Reducing the variability in random-phase initialized Gerchberg-Saxton Algorithm

Gerchberg-Saxton Algorithm is a common tool for designing Computer Generated Holograms. There exist some standard functions for evaluating the quality of the final results. However, the use of randomized initial guess leads to different results, increasing the variability of the evaluation functions values. This fact is especially detrimental when the computing time is elevated. In this work, a new tool is presented, able to describe the fidelity of the results with a notably reduced variability after multiple attempts of the Gerchberg-Saxton Algorithm. This new tool results very helpful for topical fields such as 3D digital holography

ELEMENTOS MICRO-ÓPTICOS DE BAJO COSTE

Las técnicas actuales de impresión digital permiten generar elementos difractivos para el visible a muy bajo coste, por ello, con este trabajo, queremos comprobar si, con una impresora convencional, se pueden fabricar elementos difractivos que respondan con un buen comportamiento y cuyo coste sea mínimo. El objetivo fundamental de este trabajo es el estudio de técnicas difractivas en aproximación de Fresnel o campo cercano. Precisamente, en este trabajo se aprenderá a caracterizar estos elementos micro-ópticos, tanto redes de difracción como lentes zonales para su uso en aproximación de Fresnel. De esta manera damos un valor añadido al trabajo, puesto que existe poca literatura sobre la fabricación de elementos difractivos con una impresora para su uso en aproximación de campo cercano (Fresnel) en comparación a la de campo lejano. Se determinarán, además, las limitaciones en cuanto a la resolución de la impresora empleada para la caracterización de los elementos difractivos. Para ello se utilizarán elementos comunes en laboratorios de micro-óptica (lentes, polarizadores, fuentes láser, cámaras digitales). El objetivo resultante de todo ello es la adquisición de destreza experimental en el campo de óptica difractiva y la familiarización con el formalismo de Fresnel

Octave-spanning supercontinuum generation in highly nonlinear silica fibres based on cost-effective fibre amplifiers

We report a simple method for supercontinuum generation. The set-up consists of an Er-doped mode-locked fibre laser, used as seed, and a highly nonlinear fibre with zero dispersion at 1550¿nm. Thus, all the components are easily attainable. With this novel system the requirements in terms of control of dispersion are reduced. In addition, the spectral width is optimized using fibres with positive and negative dispersion. The supercontinuum emission is characterized by means of an optical spectrum analyser and a PbS photodetector, showing an octave-spanning spectral width, with a flat profile from 1100¿nm up to 2100¿nm. Compared to other supercontinuum sources, this new proposal results in a very competitive and attainable system, particularly in the 1500–2100 nm region

Optimized square Fresnel zone plates for microoptics applications

Polygonal Fresnel zone plates with a low number of sides have deserved attention in micro and nanoptics, because they can be straightforwardly integrated in photonic devices, and, at the same time, they represent a balance between the high-focusing performance of a circular zone plate and the easiness of fabrication at micro and nano-scales of polygons. Among them, the most representative family are Square Fresnel Zone Plates (SFZP). In this work, we propose two different customized designs of SFZP for optical wavelengths. Both designs are based on the optimization of a SFZP to perform as close as possible as a usual Fresnel Zone Plate. In the first case, the criterion followed to compute it is the minimization of the difference between the area covered by the angular sector of the zone of the corresponding circular plate and the one covered by the polygon traced on the former. Such a requirement leads to a customized polygon-like Fresnel zone. The simplest one is a square zone with a pattern of phases repeating each five zones. On the other hand, an alternative SFZP can be designed guided by the same criterion but with a new restriction. In this case, the distance between the borders of different zones remains unaltered. A comparison between the two lenses is carried out. The irradiance at focus is computed for both and suitable merit figures are defined to account for the difference between them

Ondas estacionarias y armónicos en cuerdas tensas pulsadas

La formación de una onda estacionaria en una cuerda tensa es un problema clásico que se estudia desde los niveles fundamentales del Grado en Física. Sin embargo, pocas veces se profundiza en el proceso de aparición de la onda estacionaria y en la dependencia del espectro armónico con las condiciones de excitación. Este fenómeno no solo guarda relación con otros aspectos de la Física (la formación de una onda estacionaria en una cavidad resonante), sino que tiene mucha importancia, en particular, en el campo de la Música.En este trabajo se hará un estudio de la formación de la onda acústica generada al pulsar una cuerda tensa y se analizará su riqueza armónica, para lo que será necesario hacer un tratamiento de las señales acústicas obtenidas. Se evaluará cómo cambia este espectro en función de diferentes condiciones iniciales combinando el análisis teórico y las simulaciones con medidas experimentales. <br /

Positioning a focused Gaussian beam inside a refractive cylinder

We present in this work a study of the diffraction of a focused Gaussian beam by a microrefractive cylinder, and the dependence of the far field diffracted pattern with the location of the beam focal plane, relative to the center of the cylinder. A numerical study of the problem is carried out and validated with experimental verification. We center our attention on two parameters: the divergence and the number of peaks of the diffracted field. Both present a minimum for a particular position of the focal plane inside the refractive cylinder. This analysis can be used as a novel control technique for ablation of optical fibers and it can also be used as a criterion for the proper location of a focused laser beam inside an optical fiber with high accuracy. This criterion, based on the distribution of the far-field diffracted pattern, can be automated or used as a visual clue for a human operator

Medida óptica de pulsos generados mediante encadenado de modos.

