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REALIZACIÓN DEL EVENTO: 22 al 26 de noviembre de 2021

PRESENTACIÓN El XVII Encuento Nacional de Óptica (XVII ENO) y la VIII Conferencia Andina y del Caribe en Óptica y sus Aplicaciones (VIII CANCOA) es un evento que hace parte de la Sociedad Red Colombiana de Óptica y que se ha convertido en un referente académico y científico para la Región Andina y del Caribe ya que ha sido diseñado para que tanto la comunidad académica formada por profesores, investigadores y estudiantes de distintos niveles de formación, así como el sector productivo de la región, presenten ante la comunidad científica sus últimas innovaciones y resultados de investigación y desarrollo tecnológico en el campo de la Óptica y la Fotónica.

Por esa razón, el XVII ENO y VIII CANCOA se concibe como una plataforma para fomentar las alianzas Universidad – Empresa, propiciando de esa manera la creación de redes de investigación que permitan encontrar intereses comunes en América Latina para el desarrollo de la óptica y sus aplicaciones.

Este año, la Universidad Pontificia Bolivariana sede Medellín realiza por primera vez el evento de manera virtual, y su temática estará enfocada a explorar la importancia de la Óptica y la Fotónica en la Cuarta Revolución Industrial, contando con panelistas de gran reputación científica en los diversos temas que se proponen como los tópicos del evento. El buen desarrollo del mismo estará garantizado por la significativa experiencia que tiene la Universidad en la programación de eventos de este tipo.

Como en anteriores versiones, contaremos no solo con conferencias plenarias, sino que dedicaremos espacios para la realización de foros con expertos, presentación de trabajos orales y poster, reunión con los capítulos estudiantiles entre otras actividades.

La conferencia de cierre estará a cargo de la Doctora Donna Strickland de la Universidad de Waterloo en Canadá y quien es ganadora del Premio Nobel 2018 por sus aportes en el campo de la ciencia y tecnología del láser lo cual contribuyó al desarrollo de láseres de pulsos ultracortos con potencia de pico del orden de los Petavatios.

Comité Organizador

XVII ENO- VIII CANCOA-2021

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Comité organizador

El comité organizador está conformado por los investigadores miembros del

Grupo de Óptica y Espectroscopía de la Universidad Pontificia Bolivariana.

Sede Central, Medellín Colombia

Presidente Dr. Juan Humberto Serna Restrepo

Secretario Dr. Héctor Lorduy Gómez

Coordinador Comité Científico Dr. Ángel Salazar Martínez

Coordinador Logística Dr. Jonhson Garzón Reyes Coordinador Financiero

Dr. Wilber Silva López Coordinador Comité Editorial

Dr. Freddy Pérez

Comité científico

Dr. Marco Cremona Pontificia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Brasil

Dra. Ángela GuzmánUniversidad Nacional de Colombia

Dr. Hernando García Southern Illinois University, Estados Unidos

Dr. José Luis Paz Universidad Nacional Mayor de San Marcos, Perú

Dra. Myrian Tebaldi Centro de Investigaciones Ópticas (CIOP), La Plata-Argentina

Dr. Néstor Bolognini Centro de Investigaciones Ópticas (CIOP), La Plata-Argentina

Dr. Carlos Andrés Ríos Massachusetts Institute of Technology MIT, Estados Unidos

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Dra. María Sagrario Millán Universidad Politécnica de Cataluña, España

Dr. Miguel Ángel Suárez Institut FEMTO-ST, Francia

Dr. Efraín Solarte Universidad del Valle, Colombia

Dra. Martha Molina Universidad de Pamplona, Colombia

Dr. Néstor Alonso Arias Universidad de Pamplona, Colombia Dr. Jorge Enrique Rueda Parada

Universidad de Pamplona, Colombia Dr. César Torres Moreno

Universidad Popular del Cesar, Colombia Dr. Pedro Ignacio Torres Trujillo

Universidad Nacional de Colombia, Colombia Dr. Román Castañeda Sepúlveda

Universidad Nacional de Colombia, Colombia Dr. Jaime Meneses Fonseca

Universidad Industrial de Santander, Colombia Dr. Rafael Torres Amaris

Universidad Industrial de Santander, Colombia Dr. Edgar Rueda Muñoz

Universidad de Antioquia, Colombia Dr. John Fredy Barrera Ramírez

Universidad de Antioquia, Colombia Dr. Jorge Alberto Gómez López

Institución Universitaria Digital de Antioquia, Colombia Dr. Yezid Torres Moreno

Universidad Industrial de Santander, Colombia Dr. Johnson Garzón Reyes

Universidad Pontificia Bolivariana, Colombia Dr. Freddy Pérez

Universidad Pontificia Bolivariana, Colombia Dr. Wilber Silva López

Universidad Pontificia Bolivariana, Colombia Dr. Juan Humberto Serna

Universidad Pontificia Bolivariana, Colombia Dr. Héctor Lorduy Gómez

Universidad Pontificia Bolivariana, Colombia

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Dr. Ángel Salazar Martínez Universidad Pontificia Bolivariana, Colombia

Comité editorial Dra. Alejandra García

CIMAV-Monterrey, México Dr. Gabriel Bilmes

Centro de Investigaciones Ópticas (CIOP), La Plata-Argentina Dr. Álvaro Casas Bedoya

The University of Sidney, Australia. Dr. Alejandro Mira

Universidad de Antioquia, Colombia Dr. César Torres

Universidad Popular del Cesar, Colombia Dr. Rafael Sarmiento

Universidad del Atlántico, Colombia Dr. Román Castañeda

Universidad nacional de Colombia, Colombia Dr. Edgar Rueda

Universidad de Antioquia, Colombia Dr. Andrés Marrugo

Universidad Tecnológica de Bolívar, Colombia Dra. Marta Molina

Universidad de Pamplona Dr. César Herreño

Universidad Distrital, Colombia Dra. Paola Pacheco

Universidad del Atlántico, Colombia Dr. Freddy Pérez

Universidad Pontificia Bolivariana, Colombia

TÓPICOS DEL EVENTO

BIO - Biofotónica y aplicaciones biomédicas

OPT - Optoelectrónica

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OPF - Óptica Física

NAN - Nanofotónica

OFP - Óptica de Fourier y procesamiento óptico

ONL - Óptica no-lineal

MO - Metrología óptica

OPC - Óptica cuántica

PIV - Procesamiento de imágenes, visión e inteligencia artificial

OPU - Óptica Ultrarrápida

COE - Coherencia y Óptica Estadística

LAA - Láser y aplicaciones

FSC - Fibras ópticas, sensores y comunicaciones ópticas

MET - Metamateriales

DFD - Diseño y fabricación de dispositivos ópticos.

OPG - Óptica Geométrica.

HOL - Holografía

ESP - Espectroscopia

OPV - Óptica Visual

OPM - Óptica de materiales

OTROS – Otros Tópicos Relacionados

PONENTES

Dra. Donna Strickland (Premio Nóbel de Física 2018). University of Waterloo, Canada

Dr. Jorge Ojeda Castañeda Universidad de Guanajuato, Mexico.

