasa-banda de microondas. Estos filtros presentan un ancho de banda fraccionario de aproximadamente 5.5% con pérdidas por inserción entre 2.7 y 4dB en la banda de paso. El máximo rechazo en modo común es de 67dB dentro de la banda de paso. Los filtros presentan un tamaño compacto comparado con trabajos similares previos.
Estos filtros se basan en una nueva estructura resonante balanceada compuesta por inductores, capacitores y líneas de transmisión, la cual es capaz de resonar bajo modo diferencial y suprimir el ruido en modo común
Diseño de líneas microcinta para su aplicación en la medición de permitividad de tejidos de fibra de vidrio
No full textIn PCB technology, the characteristics of the materials with which they are built are determining factors in determining the electrical properties that the circuits designed on them will perceive. It has found some factors of greater influence in the change of the electrical properties of the dielectrics, it is caused by the lack of homogeneity and that at high frequencies the wavelengths become comparable with the dimensions of the fiberglass fabrics. Depending on the materials, there are undesired effects such as resonances, crosstalk and losses that are mostly accentuated when operating at frequencies in the microwave range. The relative permittivity is a characteristic value of the dielectric of great importance for the design of circuits and that varies with respect to the frequency, having the permittivity well defined in the different frequencies, it is possible to obtain in a congruent way with the reality the design parameters of the RF circuits.
In this work, the methodology carried out to obtain the effective permittivity of fiberglass fabrics most used in the PCB laminate industry is presented, this was done from a test vehicle based on microstrip type transmission lines, with which, measurements of dispersion parameters are made and the characteristic values of the line are obtained, the influential mechanisms to be considered are identified and finally the relative permittivity of the tissue under test is obtained in a quasi-continuous frequency range up to 20 GHz
In order to validate the data obtained through the methodology proposed in this work, the comparison is made with the permittivity of data provided by the manufacturer, whose information is obtained with techniques based on resonant structures and is presented at specific frequencies finds that there is a good correlation between experimental data and those provided by the manufacturerEn los laminados de tecnología PCB, las características de los materiales con que son construidos son determinantes para determinar las propiedades eléctricas que percibirán los circuitos que se diseñen sobre estos. Se ha encontrado algunos factores de mayor influencia en el cambio de las propiedades eléctricas de los dieléctricos, es ocasionado por la falta de homogeneidad y que en altas frecuencias las longitudes de onda se hacen comparables con las dimensiones de los tejidos de fibra de vidrio. Dependiendo de los materiales, se encuentran efectos no deseados como resonancias, diafonía y pérdidas que se ven mayormente acentuadas cuando se opera en frecuencias en el rango de las microondas. La permitividad relativa es un valor característico del dieléctrico de gran importancia para el diseño de circuitos que varía con respecto a la frecuencia, teniendo la permitividad de los dieléctricos bien definida en las diferentes frecuencias, es posible obtener de manera congruente con la realidad los parámetros de diseño de los circuitos RF.
En este trabajo, se presenta la metodología llevada a cabo para obtener la permitividad efectiva de tejidos de fibra de vidrio más utilizados en la industria de los laminados PCB, esto se realizó a partir de un vehículo de pruebas basado en líneas de transmisión tipo microcinta, con el cual, se realizan las mediciones de parámetros de dispersión y se obtiene los valores característicos de la línea, se identificados los mecanismos influyentes a considerar y finalmente se logra obtener la permitividad relativa del tejido bajo prueba en un rango de frecuencias cuasi continuo hasta 20 GHz.
Con el fin de validar los datos obtenidos a través la metodología propuesta en este trabajo, se realiza la comparación con la permitividad de datos proporcionados por el fabricante, cuya información es obtenida con técnicas basadas en estructuras resonantes y es presentada a frecuencias puntuales, finalmente se encuentra que se tienen una buena correlación entre datos experimentales y los facilitados del fabricante