Focusing light through a free-form scattering medium

Imaging and transport light through scattering opaque media is a hot topic pursued in multiple fields, ranging from nanotechnology to life sciences. A promising technique to do this is wavefront shaping (WFS), where the light propagation through a scattering medium is controlled by interference [1][2]. Recently, the potential of WFS was even extended to, for instance, time-varying samples [3][4]. In most cases to date, WFS has been done on the quintessential scattering sample geometry, namely in slabs. Real-world applications, however, require samples to have any shape – “free-form scattering optics” – that defies current theories. Here, we present the study of an opaque sample of TiO2 particles suspended in silicone. Exploiting the flexibility of silicone, we are able to modify the geometry of the sample and measure the enhancement of the intensity η in a point of the speckle pattern. Using this opportunity, we compare the performance of a flat and a free form sample. These experimental measurements will be compared with a newly formulated theory of light transport in free form scattering media

Identifying conductance pathways in single porphyrin molecules

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención EléctricaLa utilización de moléculas aisladas como componentes electrónicos es una idea fascinante que ha atraído la atención de múltiples áreas de la física esta última década. Pero la capacidad de controlar el transporte de cargas a través de dichas moléculas depende fuertemente en nuestro conocimiento de sus mecanismos de conductividad y del sendero que recorren las cargas al interior de las moléculas. Con el motivo de estudiar este fenómeno, se midieron exhaustivamente siete diferentes derivativos de porfirinas con estructuras similares. Para medir la conductancia de de moléculas aisladas de porfirina se utilizó la técnica de ruptura de juntura mecánicamente controlada (MCBJ por sus siglas en inglés). Esta técnica utiliza nano-dispositivos fabricados mediante litografía en el cual un puente de oro de 100 nm de ancho queda suspendido al centro de la muestra. Esta es flexionada con el fin de quebrar y, luego, unir el cable de oro, formando nano-electrodos en los extremos de este. Con esta técnica, una molécula puede ser atrapada para luego medir la corriente a través de esta. Decenas de miles de curvas de conductividad fueron medidas. Para el análisis de estos datos se utilizó un algoritmo de clasificación imparcial basado en aprendizaje de máquinas, en particular se utilizó el algoritmo K-Means, el cual hace uso de la distancia o correlación de cada evento para clasificar las mediciones en diferentes clases. Al aplicar este método en nuestro experimento se pudieron relacionar los diferentes valores de conductividad medidos con rutas específicas dentro de la molécula por la cual las cargas pueden fluir. La correlación entre la presencia de cada clase en porfirinas con bloques estructurales similares permitió su asignación la ruta correspondiente. Con la serie de porfirinas medidas se pudieron distinguir tres diferentes rutas de conductividad en un rango mayor a cuatro órdenes de magnitud. La primera y principal corresponde a la molécula completamente extendida, de manera tal que la conductividad se maximiza. Otras clases con menor conductividad fueron observadas y se atribuyeron a la presencia de grupos espaciadores fenileno-acetileno en la moléculaUnión Europea a través de un proyecto RISE (DAFNEOX), SEP 210165479 y por el proyecto Fondecyt Regular número 118108

Observation of Mutual Transparency and Mutual Extinction of Light

The well-known optical theorem describes that extinction energy lost from a light beam is equal to scattering in all directions, and possible absorption. Recently, our group has generalized the theorem to multiple incident beams [1]. Intriguing interference appears that leads to either enhanced transparency or enhanced extinction, called mutual transparency or extinction, depending on the phase difference between the beams. Here, we present an experimental study of this effect. We use a human hair as a strongly absorbing sample. A liquid crystal phase retarder is used to control the phase difference between two incident beams. We observe an enhancement in transparency and extinction by up to 10 percent varying the angle between the beams, in excellent agreement with theory. We discuss the novel applications of mutual extinction and transparency effect in microscopy and bio-imaging