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Dra. Cristina Margarita Gómez Universidad de Guanajuato, Mexico.

Dra. Carmiña Londoño National Science Foundation, USA

Dra. Rosa Lukasew National Science Foundation, USA

Dr. José Luis Paz Universidad Nacional Mayor de San Marcos, Lima, Perú

Dra. Natalia Múnera University of Centra Florida, USA

Dra. Alejandra García CIMAV-Monterrey, México

Dr. Hernando García Southern Illinios University Edwardsville, USA

Dr. Anthony Johnson University of Mayland, Baltimore County, USA

Dr. Roberto Torroba Centro de Investigaciones Ópticas (CIOP), La Plata, Argentina

Dr. Javier Aizpurua Universidad del País Vasco - UPV/EHU, España

Dra. Maria Sagrario Millán Universitat Politècnica de Catalunya, España

Dr. Carlos Andrés Rios University of Maryland, USA

Dr. Román Castañeda Universidad Nacional de Colombia. Medellín Colombia

Dr. Efraín Solarte

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Universidad del Valle. Cali Colombia

Dr. Cesar Herreño Universidad Distrital Francisco José de Caldas.Bogotá Colombia

Dr. Edgar Rueda Universidad de Antioquia, Medellín Colombia

Dr. Johnson Garzón Reyes Universidad Pontificia Bolivariana. Medellín Colombia

EVENTO INSTITUCIONAL DE

ALIADOS PARA LA VERSIÓN 2021

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PERFILOMETRÍA INTERFEROMÉTRICA DE LUZ DE BAJA

COHERENCIA CON REDES NEURONALES ARTIFICIALES

Luis Gonzalo Mejía Rojas 1, Martha Lucía Molina Prado2, Néstor Alonso Arias Hernández3

1Estudiante de Física, Grupo Optica Moderna, Departamento de Física y Geología, Universidad de Pamplona

2,3Grupo Optica Moderna, Departamento de Física y Geología, Universidad de Pamplona, Pamplona-Colombia

Palabras claves: Perfilometría, Microscopía interferométrica, Análisis de Franjas, redes

Neuronales Artificiales.

Correo electrónico de contacto: [email protected]

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RESUMEN: Las técnicas de reconstrucción tridimensional de objetos

micro y nanométrico (>500nm), han venido evolucionando en las últimas décadas y la

microscopía interferométrica ha mostrado ser una de las más precisas y con alta resolución,

al momento de hacer levantamientos topográficos de objetos a través del registro de la

intensidad sin contacto. El principio fundamental de este método de reconstrucción

topográfica a escala micro y nanométrica, está en localizar el pico de coherencia de cada uno

de los perfiles interferométricos registrados por el sensor mediante un barrido vertical. En

este trabajo se realiza un estudio comparativo de diferentes metodologías tradicionales

(Máximo del interferográma (MI), máximo de la envolvente por transformada de Fourier

(METF), entre otras) con algunas implementadas mediante técnicas de inteligencia artificial

(IA), específicamente con redes neuronales artificiales (RNA). Además, se presentan los

resultados obtenidos de cada una de estas técnicas permitiendo realizar un análisis de las

ventajas y desventajas entre ellas. Así mismo, se muestran algunos resultados de

reconstrucciones topográficas por perfilometría interferométrica de diferentes objetos con

RNA.

Código: RF21 Tópico: PIV Modalidad: Póster

Estimación del porcentaje de germinación de semillas de café mediante el procesado de imágenes de speckle dinámico

Lenin A. Nuñez1, Eberto L. Benjumea2, 3, Juan M. Vilardy2, Fabio Vega2, Cesar O. Torres4

1Estudiante de la Maestría en Ciencias Físicas – SUE Caribe. Grupo de Óptica e Informática.

Departamento de Física. Universidad Popular del Cesar, Valledupar (Cesar), Colombia 2Grupo de Óptica e Informática. Departamento de Electrónica. Universidad Popular del Cesar,

Valledupar (Cesar), Colombia 3Facultad de Ingeniería. Universidad Tecnológica de Bolívar, Cartagena (Bolívar), Colombia.

4Grupo de Óptica e Informática. Departamento de Física. Universidad Popular del Cesar, Valledupar

(Cesar), Colombia

RESUMEN:

La determinación de la capacidad germinadora de las semillas de café es una gran preocupación para los caficultores. La lenta germinación de las semillas y el uso de métodos tradicionales de estimación (siembra de muestras de una población) conllevan a la inversión de largos intervalos de tiempo en la aplicación de estos métodos, generalmente de uno a dos meses. Adicionalmente, las condiciones de transporte y almacenamiento, y la alta sensibilidad de las semillas a la humedad y la temperatura afectan la capacidad germinadora de las mismas. En el presente trabajo se realizó el análisis de la evolución temporal del diagrama de speckle de granos de café para establecer la presencia de embriones vivos en semillas en cortos intervalos de tiempo (minutos). El sistema implementado consta de una cámara CMOS de un teléfono celular para la adquisición y transmisión de las imágenes de tamaño 720x480, un computador para la gestión, recepción y procesado de las mismas, una red inalámbrica de área local, un láser He-Ne de 633 nm con 10 mW de potencia como fuente de luz coherente, un difusor óptico y una superficie de aluminio para la colocación de las semillas. El estudio mostró resultados satisfactorios para determinar cuántas y cuales semillas germinan de un total dado. El uso del sistema propuesto reduce el tiempo de estimación del porcentaje de germinación de meses a minutos. En adición, esta investigación abre las puertas a futuros proyectos para clasificación de semillas de café por sistemas mecánicos, y a proyectos de predicción de productividad de cosechas.

Palabras claves: Speckle, procesado de imágenes y germinación de semillas de café.

Correo electrónico de contacto: [email protected] [email protected]

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Código: RF40 Tópico: PIV Modalidad: Póster

Detección de artefactos en imágenes de la retina mediante redes neuronales convolucionales

Kevin D. Mendoza1, Juan S. Sierra1, Lenny A. Romero2, Andrés G. Marrugo1

1 Facultad de Ingeniería, Universidad Tecnológica de Bolívar, Cartagena, Colombia.

2 Facultad de Ciencias Básicas, Universidad Tecnológica de Bolívar, Cartagena, Colombia.

RESUMEN:

Las imágenes de fondo de ojo suelen poseer partículas de polvo que se adhieren sobre la superficie del sensor u objetivo, afectando la interpretación de posibles lesiones, como los aneurismas. La segmentación automática de imágenes biomédicas es cada vez más común, por lo que allí se busca detectar anomalías para evitar errores en el diagnóstico. Para llevar a cabo esta tarea, se han implementado metodologías clásicas de procesamiento de imágenes, como es el uso de bancos de filtros y plantillas. Sin embargo, estos métodos requieren de heurísticas y ajustes de parámetros. En este trabajo proponemos un método para la etapa de detección de los artefactos mediante redes neuronales convolucionales usando la arquitectura tipo U-Net. Para el entrenamiento, recolectamos un conjunto con 344 parches de diferentes imágenes de la retina que contienen artefactos de polvo y otro conjunto con 322 parches con zonas libres de artefactos, junto a las máscaras binarias asociadas. Los datos fueron subdivididos en conjuntos de entrenamiento, validación y prueba, destinando el 80%,10%, 10% de estos para cada conjunto, respectivamente, e implementamos técnicas de incremento de datos como reflexiones verticales y horizontales para prevenir el sobreajuste. Entrenamos con estos datos la red, la cual permite clasificar a un píxel si pertenece al artefacto o a las estructuras de la retina. La segmentación de los parches de las imágenes permitió efectuar la detección de diversos artefactos con características variadas y esto se puede mejorar al recomputar los hiperparámetros de entrenamiento de la red U-Net. La coincidencia en la posición entre 2 o más imágenes diferentes de la retina son el parámetro que permite afirmar efectivamente que son artefactos y no corresponden a una lesión. Resultados preliminares muestran una precisión del 97 % y una pérdida del orden de 0.125 en la etapa de entrenamiento de la red, y las pruebas en la validación permiten concluir que el sistema es capaz de detectar más artefactos que el método clásico.

