Trumpeting M Dwarfs with CONCH-SHELL: a Catalog of Nearby Cool Host-Stars for Habitable ExopLanets and Life

We present an all-sky catalog of 2970 nearby ($d \lesssim 50$ pc), bright ($J< 9$) M- or late K-type dwarf stars, 86% of which have been confirmed by spectroscopy. This catalog will be useful for searches for Earth-size and possibly Earth-like planets by future space-based transit missions and ground-based infrared Doppler radial velocity surveys. Stars were selected from the SUPERBLINK proper motion catalog according to absolute magnitudes, spectra, or a combination of reduced proper motions and photometric colors. From our spectra we determined gravity-sensitive indices, and identified and removed 0.2% of these as interloping hotter or evolved stars. Thirteen percent of the stars exhibit H-alpha emission, an indication of stellar magnetic activity and possible youth. The mean metallicity is [Fe/H] = -0.07 with a standard deviation of 0.22 dex, similar to nearby solar-type stars. We determined stellar effective temperatures by least-squares fitting of spectra to model predictions calibrated by fits to stars with established bolometric temperatures, and estimated radii, luminosities, and masses using empirical relations. Six percent of stars with images from integral field spectra are resolved doubles. We inferred the planet population around M dwarfs using $Kepler$ data and applied this to our catalog to predict detections by future exoplanet surveys.Comment: Accepted to MNRAS 22 figures, 3 tables, 2 electronic tables. Electronic tables are available as links on this pag

From X-ray dips to eclipse: Witnessing disk reformation in the recurrent nova USco

The 10th recorded outburst of the recurrent eclipsing nova USco was observed simultaneously in X-ray, UV, and optical by XMM-Newton on days 22.9 and 34.9 after outburst. Two full passages of the companion in front of the nova ejecta were observed, witnessing the reformation of the accretion disk. On day 22.9, we observed smooth eclipses in UV and optical but deep dips in the X-ray light curve which disappeared by day 34.9, then yielding clean eclipses in all bands. X-ray dips can be caused by clumpy absorbing material that intersects the line of sight while moving along highly elliptical trajectories. Cold material from the companion could explain the absence of dips in UV and optical light. The disappearance of X-ray dips before day 34.9 implies significant progress in the formation of the disk. The X-ray spectra contain photospheric continuum emission plus strong emission lines, but no clear absorption lines. Both continuum and emission lines in the X-ray spectra indicate a temperature increase from day 22.9 to day 34.9. We find clear evidence in the spectra and light curves for Thompson scattering of the photospheric emission from the white dwarf. Photospheric absorption lines can be smeared out during scattering in a plasma of fast electrons. We also find spectral signatures of resonant line scattering that lead to the observation of the strong emission lines. Their dominance could be a general phenomenon in high-inclination systems such as Cal87.Comment: Submitted to ApJ. 16 pages, 16 figure

New Test Set for Video Quality Benchmarking

A new test set design and benchmarking approach (US Patent pending) allows a standard observer to assess the end-to-end image quality characteristics of video imaging systems operating in day time or low-light conditions. It uses randomized targets based on extensive application of Photometry, Geometrical Optics, and Digital Media. The benchmarking takes into account the target’s contrast sensitivity, its color characteristics, and several aspects of human vision such as visual acuity and dynamic response. The standard observer is part of the extended video imaging system (EVIS). The new test set allows image quality benchmarking by a panel of standard observers at the same time. The new approach shows that an unbiased assessment can be guaranteed. Manufacturers, system integrators, and end users will assess end-to-end performance by simulating a choice of different colors, luminance levels, and dynamic conditions in the laboratory or in permanent video systems installations

Advances in single-pixel imaging toward biological applications

2014 Summer.In this work, we discuss two new methods for single-pixel imaging. First, we leverage advances in laser metrology and frequency synthesis to measure small shifts in the center frequency of an optical pulse. Pulses acquire such shifts when probing a transient optical susceptibility, as in impulsive stimulated Raman scattering, which we use to demonstrate the technique. We analyze the limits of this technique with regard to fundamental noise, and predict detection sensitivity in these limiting cases. We then present work on imaging in two dimensions, both x-y and x-z, using single element detectors. We accomplish this by multiplexing spatial frequency projections in time, allowing rapid two dimensional imaging without an imaging detector. As we eliminate the imaging detector, the sensitivity to scattering is dramatically decreased, allowing the method to be used deep in scattering tissue. Results are shown for several geometries and experimental configurations, demonstrating imaging capabilities across a variety of sample types, including fluorescent and biological samples

