INANOE Repositorio (Inst- Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica
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Aspectos teóricos de no linealidad óptica en un medio atómico
Get PDFEn este trabajo de tesis se desarrollo un modelo matemático el cual nos permitió obtener, de
manera teórica, todas las condiciones posibles bajo las cuales la no linealidad óptica
resonante del vapor de rubidio puede ser aumentada, así como su respuesta característica de
absorción y las mínimas configuraciones necesarias para obtener esta no linealidad.
Reportamos los cálculos de las propiedades no lineales vectoriales del vapor de rubidio
para la transición D2 del 87Rb. En el caso general, una combinación de campo magnético y
elipticidad es necesaria para obtener un aumento fuerte y optimo de la no linealidad.
Los cálculos del modelo teórico son basados en la solución directa para la evolución de la
matriz de densidad en la línea D2 del 87Rb. El método usado produce una rápida solución de
la dinámica completa para la ecuación maestra de un átomo de rubidio multi-nivel con una
buena exactitud. El algoritmo usado es de división de pasos, similar al usado para el
modelado de propagación no lineal en medios con no linealidad tipo Kerr, en particular en
fibras ópticas. Dicho algoritmo fue implementado en lenguaje C. Las soluciones obtenidas
nos permiten observar aspectos como la modulación de fase cruzada, la auto-modulación de
fase y la auto-rotación del plano de polarización.
Al realizar el análisis se encontraron los valores óptimos de intensidad, polarización y
campo magnético que permitan aumentar los efectos no lineales sobre la luz que se propaga
en una celda de vapor de rubidio. Se compararon los resultados con datos experimentales. Se
encontraron configuraciones mínimas para la no linealidad, lo cual permite tener una mejor
comprensión de la interacción atómica presente en el rubidio. Además se considero el efecto
causado por un haz de bombeo adicional, logrando un mejoramiento en la no linealidad
presente en el vapor de rubidio, al hacer el análisis de la relación entre la no linealidad y la
absorción presente en el medio
Teorema de Van Cittert-Zernike para campos plasmónicos
Get PDFEn los últimos años el desarrollo de la óptica plasmónica ha tenido un avance altamente
significativo por las potenciales aplicaciones que ofrece tales como; el desarrollo de
metamateriales, espectroscopia ramman sintonizable, pinzas plasmónicas e implementación de
guias ópticas plasmónicas, así como el desarrollo de sensores plasmónicos, en particular los
sensores de hidrocarburos y de hidrógeno [1].
En el presente trabajo de tesis se establecen los fundamentos de óptica plasmónica y se estudian
los modelos de polarización parcial, el tratamiento se extiende a la descripción de los efectos de
coherencia parcial plasmónica, lo cual permite establecer el Teorema de Van Cittert-Zernike
plasmónico. De esta forma, se establece una analogía entre óptica para ondas homogéneas con el
estudio de los campos plasmónicos. Un tópico de gran interés es la posibilidad de síntesis de las
singularidades de polarización plasmónica, el cual ofrece aplicaciones para el desarrollo de pinzas
plasmónicas. Las singularidades se generan por el hecho de que las correlaciones en amplitud de
un campo plasmónico se propagan como una onda. Las singularidades se pueden encontrar desde
la función de fase cuyo estudio tiene como soporte teórico el método de fase estacionaria.
Una contribución importante del trabajo de tesis consiste en encontrar la ecuación diferencial que
nos describe la geometría asociada a las singularidades plasmónicas
A 0.18μm CMOS internally-compensated low-dropout voltage regulator
Get PDFThe massive proliferation of battery-operated portable devices, such as cellphones, laptops
or wireless sensor networks, has made power management one of the IC industry
major concerns. In this scenario, low-dropout (LDO) voltage regulators have turned
into the preferred choice for low-voltage on-chip power management solutions, because
of their fast response, simplicity and low cost of implementation.
An LDO is a linear voltage regulator with a common source (or common emitter)
output stage, showing improved efficiency over the conventional linear regulators at
the cost of higher complexity. These regulators normally require an external capacitor
of the order of µF to operate properly, which makes them unsuitable deployment in
applications SoC (system on chip). The LDO regulator must supply a constant, noisefree,
accurate and load-independent voltage level, with particular DC, AC and transient
characteristics, such as load and line regulation, stability and transient response, which
will depend on the actual application.
A fully-integrated 0.18µm CMOS Low-Dropout (LDO) Voltage Regulator with
current mode internal frequency compensation suitable for battery-operated systems,
e.g. WSN motes, is presented in this thesis. The regulator provides a maximum output
current of 70mA for up to 50pF capacitive load. The regulated output voltage can
be chosen to be either 1.2V or 1.8V , with a supply voltage ranging from 3.3V to 2.1V .
The simulation results showed that the performance of the proposed LDO regulator is
set to the given specifications and even improves some qualities of previously works,
such as line regulation (LNR = 0.24mV=V )
Design of four-quadrant analog multipliers robust to PVT variations
Get PDFAnalog multiplier is an essential operational block used in different fields of electronics,
especially in instrumentation where it's used recursively in control applications and signal
processing, this is due to its basic nature of a simple operation that can't be replaced
with no other operational block.