Palabras claves: Artefactos de polvo, imágenes de retina, redes neuronales convolucionales, detección de artefactos, máscara de predicción, u-net.

Correo electrónico de contacto: [email protected] Página 10 Código: RF63 Tópico: PIV Modalidad: Oral

La Transformada de Gabor Aplicada al Análisis y Segmentación de

Tumores Cerebrales en Imágenes de RM

Leticia Acosta, Lorena Vargas-Quintero, Leiner Barba-J, Cesar Torres Moreno, Yaileth

Morales Daza

Grupo de Óptica e Informática, Departamento de Ingeniería Electrónica, Universidad

Popular del Cesar, Km 12 Sede Hurtado, Valledupar, Colombia

RESUMEN

Las imágenes médicas se han convertido en herramientas esenciales para llevar a cabo el diagnóstico de enfermedades y la evaluación del estado de los pacientes. Entre las diferentes modalidades, podemos mencionar las imágenes de resonancia magnética (IRM) las cuales pueden ser usadas para visualizar información anatómica y metabólica del cuerpo humano. Este tipo de imágenes son de mucha utilidad para evidenciar la existencia de tumores, llevar a cabo su caracterización y posterior clasificación. La respectiva evaluación de las imágenes y de la condición del paciente es hecha por el médico especialista, sin embargo, a través de métodos de procesamiento de imágenes se puede ayudar en tareas de análisis donde la intervención manual resulta tediosa y difícil. En este trabajo, se presenta un método basado en la transformada de Gabor para el análisis y segmentación de tumores cerebrales en IRM. La transformada de Gabor es un modelo matemático de visión que permite caracterizar diferentes tipos de texturas contenidas en una imagen. Esto lo hace a través de la aplicación de filtros direccionales. Los coeficientes obtenidos luego de aplicar la transformada de Gabor sobre la IRM son utilizados para distinguir y clasificar los tejidos tumorales y los sanos a través de un esquema de agrupamiento, generando además la respectiva segmentación de dichos tejidos. La metodología desarrollada es evaluada usando un conjunto de IRM con registros tumorales tomadas de una base de datos pública. Asimismo, el desempeño es evaluado usando diferentes métricas.

Palabras Claves: Imágenes de Resonancia Magnética, Tumores Cerebrales, Segmentación, Transformada de Gabor


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Código: RF54 Tópico: PIV Modalidad: Oral

Caracterización y Segmentación de Isquemias Cerebrales en Imágenes deResonancia Magnética usando la Transformada de Hermite

Yaileth Morales Daza, Leiner Barba-J, Lorena Vargas-Quintero, Cesar Torres Moreno,

Leticia Acosta

Grupo de Óptica e Informática, Departamento de Ingeniería Electrónica, Universidad

Popular del Cesar, Km 12 Sede Hurtado, Valledupar, Colombia

RESUMEN

Las imágenes de resonancia magnética (RM) del cerebro son fundamentales para evaluardiversos tipos de enfermedades y anomalías, entre las cuales se encuentran las isquemiascerebrales. Ellas son, tal vez, una de las principales herramientas que utiliza el especialistapara llevar a cabo un adecuado diagnóstico sobre la enfermedad y la condición del paciente.Aunque los especialistas son los encargados de hacer la valoración de las imágenes, resultade vital importancia proveer herramientas de ayuda en esas tareas de análisis, lo cual sepuede lograr a través de técnicas de procesamiento de imágenes. En este trabajo, sedesarrolló un método basado en la transformada de Hermite (TH) que permite lacaracterización y segmentación de isquemias cerebrales en imágenes de RM. La TH es unapoderosa herramienta matemática que permite descomponer una imagen en un conjunto decoeficientes los cuales suministran información importante de diferentes tipos de texturaspresentes en la imagen. La TH es aplicada sobre la imagen de RM y los coeficientesgenerados son posteriormente usados para caracterizar y clasificar las regionescorrespondientes a los tejidos sanos y aquellos donde se presenta una isquemia. Laclasificación de los tejidos se lleva a cabo a través de una máquina de soporte vectorial,generando además la respectiva segmentación. El trabajo desarrollado fue evaluado usandoun conjunto de imágenes de prueba de RM de pacientes con isquemias, obtenidas de una

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base de datos pública. Adicionalmente, se utilizaron métricas típicas para evaluar eldesempeño de la metodología propuesta.

Palabras Claves: Imágenes de Resonancia Magnética, Isquemias Cerebrales,Transformada de Hermite, Segmentación


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Modeling a structured light system with open-source software

F. Quintero1, R. Vargas1, L. A. Romero2, and A. G. Marrugo1

1Facultad de Ingeniería, Universidad Tecnológica de Bolívar, Cartagena, Colombia 2Facultad de Ciencias Básicas, Universidad Tecnológica de Bolívar, Cartagena, Colombia.

RESUMEN:

Structured light systems based on digital fringe projection have been widely used in many 3D reconstruction applications due to their high precision and speed. The fringe projection method involves projecting a light pattern of coded fringes onto an object which is deformed according to its shape. Then, triangulation is performed to recover the 3D shape digitally. Currently, there are many situations in which it is convenient to use computer graphics and ray-tracing software to model structured light systems in virtual simulations. These simulations allow the analysis of projected patterns without the need to use a physical system. They also enable 3D measurements of CAD model objects that are challenging to manufacture and even for educational purposes. In this work, we describe the procedure for modeling a projector-camera system in a digital twin. We use Blender, an open-source computer graphics software for 3D modeling and simulating the camera and projector. In addition, we go in-depth on using the Python programming language to automate the entire process and installing Add-ons to facilitate specific operations. To model the structured light virtual system, we use the extrinsic and intrinsic parameters obtained from the calibration of a real system. We also simulate noise and lens distortions in the camera and projector lenses. To evaluate the performance of the virtual system, we performed the 3D reconstruction of a 480 ⨉ 480mm white plane located at different positions in the real system. Then, we calculated the plane pose by least squares fitting. We placed a virtual plane at the estimated poses and performed the reconstruction of the planes through the virtual system using a five-image phase shifting algorithm and binary temporal unwrapping. The obtained reconstructions have an RMS error of 0.0969 mm.