Design and characterization of spatial light modulator optical systems and geometrical phase elements for the generation of structured light

Esta tesis doctoral presenta el desarrollo de sistemas ópticos para la generación y el control de luz estructurada. Estos haces de luz con control espacial de su amplitud, fase y polarización están recibiendo mucha atención por parte de la comunidad científica por su potencial en aplicaciones como microscopía, proce-sado de materiales, comunicaciones ópticas y polarimetría, entre otras. Existen dos tipos de técnicas principales para generar estos haces. Una está basada en elementos de fase geométrica (GP), los cuales son componentes ópticos difractivos que consisten en retardadores microestructurados, en los cuales se puede imple-mentar cualquier función de fase en la distribución espacial de sus ejes ópticos. La otra técnica se basa en emplear moduladores espaciales de Luz (SLMs), que con-sisten en pantallas pixeladas que permiten codificar de forma dinámica functiones de fase arbitrarias. La tesis se ha presentado como un compendio de artículos formado por cinco publicaciones en los cuales diseñamos y caracterizamos dispositivos ópticos, basa-dos en elementos GP y en SLMs, para generar haces de luz con polarización estructurada (haces vectoriales) y vórtices ópticos. El trabajo está enfocado en la generación experimental de estos haces vectoriales y vórtices ópticos con estas tecnologías. Por lo tanto, incluye una parte importante dedicada a la caracter-ización y evaluación de los componentes ópticos y dispositivos empleados para dicho propósito. No obstante, la generación de este tipo de luz estructurada re-quiere una comprensión profunda de las propiedades de la superposición de haces de luz en diferentes estados de polarización. Así pues, la tesis también incluye una síntesis exhaustiva del formalismo requerido para describir dicho control de la polarización, y además, del diseño de elementos ópticos difractivos empleados para producir la superposición adecuada. El primer trabajo consiste en una caracterización espectral del retardo y de los colores de birrefringencia de una lámina-q comercial retardadora sintonizable de cristal líquido que opera en el rango visible e infrarrojo cercano. Este dispos-itivo permite generar haces vectoriales en montajes experimentales compactos y sencillos y, que nosotros sepamos, es la única lámina-q sintonizable en el mercado. El hecho de poder sintonizar el retardo hace que la lámina sea adecuada para manipular haces vectoriales en un rango espectral entre los 400 y los 1600 nm. Además, demostramos que situar la lámina entre polarizadores lineales cruzados e iluminarla con luz blanca de amplio espectro es un método sencillo y rápido de determinar los valores de voltaje en los cuales se comporta como un retardador de primer orden. El método también permite una estimación aproximada de la longitud de onda en la cual la lámina muestra retardo π. Este dispositivo sintoniz-able fue empleado para generar haces vectoriales puros e híbridos con patrones de intensidad y polarización exóticos. En segundo lugar, presentamos el diseño de una red de difracción de fase ge-ométrica fabricada en cristal líquido que genera una matriz de de vórtices ópticos con diferente carga topológica. El aspecto clave del trabajo es que el diseño está basado en el perfil del triplicador óptimo de fase, el cual asegura la máxima eficien-cia de difracción teórica alcanzable con una función pura de fase. Además, puesto que la red está fabricada como un elemento de fase geométrica, es plana y delgada, por lo que puede ser fácilmente incorporada en un sistema óptico donde se requiera compactibilidad. Los resultados experimentales obtenidos han demostrado que la red diseñada puede usarse también como detector de la carga topológica de un vórtice óptico. El tercer trabajo presenta una técnica para generar haces vectoriales de forma eficiente con SLMs de cristal líquido sobre silicio (LCOS). Los sistemas ópticos basados en SLMs son la forma más versátil de generar luz estructurada, ya que son dispositivos programables. Pero, debido a su estructura pixelada, presentan pérdidas por difracción, lo cual hace que su eficiencia óptica sea más baja que la de los sistemas basados en elementos de fase geométrica. Además, los SLMs hacen que el sistema experimental ocupe más espacio, requiriendo típicamente separadores de haz, y pueden presentar fluctuaciones de fase ocasionadas por el flicker. Todo esto reduce significativamente la eficiencia del sistema generador de haces vectoriales. En este trabajo, desarrollamos un sistema eficiente que usa dos SLMS LCOS en una geometría de camino común. Los SLMs empleados no presentaban flicker, por lo tanto, pudieron ser empleados para aplicar una técnica de codificación de amplitud compleja que generó el haz vectorial deseado en eje. El sistema en su conjunto es una forma muy eficiente y versátil de producir modos vectoriales. El cuarto trabajo de esta tesis es una técnica nueva para medir la deformación del panel de silicio de un SLM. Esta deformación es otro defecto importante que presentan los SLMs y que hay que tener en cuenta para lograr buenos resultados. La técnica se basa en un efecto interferométrico que ocurre dentro del SLM cuando es iluminado con luz de longitud de onda que está lejos de su rango espectral de operación. Bajo esta circunstancia, la capa antireflejante del dispositivo no funciona correctamente y podemos explotar este efecto, en principio indeseado, para medir y corregir la deformación del panel de silicio. Dado que este efecto lo produce el propio SLM, no se necesitan sistemas interferométricos externos, por lo que la técnica resulta robusta y estable. Por último, usamos un SLM para generar haces con una variación espacial escogida a voluntad de su grado de polarización en su sección transversal. La variación espacial de la despolarización fue generada haciendo la imagen de un patrón de fase mostrado en el SLM. De este modo, generamos haces exóticos con una distribución espacial en espiral de su grado de polarización, análoga a la variación espiral de la fase en un vórtice óptico. La técnica podría ser interesante para el calibrado de polarímetros de imagen o para emular luz estructurada con una variación espacial del grado de polarización como un parámetro adicional. Estas publicaciones representan avances en el campo de las técnicas usadas para generar haces vectoriales y vórtices ópticos, aportando varias contribuciones al control eficiente de la luz polarizada con elementos ópticos difractivos