Las dos técnicas más habituales utilizadas para generar pulsos de luz láser son el Q-switching y el Mode-Locking. El Q-switching permite obtener pulsos en torno al nanosegundo, mientras que con el método Mode-Locking (también conocido como encadenado de modos o bloqueo de fase) se pueden alcanzar duraciones del orden del picosegundo o, incluso, de algunos femtosegundos. Las propiedades más relevantes de los pulsos generados son: la energía emitida por pulso, su duración, su forma y la cadencia de los mismos (frecuencia de repetición de los pulsos). Además, conocidas la duración y energía del pulso, podemos determinar su potencia y, con determinadas técnicas, ajustarla para una finalidad concreta. La necesidad de medir la duración real de estos pulsos supone todo un reto ya que, en la actualidad, los dispositivos electrónicos solo permiten medir eventos de duraciones por encima de los 50 ps, resultando, en todo caso, complicado y costoso llegar a estos valores [3][4]. Por ello, es necesaria una alternativa. Ésta, se presenta como un procedimiento de carácter esencialmente óptico en el cual se realiza la comparación del pulso que queremos caracterizar con un patrón de la misma magnitud. Así pues, la finalidad de este trabajo es el estudio y caracterización de una técnica de medida de pulsos muy cortos. Concretamente, las autocorrelaciones de primer y segundo orden, utilizando un interferómetro tipo Michelson y un cristal BBO doblador de frecuencia. Vamos a realizar la medida de pulsos para varias configuraciones distintas introduciendo tramos de fibra de dispersión positiva y de dispersión negativa en diferentes etapas del montaje [4]. Esencialmente, se puede introducir fibra en tres etapas del montaje de medida: Etapa 1: en el interior de la cavidad de anillo. Etapa 2: entre el láser de anillo y el EDFA L. Etapa 3: entre el interferómetro Michelson y el sistema BBO. Esto se realiza con la intención de compensar parcial o totalmente la dispersión producida en cada una de ellas, incluida la cavidad de anillo cuya dispersión es no nula. Aunque inicialmente parecía que el montaje para la medida de pulsos generados mediante Mode-Locking no presentaría mayores complicaciones, hemos visto que requiere de mucha práctica y que es necesario un conocimiento sólido de los distintos dispositivos, así como de los principios físicos en los que se basa. A pesar de ello, se ha conseguido finalizar el sistema medidor de pulsos y realizar numerosas pruebas que confirman su correcto funcionamiento para la obtención de los interferogramas que nos permiten inferir la duración de los pulsos. De hecho, hemos conseguido determinar la duración que tendrían los pulsos, generados por Mode-Locking, si no tuvieran dispersión. Este dato es importante, ya que nos da una idea de cuál es la duración mínima que pueden tener los pulsos generados con esta técnica

Generación de supercontinuo mediante fibras ópticas altamente no lineales bombeadas con láseres de fibra pulsados por mode-locking pasivo

En este trabajo se ha desarrollado y optimizado experimentalmente una fuente de espectro supercontinuo utilizando fibra óptica de sílice altamente no lineal (HNLF). Este medio no lineal se bombea con un láser de fibra dopada con erbio en cavidad de anillo y pulsado mediante encadenado de modos (mode-locking) pasivo basado en el efecto de la rotación no lineal de la polarización (NPR). El tren de pulsos es amplificado posteriormente con un amplificador comercial de fibra dopada con erbio, que opera en banda C o en banda L. Los parámetros que se optimizaron fueron las longitudes de fibra óptica de dispersión positiva y de dispersión negativa empleadas en el desarrollo de la fuente de bombeo, la longitud de fibra HNLF y el espectro de los pulsos de bombeo, acercándolo todo lo posible a la longitud de onda de dispersión nula del medio no lineal. El espectro supercontinuo conseguido presenta una anchura superior a una octava y se extiende desde 1100 nm hasta 2300 nm, aproximadamente, manteniendo una potencia espectral superior a -6 dBm/nm. Para completar el estudio de esta fuente, se realizaron simulaciones numéricas del espectro supercontinuo y de su potencia en función de la potencia de bombeo y de la longitud de fibra HNLF utilizada. La fuente desarrollada permite estudiar el efecto de generación de supercontinuo, pero también han sido exploradas algunas técnicas y aplicaciones del espectro supercontinuo generado, como su empleo en una técnica alternativa para la medida de la duración de los pulsos láser mediante autocorrelación, en la medida de los coeficientes de absorción en tejidos biológicos, en la determinación de la transmisión espectral de dispositivos pasivos de fibra óptica, como fuente de señal para amplificadores de fibra óptica dopada con tierras raras y como fuente de señal para técnicas de interferometría espectral.<br /

Spectral attenuation of brain and retina tissues in the near-infrared range measured using a fiber-based supercontinuum device

A novel setup for the efficient constant optical measurements of biological tissues in the near infrared is presented. The system combines the use of a fiber-based supercontinuum source with a simple optics fiber collimator. This configuration allows a wide spectral range of measurement and, at the same time, can efficiently filter the straightforward transmitted light while avoiding scattered light. As a performance example, the optical characterization of rat brain and retina tissues are shown. The attenuation coefficient for both tissues in the near infrared region is also obtained. This technique could be applied in clinical research as a noninvasive method with several potential practical applications