Palabras claves: Structured light, three-dimension, simulation, virtual model, digital fringe projection, digital twin.


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Código: RF65 Tópico: PIV Modalidad Oral

Occlusion-resistant vision system for surgical instrument tracking

Eberto Benjumea1, Caleb Romero1, Juan S. Sierra1, Jhacson Meza1 and Andres G. Marrugo1

1Facultad de ingeniería, Universidad Tecnológica de Bolívar, Cartagena, Colombia.

RESUMEN: The use of computer vision-based systems has become a common trend in the medical field. The three-dimensional (3D) tracking of medical instruments has enabled assistance and guidance systems in many procedures. Instrument pose estimation is generally carried out using fiducial markers. However, the line of sight between the marker and the camera is often occluded by the instrument. This occlusion of the marker interrupts the marker tracking and the performance of the related medical equipment. We propose a robust system against occlusions composed of an attachment with nine ArUco markers and a pose estimation algorithm. The computer vision algorithm was implemented in Python using OpenCV. We carried out experiments to determine its performance and validate the pose estimation results with an industrial robot. Our proposed system enables accurate (sub-millimeter error) and redundant pose estimation. The results show that the strategy satisfies the requirements of the health care industry.

Palabras claves: ArUco markers, pose estimation, optical tracking, computer vision, occlusion, surgical instrument


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PROTOTIPO OPTOELECTRÓNICO COMOAPOYO A PERSONAS CON DISCAPACIDAD

VISUAL EN UN JUEGO DE MESA

Alexander Correa Gil1, Rafael Suárez Herazo1, Leonardo Díaz2, Juan Vilardy O.3,

Cesar Torres M.3

1Estudiantes Programa Ingeniería Electrónica, Facultad de Ingeniería y

Tecnológicas, Universidad Popular del Cesar2,3Estudiante Doctorado en Ingeniería, Universidad de Cartagena

3Grupo de Óptica e Informática, Universidad Popular del Cesar

RESUMEN:

La discapacidad visual en Colombia se ha convertido en una de las problemáticas que se debeabordar con prioridad, por lo cual se han venido implementando diferentes estrategias quebuscan eliminar las barreras que impiden el acceso igualitario de manera efectiva a lapoblación invidente; en aras de contribuir con la solución del problema se estableció el diseñoy la construcción de un prototipo optoelectrónico basado en técnicas de tratamiento digital deimágenes, que les permitiese a las personas con discapacidad visual participar en un juego demesa como el Blackjack. La muestra estuvo compuesta por un estudiante invidente delprograma de psicología de la Universidad Popular del Cesar, a la cual se le realizó lasobservaciones mediante una entrevista grabada que generó los lineamientos físicos delprototipo. En últimas instancias, los resultados expuestos por el prototipo por carta sonrazonables en la medida que el reconocimiento del objeto de identificación se realizaindividualmente.

Palabras claves: tratamiento digital de imágenes, juego de mesa, discapacidad visual


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El estado de la investigación en óptica en Colombia: un análisis

cienciométrico

Andres G. Marrugo1,†, Atilio Bustos-González2, Edgar Rueda3,†

1 Facultad de Ingeniería, Universidad Tecnológica de Bolívar, Cartagena, Colombia.

2 SCImago Research Group, Medellín, Colombia.

3 Grupo de Óptica y Fotónica, Instituto de Física, U de A, Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia.

† Miembro Sociedad Red Colombiana de Óptica (RCO).

RESUMEN:

La óptica como disciplina científica surge en el siglo XVII con las primeras aplicaciones tecnológicas: telescopios y microscopios. Sin embargo, en los siguientes siglos, la compresión y manipulación de la luz tuvo un avance vertiginoso, que permiten reconocer a la óptica y la fotónica como herramientas claves para el desarrollo de la tecnología del siglo XXI. Colombia no ha sido ajena a este hecho, contando desde la década de 1980 coninvestigadores y grupos de investigación reconocidos por sus aportes en esta disciplina.Aunque existe una percepción de que en Colombia existe un número importante deinvestigadores en óptica y áreas afines con reconocimiento internacional, no existe un estudioque permita cuantificar el impacto real en el ámbito nacional e internacional de estasinvestigaciones. Por otro lado, tampoco se tiene conocimiento sobre la productividad enindividuos o instituciones, ni sobre la participación en redes de colaboración nacionales einternacionales. Para resolver esta pregunta nos propusimos analizar el estado de lainvestigación en óptica y fotónica en Colombia con base en el número de publicacionesinternacionales en el periodo 2003 a 2020, con fuente de datos Scopus. Como fuente deinformación utilizamos los artículos indexados en la base de datos Scopus en la categoríaAtomic and Molecular Physics and Optics. La información obtenida la analizamos en funciónde los individuos, instituciones y localización geográfica. Mediante herramientascienciométricas estimamos indicadores de calidad relativos nacionales e internacionalesdentro de la disciplina. Análisis preliminares nos permiten reportar que entre 2016-2020 el50% de la producción intelectual es con colaboración internacional, sin embargo, la

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colaboración nacional aún está rezagada, pero crece del 11,4% en 2016 a 19,8% en 2020. El impacto normalizado de las investigaciones es de 0,96 (siendo 1 la media del mundo). Como principales conclusiones de este trabajo encontramos que la actividad investigativa en óptica y fotónica en Colombia es relevante internacionalmente y presenta una actividad creciente significativa en la última década. Sin embargo, existe poca colaboración al interior del país y el grueso de la producción está concentrada en pocas instituciones.

Palabras claves: investigación en óptica, fotónica, colombia, latinoamérica, producción científica.


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Código: RF69 Tópico: OTROS Modalidad: Oral

Measurement of Planck´s Constant, an undergraduate experiment

with STEM approach

F.R. Perez1, J.H. Serna1, J.E.Gómez1,2, A. León Ramírez1,2

1 Grupo de Óptica y Espectroscopía, Universidad Pontificia Bolivariana, Medellín, Colombia

2 Programa de Ingeniería en Nanotecnología, Universidad Pontificia Bolivariana, Medellín, Colombia

ABSTRACT

Planck´s constant is very important because it appears not only in physics models and

problems but also in chemistry, material science, semiconductor science and technology, and

in general, in all disciplines related to atomic and molecular fundamental and applied

sciences. However, measure it normally requires having expensive and relatively complex

instrumentations. A relatively easy to do method for a Planck´s constant measurement using

commercial Ligth Emitting Diodes (LEDs), a very simple circuit, two multimeters and a

laboratory spectrometer, was reported a time ago. Since that report, its procedure has been

reproduced only including some instrument improvements. However, the data analysis

method used in those reports has received serious criticism because a set of semiconductor

properties as diffusion length of minority carriers, the diffusion constant and the density of

the minority carries are not taken into account in the used model [5, 6]. On the other hand,

now a day, new focussings in the science and engineering education have took importance.