COMPRESSIVE IMAGING AND DUAL MOIRE´ LASER INTERFEROMETER AS METROLOGY TOOLS

Metrology is the science of measurement and deals with measuring different physical aspects of objects. In this research the focus has been on two basic problems that metrologists encounter. The first problem is the trade-off between the range of measurement and the corresponding resolution; measurement of physical parameters of a large object or scene accompanies by losing detailed information about small regions of the object. Indeed, instruments and techniques that perform coarse measurements are different from those that make fine measurements. This problem persists in the field of surface metrology, which deals with accurate measurement and detailed analysis of surfaces. For example, laser interferometry is used for fine measurement (in nanometer scale) while to measure the form of in object, which lies in the field of coarse measurement, a different technique like moire technique is used. We introduced a new technique to combine measurement from instruments with better resolution and smaller measurement range with those with coarser resolution and larger measurement range. We first measure the form of the object with coarse measurement techniques and then make some fine measurement for features in regions of interest. The second problem is the measurement conditions that lead to difficulties in measurement. These conditions include low light condition, large range of intensity variation, hyperspectral measurement, etc. Under low light condition there is not enough light for detector to detect light from object, which results in poor measurements. Large range of intensity variation results in a measurement with some saturated regions on the camera as well as some dark regions. We use compressive sampling based imaging systems to address these problems. Single pixel compressive imaging uses a single detector instead of array of detectors and reconstructs a complete image after several measurements. In this research we examined compressive imaging for different applications including low light imaging, high dynamic range imaging and hyperspectral imaging

Proceedings of the third French-Ukrainian workshop on the instrumentation developments for HEP

The reports collected in these proceedings have been presented in the third French-Ukrainian workshop on the instrumentation developments for high-energy physics held at LAL, Orsay on October 15-16. The workshop was conducted in the scope of the IDEATE International Associated Laboratory (LIA). Joint developments between French and Ukrainian laboratories and universities as well as new proposals have been discussed. The main topics of the papers presented in the Proceedings are developments for accelerator and beam monitoring, detector developments, joint developments for large-scale high-energy and astroparticle physics projects, medical applications.Comment: 3rd French-Ukrainian workshop on the instrumentation developments for High Energy Physics, October 15-16, 2015, LAL, Orsay, France, 94 page