An ideal multiplier block could be modeled as a black box, where its inputs are two
electric signals and its output is the multiplication of them. Voltage is used as an input
signal in most topologies, but also there are some of them using input current instead,
these topologies are known as current mode multipliers.
The multiplication of two electric signals has different basic applications, for instance,
a sinusoidal one could be modulated by a physical variable, the amplitude of another
sinusoidal signal fixed by a second signal that could be voltage, here, the multiplier acts
as a controlled distortion attenuator also called volume control
Generación simultánea de prototipos y características mediante programación genética Multi-Objetivo
Get PDFEl método de vecinos más cercanos es una de las técnicas más populares y altamente
efectivas usadas en tareas de reconocimiento de patrones. Sin embargo, este método
tiene distintas desventajas que deterioran su rendimiento en problemas a gran escala,
y bases de datos con instancias mal clasificadas a priori. Algunas de esas desventajas
incluyen: alto espacio en almacenamiento, ser sensibles a instancias mal etiquetadas en
el conocimiento a priori, y alto costo computacional para estimar la distancia entre todas
las instancias almacenadas. Para atacar esos problemas diferentes técnicas han sido
propuestas. La generación de prototipos (PG) es una técnica para reducir el número
de instancias. Por otra parte, la generación de características (FE) es una técnica que
construye un nuevo espacio de características para representar de mejor manera el
conjunto de instancias. Tradicionalmente, ambas técnicas han sido aplicadas de manera
independiente. En este trabajo de tesis se presentan dos métodos evolutivos para la
generación simultánea de prototipos y características, el primero guía la búsqueda de
soluciones mediante un objetivo, es decir la exactitud de la clasificación, el segundo
considera en el proceso de búsqueda de soluciones tres distintos objetivos, exactitud
de la clasificación, la reducción de instancias y la reducción de características. El
objetivo de ambos métodos es encontrar un buen compromiso entre la exactitud
de la clasificación, reducción de instancias y reducción de características utilizando
el clasificador de vecinos más cercanos. El método multi-objetivo está basado en el
algoritmo NSGA-II, y en el método mono-objetivo. La idea principal de los métodos
propuestos es combinar las distintas instancias para generar prototipos, de la misma
manera, combinar las distintas características para construir otras más descriptivas,
esto se realiza mediante programación genética. La diferencia principal entre el método
multi-objetivo y los métodos en el estado del arte, es que el enfoque multi-objetivo
construye un conjunto de características para cada clase. Ambos métodos superan las
limitaciones del método de vecinos más cercanos sin comprometer su rendimiento en
la tarea de clasificación. Los resultados experimentales son reportados y comparados
con distintos métodos en el estado del arte
Procesamiento de imágenes de fondo de ojo para la detección de micro aneurismas en la retinopatía diabética
Get PDFLa diabetes puede aumentar el riesgo de contraer alguna complicación ocular, como es el deterioro de los vasos sanguíneos que irrigan la retina. A este tipo de daños se le conoce como retinopatía diabética (RD). La retinopatía diabética es causada por daño a los vasos sanguíneos de la retina, la capa de tejido en la parte posterior del interior del ojo. La retina es la encargada de transformar la luz que entra en el ojo en señales nerviosas que son enviadas al cerebro. Existen dos etapas en la RD, la no proliferativa y la proliferativa, siendo esta última la más grave y con menos probabilidad de curación. Muchas personas con RD no proliferativa no presentan algún tipo de síntoma hasta que ocurre un sangrado mayor en el ojo. En la etapa no proliferativa puede llegar a observar, en la parte interna del ojo, lesiones como micro aneurismas (dilataciones de pequeños vasos), hemorragias y exudados. Las hemorragias y micro aneurismas (se les puede llamar lesiones rojas) son las primeras lesiones clínicamente observables que indican una retinopatía diabética no proliferativa. Para la detección y evaluación de este tipo de lesiones se utilizan técnicas como la retinografía, en la cual se toman fotos en color de la retina del ojo. Se estima que para el 2030, a nivel mundial, 3 millones de personas necesitarán ser evaluadas cada día (35 exámenes por segundo). Asimismo, se espera que para el 2030 el número de oftalmólogos crezca solo 2% mientras que el incremento de la población con diabetes sea del 54%. Por esta razón es necesario el desarrollo de un sistema de diagnóstico automático, económico y de detección temprana
Estudio teórico y experimental de fuerzas electromagnéticas inducidas en un cristal fotónico unidimensional
Get PDFEn este trabajo, estudiamos teórica y experimentalmente la inducción de
fuerzas electromagnéticas en cristales fotónicos unidimensionales con defectos
localizados cuando la luz incide transversalmente en la capa defecto. Los
cálculos teóricos indican que las fuerzas electromagnéticas se incrementan a
cierta frecuencia que coincide con el estado del defecto fotónico. La longitud
de onda con la que trabajamos es de 633 nm. Mostramos evidencia
experimental de que la fuerza es capaz de hacer oscilar la estructura. Medimos
picos de desplazamiento de 2 a 35 micrones y velocidades de 0.4 a 2.1 mm/s
con una potencia del haz de 13 mW
Enfoque de luz a través de un medio esparcidor estático
Get PDFEn el presente trabajo se analizará tanto teórica como experimentalmente el control de la propagación de la luz a través de un medio altamente esparcidor mediante la implementación de un algoritmo secuencial. El objetivo del algoritmo es encontrar la distribución óptima de fase que compense los desfasamientos introducidos por la transmisión de un haz de luz plano coherente a través de un medio esparcidor estático, con el fin de obtener una distribución de intensidad según requiera el usuario. El algoritmo secuencial basa su desempeño en el control de la propagación de la luz a través del medio esparcidor sintetizando una distribución de fase utilizando un modulador espacial de luz (SLM por sus siglas en inglés).