Particularly, the STEM (Science, Technology Engineering and Mathematics) method has

been adopted in a lot of countries and institutions both basic and university education. An

advantage to adopt those focusing today is the availability to technological devices of easy

access and programing for users, and with very low cost as the case of Arduinio Cards. Some

interesting example showing applications of Arduino to experimental teaching in physics can

be found. In this work, the Planck´s constant measurement in the context of a STEM method

approach is reported. An Arduino Uno card was implemented in order to simultaneously

measure, the electrical current in a LED and the voltage between its terminals. In comparison

to the revised literature, this work has some educative novelty features: 1. Involves

semiconductor physical concepts as band gap, semiconductor junction and band model as

well as spectroscopic ones as intra-band transitions and emission spectrum of solids; 2. Uses

a proper physical model for the current voltage response of a LED as suggested by

Morehouse; 3. Incorporates STEM strategies, and; 4. Introduces current metrological rules

and concepts to the uncertainties analysis.

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Palabras claves: Planck´s constant, STEM


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Código: RF91 Tópico: OTROS Modalidad: Póster

Modificación controlada de la aberración cromática del ojo humano y su impacto sobre la calidad visual y el mecanismo dinámico de acomodación

Walter Torres-Sepúlveda1,2, Alejandro Mira-Agudelo1

1Grupo de Óptica y Fotónica, Instituto de Física, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Antioquia UdeA, Calle 70No. 52-21, Medellín, Colombia

2Facultad de Ciencias y Humanidades, Institución Universitaria Digital de Antioquia, Calle 10 Sur # 50E-31, Medellín, Colombia

RESUMEN:

La acomodación es el proceso por el cual el ojo es capaz de observar estímulos ubicados a diferentes distancias manteniéndolos nítidos. Este proceso ha sido de gran interés en el estudio de la fisiología del ojo, dado que es uno de los principales mecanismos dinámicos presentes en el sistema visual. En la acomodación intervienen factores conscientes tales como la percepción cognitiva, pero adicionalmente existen componentes importantes presentes en el propio estímulo óptico que aportan a este proceso de manera inconsciente. Uno de los factores puramente ópticos que es necesario considerar en el proceso de acomodación es la aberración cromática longitudinal (ACL), la cual genera para un único estímulo policromático una diversidad de planos imagen dentro del ojo, asociados a los colores que constituyen el estímulo.

Teniendo en cuenta la importancia de la ACL en el funcionamiento del sistema visual humano, en este trabajo se propone un protocolo de medidas para su estudio básico y posterior manipulación, que conlleven a un mejor entendimiento de su función en la calidad visual del ser humano y en especial al proceso dinámico de acomodación. Para esto se hace uso de un modulador espacial de luz (SLM) en el cual sea posible codificar fases para distintas longitudes de onda. A partir de estas fases y el comportamiento cromático del SLM es posible afectar la aberración cromática propia del ojo con el fin de lograr su manipulación. Con esta estrategia, se buscó evaluar el impacto de esta manipulación sobre la calidad visual de un conjunto de pacientes, midiéndoles la agudeza visual para distintas condiciones de ACL. Además, se estudió la eficiencia del mecanismo de acomodación para las diferentes condiciones de manipulación de la ACL, a partir de la medida de los tiempos que le toma al ojo acomodar un estímulo policromático. Los resultados confirman el impacto de las distintas condiciones de ACL sobre la calidad visual, poniendo de manifiesto diferencias tanto para la

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agudeza visual como para los tiempos acomodativos, mostrando en promedio un aumento de dichos tiempos respecto al caso con la ACL natural del ojo.

Palabras claves: óptica visual, aberraciones ópticas, moduladores espaciales de luz, acomodación, agudeza visual.

Correo electrónico de contacto: [email protected] – [email protected]

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Código: RF17 Tópico: OPV MOdalidad: Oral

Variación de los índices de tortuosidad local en vasos retinianos debido a cambios de resolución en las imágenes de fondo de ojo

1 Natalia Ramirez1, 2 Miquel Ralló2, 3María S. Millán3

1-3 Grupo de Óptica Aplicada y Procesado de Imagen, Departamento de Óptica y OptometríaUniversidad Politécnica de Catalunya-BarcelonaTECH, (Terrassa, Barcelona)

RESUMEN: El cálculo de los índices de tortuosidad de un vaso retiniano en imágenes digitales de fondo de ojo requiere de una parametrización de la curva trazada por el vaso. El valor de estos índices debería ser constantes frente a cambios de resolución. Este trabajo analiza cómo el cambio de la resolución de las imágenes de fondo del ojo afecta cada uno de los índices de tortuosidad locales descritos por Kalitzeos en vasos retinianos. Se consideraron cinco imágenes de entrada de 800x800 píxeles de tamaño; cuatro imágenes binarias con vasos simulados a partir de curvas sinusoidales y una imagen de fondo de ojo a color de la cual se extrajo las coordenadas XY de los pixeles que constituían la línea de un vaso previamente segmentado, binarizado y esqueletonizado. Se utilizaron tres versiones redimensionadas de cada imagen (400x400, 200x200, 100x100) para evaluar el impacto de la resolución en el cálculo de los índices de tortuosidad locales. Las versiones redimensionadas de la imagen del fondo de ojo se obtuvieron mediante interpolaciones bicúbica secuenciales. La estimación de las derivadas numéricas necesarias para calcular los índices de tortuosidad se llevó a cabo mediante un método de mínimos cuadrados ponderados utilizando la expansión de Taylor de segundo orden de las coordenadas XY de los pixeles que constituyen los vasos. Algunos índices resultaron ser independientes de la resolución de las imágenes mientras que otros índices variaban de forma inversamente proporcional a la resolución de la imagen o su cuadrado.

Palabras claves: vasos retinianos, cambio resolución, índices tortuosidad.


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Código: RF18 Tópico: OPV Modalidad: Póster

Optimización de la lente espada de luz a partir de la adición deaberraciones ópticas

Juan Ramírez-Quintero1, Walter Torres-Sepúlveda1,2, Alejandro Mira-Agudelo1

1 Grupo de Óptica y Fotónica, Instituto de Física, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales,Universidad de Antioquia UdeA, Calle 70No. 52-21, Medellín, Colombia

2 Facultad de Ciencias y Humanidades, Institución Universitaria Digital de Antioquia, Calle 10 Sur# 50E-31, Medellín, Colombia

RESUMEN:

La lente espada de luz (LSL) es un elemento óptico relativamente nuevo, con característicasaprovechables para aplicaciones en oftalmología y optometría, entre las que se destaca lacorrección de la presbicia. Esto se debe a que el LSL tiene una amplia profundidad de foco,condición que se puede aprovechar para mitigar la pérdida de la amplitud de acomodaciónen el ojo humano, que caracteriza la presbicia. Estudios realizados sobre el LSL, muestranque su desempeño en los rangos de visión cercana y lejana es bajo comparado con el rangode visión intermedio, en donde el LSL exhibe el mejor desempeño para formación deimagen. Sin embargo, bajo algunas modificaciones que se han propuesto, se logró unamejoría del desempeño del LSL, especialmente en el rango de visión lejana, región queposee importancia desde el punto de vista de la calidad visual. Una de estas propuestasconsiste en añadir una ventana angular a la función de transmitancia que define el LSLoriginal. Tomando como base la implementación de esta ventana, surge el interrogante decómo manipular dicha modificación al LSL de tal modo que se alcance una optimizaciónmayor de su desempeño en todos los rangos de visión, es decir, cercano, intermedio ylejano.

Bajo la idea de mejorar dicha optimización y partiendo de la LSL modificada con ventanaangular, se plantea estudiar a partir de la función de punto extendido (PSF) el impacto deagregar aberraciones ópticas en dicha ventana y estudiar el efecto que parámetros como eltipo de aberración, su orientación, simetría, entre otros, pueden tener sobre el desempeño dela LSL. Para esto, se realizó una simulación computacional de un sistema óptico virtual,basado en la función de transmitancia modificada del LSL y se estudió su desempeño paraformación de imagen usando la métrica de la Razón de Strehl. Adicionalmente, se realizó laimplementación de otras métricas que permitieran corroborar o diferenciar las curvas dedesenfoque obtenidas con la razón de Strehl para distintas adiciones de aberraciones. Losresultados confirman que estas modificaciones efectivamente producen cambios en eldesempeño del elemento, especialmente en la potencia óptica asociada a la visión lejana,

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concluyendo de esta manera que el uso de una aberración del tipo tilt o prisma para la concentración de energía es un factor importante en el proceso de optimización.

Palabras claves: elemento óptico espada de luz, óptica visual, aberraciones ópticas, simulación de elementos ópticos, Razón de Strehl


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Estudio de la calidad óptica de elementos con profundidad de foco extendido usando un sistema de doble paso asimétrico.

Jennyfer Morales-Marín1, Walter Torres-Sepúlveda1,2, Alejandro Mira-Agudelo1

1Grupo de Óptica y Fotónica, Universidad de Antioquia UdeA.

2Institución Universitaria Digital de Antioquia.

RESUMEN: Para evaluar la calidad y eficiencia de elementos ópticos multifocales utilizados para la corrección la presbicia, actualmente se emplean diversas técnicas ópticas que permiten la obtención de la información sobre el efecto de la corrección de estos elementos antes y después de su implementación en el sistema visual humano. Entre ellas se encuentra la técnica de doble-paso, técnica capaz de caracterizar objetivamente la calidad óptica del ojo humano “in vivo” con gran precisión. Con lo anterior en mente, en este trabajo se presenta un sistema óptico experimental basado en la técnica de doble paso que permite el estudio de las aberraciones asimétricas (mediante el uso de pupilas desiguales en el primer y segundo paso) tanto del ojo desnudo como de la interacción de éste con un elemento denominado lente espada de luz, el cual tiene como característica principal su profundidad de foco extendido.

La evaluación de la corrección de la lente espada de luz se realiza a partir del análisis de las imágenes obtenidas por el sistema y mediante el uso de métricas derivadas de la función de punto extendido (PSF) como la razón de Strehl, el ancho a media altura y frecuencia de corte de la MTF (Modulated Transfer Function). Los resultados muestran que el sistema de doble paso permite demostrar el foco extendido, característica de la lente espada de luz a partir de curvas de desenfoque de las métricas usadas, por lo tanto, confirma la viabilidad de este elemento para aplicaciones al sistema visual humano como la corrección de la presbicia. Medidas subjetivas obtenidas de trabajos anteriores confirman los resultados logrados objetivamente por medio del sistema de doble paso.

Palabras claves: elementos ópticos multifocales, técnica de doble paso, lente espada de luz, función de punto extendido.

orreo electrónico de contacto: [email protected]

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Visible Light Positioning Using Time Division Multiplexing and OOK Modulation

Jonatan Fernando Rojas

Marín1, Roger Alexander

Martínez Ciro1, Germán

David Goez Sánchez1

1Department of electronic

and telecommunications,

Instituto Tecnológico

Metropolitano – Medellín

Colombia

RESUMEN:

On the past two decades, visible light communication (VLC) has captured attention in different fields of application, such as, infrastructure, industrial, environmental and research, particularly because of their low cost, speed, and applicability, which makes of these systems the most appropriate for develop visible light positioning (VLP) system. VLP has great expectations, due to their possible large-scale applications in disaster management, buildings, surveillance, among others, and can also benefit next-generation IoT systems, architectures, cities, and networks. An attractive feature of this system is the great flexibility that it offers, as it can be optimized depending on your application. On this work, the design and simulation of a positioning system based on visible light communication considering a cell is presented using Matlab. In addition, we adopt the time division multiplexing (TDM) scheme to manage the luminaires and the on-off keying (OOK) modulation for the coding of the LEDs identifiers. We use the trilateration algorithm and received signal strength (RSS) method, which allows identifying characteristics that affect the performance of the localization error and the performance parameters of this system.

Palabras claves: Visible light communication, light emitting diode, visible light positioning


Página 27 Código: RF82 Tópico: OPT Modalidad: Oral

Indoor Positioning System Based on VLC Technology and FDM technique

R E Zapata-Quintero1, R A Martínez-Ciro1 and F E López-Giraldo1 1Ramon Elías Zapata

Quintero 2Roger

Alexander Ciro Martínez

3Francisco Eugenio

López Giraldo

Facultad de Ingenierías,

Instituto Tecnológico

Metropolitano – Medellín

Colombia

RESUMEN: Humanity is experimenting new technological advances in telecommunications and derived applications, which positively impact the sustainable development of smart cities. Therefore, indoor positioning (IPS) emerges as a promising technology in application scenarios such as museums, shopping malls, supermarkets, etc. IPS has been explored in combination with wireless communication technologies such as RF, Bluetooth, Wi-Fi, Infrared, Visible Light Communication System (VLC), among others, which have allowed better performance in estimating the position of the receiver compared to GPS technology. However, VLC is the most promising technology in the development of new IPS architectures thanks to the reuse of the lighting infrastructure present in the application scenario. The literature reports multiple VLC-based on IPS studies, however, most focus on architectures of three luminaires that make up a cell. Therefore, in this research work, an IPS system based on VLC technology using frequency division multiplexing (FDM) is proposed as a possible alternative to design an IPS infrastructure with multiple cells. An algorithm based on fast Fourier transform, received amplitude signal (RSS) and triangulation are proposed for estimating the position of the mobile. Finally, the results are displayed in terms of the location error and the SNR of the system.

Palabras claves: Visible light communication, light emitting diode, visible light positioning, indoor positioning, frequency division multiplexing.