Mediante la implementación experimental del algoritmo secuencial se pretende obtener diferentes distribuciones de intensidad del campo transmitido a través de un trozo de cinta mágica Scotch 3M de ancho aproximado de 100 , variando el tamaño de la región de interés en la región central del CCD utilizado (1 pixel, 9 pixeles, 25 pixeles y 41 pixeles) y la posición (1 pixel fuera de la región central del detector). Para cada región de interés se obtendrá su distribución óptima de fase y se calculará el factor de mejora experimental que se logra para diferentes pruebas variando el número de segmentos utilizados en la optimización.
El control de la propagación de luz a través de un medio además de optimizar la intensidad en una región particular, permite controlar la propagación de la luz para visualizar objetos ocultos detrás de medios esparcidores. El fin último de este trabajo es implementar esta técnica en un futuro para poder visualizar vasos sanguíneos a través de medios esparcidores biológicos como son la piel y los dientes tanto para el caso estático como dinámico
Optimization of analog integrated circuits including variations
Get PDFAutomatic biasing and sizing of analog integrated circuits (ICs) remains an open challenge.
This Thesis introduces an automatic technique for sizing analog ICs through
combining multi-objective optimization techniques and the gm/ID design technique. In
this manner, two evolutionary algorithms are described and they are applied as monoand
multi-objective algorithms for optimizing analog ICs. They are known as: differential
evolution (DE) and non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA-II), respectively.
Although current literature summarizes recent sizing techniques for analog ICs, those
techniques do not consider the usefulness of exploiting the advantages of biasing techniques,
which can enhance DE and NSGA-II algorithms to guarantee DC operating
conditions of transistors, and to limit the search space of evolutionary algorithms. That
way, this Thesis highlights the advantages of using the gm/ID design technique for establishing
the sizes, width (W) and length (L) ranges, for each transistor while guaranteeing
the appropriate bias levels conditions. The established feasible sizes ranges become the
initial search spaces for Ws/Ls when performing automatic IC optimization.
The experiments shown herein, lets us concluding on the appropriateness of applying the
gm/ID design technique to accelerate the computation time of evolutionary algorithms
for optimizing analog ICs. This Thesis discusses the main advantages of this biasing and
sizing approach, which are: the search spaces for W/L are feasible values for the given
IC technology; the bias conditions of all transistors are guaranteed, and the computing
time required by evolutionary algorithms is diminished because the convergence of the
algorithms being improved.
Finally, real IC designs not only require accomplishing industrial target specifications,
but also they should do it plus guaranteeing robustness, which means the designed IC
must support Process, Voltages and Temperature (PVT) variations. This is directly
related to yield improvement, i.e. guaranteeing the correct work of a high percentage of
fabricated chips. In addition, another strategy to estimate the robustness with respect to
parameter variations, like performing sensitivity analysis, is also presented in this Thesis.
At the end, the main contribution of this Thesis is the introduction of a multi-objective
optimization approach for analog ICs by combining gm/ID technique and evolutionary
algorithms, and by including PVT variation analysis
Experimental characterization and analysis of magneto-conductance performance of 28 nm MOSFETs
Get PDFThe gate oxide tunneling current contributes to the degradation of nano-scaled devices with high-k dielectrics, this current needs to be characterized so the reliability can be predicted. Currently available electrical characterization techniques are not capable of detecting subtle effects, like the vector composition of the gate oxide tunneling current. Therefore, this thesis deals with the use of a combined electrical characterization technique by the application of an external magnetic field. The vector components of the gate oxide current in nano-scale MOSFETs are detected and studied utilizing an electromagnetic characterization technique. The Lorentz’s force is the main basis for this proposed characterization technique; it is used as a tool to deflect the flow of charges in the active region of the MOSFET, and in that way the charges move locally on regions with different conduction properties, this deflection is measured as a tunneling magneto-conductance. The electromagnetic characterization on three leakage current conditions, subthreshold, reverse-biased drain-bulk junction and gate leakage current of an n-type FET device has been achieved. Finally, through the measurement of the magnetoconductance properties of the three leakage current conditions of a MOSFET, an asymmetric and positive magneto-conductance behavior and a nonhomogeneous channel conductance was isolated and has been attributed to the asymmetric strain on the channel MOSFET