Correo electrónico de contacto: [email protected]. Página 28 Código: RF86 Tópico: OPT Modalidad: Oral

Influencia del solvente polar y del efecto resonante de fragmentos

electrodonor y electroaceptor, sobre las propiedades electrónicas y de reactividad química intrínseca, en compuestos derivados del 1,3-

Benzoxazol

Edwin S. Rivera, Oriana I. Ávila, Rubén D. Fonseca y Neira Oscar L. Grupo de Espectroscopia Óptica y Láser, Universidad Popular del Cesar, Valledupar,

Colombia

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RESUMEN Se presenta el estudio de la influencia del solvente polar y el rol del sitio estéreo de sustitución que origina el efecto resonante positivo o negativo individual y su efecto simultáneo sobre las propiedades electrónicas moleculares y de reactividad química intrínseca de tres compuestos orgánicos estéreo-isómeros derivados del 27-Fenil-30-Oxazol-2-Fenil-1,3-Benzoxazol (compuesto padre). El primer compuesto se obtuvo mediante monosustitución de un fragmento electrodonór del amoniaco, amino radical (NH2) en la posición orto del anillo extremo de fenil de la molécula madre, el segundo con una monosustitución de un fragmento electroaceptor del dióxido de nitrógeno NO2 en la posición para del mismo anillo y el tercero mediante la bisustitución simultánea con los mismos fragmentos en los mismos sitios de las monosustituciones anteriores, con el fin de originar al efecto push-pull sobre la molécula. Se usó como solvente polar al metanol y las interacciones soluto-disolvente se simularon con la ayuda del modelo del Continúo Polarizado de Tómasi (PCM) dado que las interacciones soluto disolvente pueden inducir efectos en las energías, estructuras y propiedades moleculares. Como herramienta computacional de cálculo se usó el paquete Gaussian 09, en el marco de la teoría de los funcionales de la densidad DFT, la funcional híbrido B3LYP de Lee Yang Parr, y las funciones bases 6-31+g(d). El propósito fue estudiar, primero, la influencia global del solvente polar metanol sobre las propiedades electrónicas y de reactividad química intrínseca de los compuestos derivados, y segundo, el efecto de transferencia de carga adicional sobre la carga eléctrica deslocalizada del sistema de cadena de enlaces pi-conjugados, en las propiedades antes descritas, fruto de los efectos resonantes de los fragmentos escogidos como sustituyentes, que producen desde el sitio estéreo de la sustitución, el mecanismo de transferencia de carga entre los orbitales de un par solitario de electrones del fragmento sustituyente y la nube electrónica del sistema de enlaces pi de las moléculas. Palabras claves: Propiedades electrónicas, reactividad química intrínseca, Metanol y DFT.


Código: RF28 Tópico: OPM Modalidad: Oral

Influencia de los efectos resonantes sobre las propiedades de absorción de compuestos aromáticos de cadenas de enlace pi conjugados, derivados del

1,3-Benzoxazol en fase gaseosa

Edwin S. Rivera, Oriana I. Ávila, Rubén D. Fonseca y Neira Oscar L. Grupo de Espectroscopia Óptica y Láser, Universidad Popular del Cesar, Valledupar,

Colombia

RESUMEN: Se presenta el estudio teórico de la influencia del efecto resonante positivo o negativo individual y simultáneo sobre las propiedades de absorción óptica de tres compuestos orgánicos estereo-isómeros derivados del 27-Fénil-30-Oxazol-2Fénil-1,3-Benzoxazol (compuesto padre) en fase gaseosa. Los compuestos estudiados, poseen estructuras moleculares modeladas: primero por la monosustitución del fragmento electrodonor del grupo amino NH2, segundo, por la monosustitución de un fragmento electroaceptor del grupo nitro NO2, y tercero, mediante la bisustitución simultánea con los mismos fragmentos en los mismos sitios de las monosustituciones anteriores; estas tres sustituciones respectivamente en las posiciones orto para y simultaneas, fueron realizadas en el anillo extremo de fénil de la molécula madre, dando origen cada una de las moléculas derivadas. El estudio se realizó con el enfoque de la Teoría de los Funcionales de la Densidad dependiente del tiempo (TD-DFT), el funcional híbrido B3LYP, y sus funciones base 6-31+g(d), usando el software Gaussian 09. El propósito fue estudiar la influencia global del efecto de transferencia de carga adicional sobre la carga eléctrica deslocalizada del sistema de cadena de enlaces pi-conjugados de los compuestos derivados, y por lo tanto, su efecto de movilidad y capacidad de deformación de sus orbitales para una transición óptica, fruto de los efectos resonantes de los fragmentos escogidos como sustituyentes, que producen desde el sitio estéreo de la sustitución, el mecanismo de transferencia de carga entre los orbitales de un par solitario de electrones del fragmento sustituyente y la nube electrónica del sistema de enlaces pi, que permite modificar las propiedades electrónicas y de reactividad química intrínseca globales de las moléculas constituyentes de cada compuesto, y obtener compuestos con diferentes propiedades ópticas. El tercer compuesto derivado, mostró mejores resultados, con una energía de pico de excitación de 340.82 nm, y un ancho de banda de 210 nm, comprendido entre los 200-450nm, es decir, entre el UV y el violeta; estos resultados muestran la influencia que tiene el efecto push-pull sobre la estructura molecular madre. Permitiendo visionar el uso potencial de estos compuestos orgánicos derivados del 1,3-Benzoxazol en la fabricación de capas activas para celdas solares, o como láseres orgánicos sincronizados.

Palabras claves: Espectro de absorción, Efecto resonante, y TD-DFT.


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influencia del solvente polar, efecto inductivo del Cl y sitio estéreo de sustitución en las propiedades electrónicas y reactividad química

intrínseca en compuestos monosustituidos estéreo-isómeros derivados 1-H-Benzimidazol

Posada Holger, Fredy Oñate y Neira Oscar L.* Grupo de Espectroscopía Óptica y Láser, Universidad Popular del Cesar, Valledupar

RESUMEN

Las propiedades ópticas, optoelectrónicas de los materiales están muy estrechamente relacionadas con las propiedades electrónicas y de reactividad química intrínseca de las moléculas que constituyen un material. El estudio se realizó para el estado fundamental en fase liquida, con el propósito de comprender los efectos de la naturaleza polar del metanol, el efecto inductivo del sustituyente aceptor de electrones Cl y el rol del sitio de sustitución sobre las propiedades mencionadas en derivados estéreo-isómeros del 1-H-Benzimidazol. Cada sustitución se llevó a cabo en uno de los átomos laterales disponibles en la estructura molecular madre. La influencia del efecto del solvente es el resultado de las interacciones intermoleculares del solvente y cada molécula del compuesto, mientras que la influencia inductiva del Cl y el rol del sitio de sustitución se debe la redistribución espacial local de carga electrónica deslocalizada al sistema de la cadena de enlaces pi conjugados de cada molécula, gracias a la interacción local entre éste sistema y la carga de la orbital molecular sigma del enlace del cloro y uno de los átomos de carbono en cada uno de los compuestos, debido a la diferencia de sus electronegatividades. Los resultados, corroboran que el enfoque empleado se puede usar como criterio y herramienta para el diseño de estructuras con propiedades específicas cercanas y realizar su sintonización fina o mejorar dichas propiedades al combinarlas en forma adecuada. Estos compuestos bicíclicos son promisorios para la construcción de bloques cromofóricos, fluoroforos con una estructura similar al azobenceno e incrustarlos en una matriz para desarrollar polímeros como materiales birrefringentes. Para lo modelación de las estructuras en fase líquida, se usó la teoría de los funcionales de la densidad DFT, la funcional hibrido B3LYP de Lee Yang Parr, y las funciones bases 6-31+g(d), como solvente polar al metanol y su descripción con el modelo del Continúo Polarizado de Tómasi(PCM), con el propósito de considerar las interacciones soluto-disolvente, que inducen efectos en las geometrías, las energías y sus propiedades moleculares. Como herramienta computacional de cálculo se usó el paquete Gaussian 09, a fin de implementar los algoritmos computacionales numéricos . Keywords: Electronic properties, intrinsic chemical reactivity, methanol and density functional theory.


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Rol del sitio estéreo de sustitución y efecto del sustituyente aceptor de electrones inductivo del Cl en las propiedades geométricas, electrónicas y de reactividad química intrínseca de derivados monosustituidos estéreo-

isómeros del 1-H-Benzimidazol

Posada Holger, Fredy Oñate y Neira Oscar L.* Grupo de espectroscopia óptica y láser, Universidad Popular del Cesar, Valledupar

[email protected]

RESUMEN Se presentan los resultados del estudio teórico del efecto inductivo de la sustitución halógena y el rol de la escogencia del sitio estéreo de sustitución en las propiedades geometrías, electrónicas y de reactividad química intrínseca en cinco estéreo-isómeros derivados monosustituidos del compuesto biciclico simple aromático 1-H-Benzimidazol. Cada sustitución se llevó a cabo en uno de los átomos laterales en la estructura molecular madre, para el estado fundamental en fase gaseosa. El propósito del estudio fue comprender la influencia local de las interacciones entre los orbitales sigma y pi-conjugados fruto de la sustitución halógena a través del átomo de carbono y sus dos átomos de carbono vecinos laterales, las cuales afectan la transferencia de carga eléctrica deslocalizada del sistema de la cadena de enlaces pi conjugados de cada molécula. Todo esto, es resultado del efecto de la inducción electrostática responsable del desplazamiento de la densidad electrónica de carga en el enlace sigma del cloro y uno de los átomos de carbono en cada uno de los compuestos, gracias a la diferencia de sus electronegatividades. Las estructuras moleculares se modelaron usando un enfoque de la Teoría del Funcional estacionaria de la Densidad, la funcional hibrida B3LYP y las funciones base 6-31G+(d). Como herramientas de cálculo computacional se usó la suite del paquete de programas Gaussian 03 y se usaron los algoritmos computacionales numéricos del modelo químico cuántico escogido. Mediante un estudio comparativo se determinó la influencia del efecto de la sustitución estérea del Cloro y la influencia del efecto inductivo del sustituyente en las propiedades objeto de estudio. Los resultados, corroboran que el enfoque empleado como criterio y herramienta útil para el diseño de estructuras con propiedades específicas y la manera de sintonizarlas o/y mejorar dichas propiedades con este tipo de mecanismo. Estos compuestos bicíclicos son promisorios para la construcción de bloques cromofóricos, fluoroforos con una estructura similar al azobenceno y desarrollar polímeros para sensores. Palabras claves: Propiedades electrónicas, reactividad química intrínseca, sustituyente electroaceptor, compuesto bicíclico simple y DFT

orreo electrónico de contacto: [email protected]

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Cálculo de las funciones de respuesta óptica de sistemas multicapas con interrogación espectral y angular y de su ajuste a datos experimentales

de elipsometría espectroscópica

Deicy Johanna Loaiza García1, César Aurelio Herreño Fierro2

Facultad de Ciencia y Educación, Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Carrera 3ra # 26A-40, 110311, Bogotá, Colombia

RESUMEN:

El método de la matriz de transferencia permite entender la propagación y transmisión de la luz en sistemas multicapa, facilitando el cálculo de la respuesta óptica del sistema en función de la longitud de onda o el ángulo de incidencia. En este trabajo se revisará el método y se implementará mediante un código en Python que permitirá al usuario generar modelos ópticos para el análisis de sistemas multicapas usando bases de datos para la recuperación de las constantes ópticas de los materiales. El trabajo incluye la posibilidad de implementar modelos de aproximación de medio efectivo para realizar análisis de datos que permitan obtener características de las muestras como rugosidad, porosidad y grado de impureza.

Palabras claves: Método de la Matriz de transferencia, Elipsometría espectroscópica, aproximación de medio efectivo, Python.


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Simulación Dinámica Leyes de Snell y Malus

Camacho-Mendoza Luis.1; Monsalve-Beltrán Raul.1 Racedo-Niebles Francisco J.2

1Estudiantes de Maestría en Física SUE – Caribe, grupo GEOEL Universidad del Atlántico, Barranquilla, Colombia.

2Docente Investigador, grupo GEOEL Facultad. de Ciencias Básicas, Universidad del Atlántico, Barranquilla, Colombia.

RESUMEN:

Se presenta el diseño de dos simulaciones utilizando software dinámico libre donde se modelan fielmente los fenómenos de reflexión, refracción y polarización de la luz desde una fundamentación teórico-práctica sólida. La primera simulación permite comprobar de manera computacional la ley de Snell, para lo cual, se realizó el diseño y montaje de un láser donde se permite variar a voluntad el ángulo de incidencia sobre la interface entre dos medios ópticos, reflejándose especularmente en el primer medio y transmitiéndose con un ángulo de refracción al segundo medio. Los parámetros que enmarcan el diseño de la simulación permiten comprobar que dados dos medios 𝑛1 𝑦 𝑛2, se cumple que 𝑛1𝑠𝑒𝑛(𝜃1) = 𝑛2𝑠𝑒𝑛(𝜃2)teniendo en cuenta la posibilidad de elección del índice de refracción de cada medio. La segunda simulación permite la visualización y análisis del fenómeno de polarización óptica. Para lograrlo se realizó el montaje digital de una lámpara halógena manual, dos polarizadores y una fotocelda. El primer polarizador actúa como un polarizador estándar; mientras que el segundo polarizador actúa como analizador y rota a voluntad en el intervalo de [0°-360°]. Este diseño permite verificar que la intensidad de un haz de luz polarizada de maneral lineal, que, a su vez, atraviesa el analizador cumple la relación 𝐼 = 𝐼0 cos2(𝜃), conocida como laLey de Malus.

Palabras claves: Ley de Snell, polarización, ley de Malus, simulación.


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Código: RF104 Tópico: OPG Modalidad: Oral

Método de diferencias finitas para la solución de las ecuaciones de Maxwell en la materia en 1 y 2 dimensiones

Stiven Orlando Melo Vargas1 , César Aurelio Herreño Fierro2, Nicolás Avilán Vargas3

1,2 Facultad de Ciencias y Educación, Universidad Distrital Francisco José de Caldas. 3 Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas, Universidad Nacional de Colombia.

RESUMEN:

En este trabajo se presentan simulaciones numéricas para el estudio de la propagación de ondas electromagnéticas en cavidades metálicas, homogéneas e isotrópicas, de 1 y 2 dimensiones. Para esto se calcula la evolución temporal del campo eléctrico y la fase de la onda electromagnética usando el método de diferencias finitas en el dominio del tiempo (FDTD), implementado en Python. Los resultados permiten caracterizar los modos de propagación en este tipo de sistemas. En el caso de una cavidad unidimensional, considerando condiciones de frontera perfectamente reflectantes, se evidencia el carácter transversal de los modos confinados, mientras que, en el caso bidimensional, con condiciones de frontera absorbentes, pueden distinguirse las características de los modos TE y TM, respectivamente.

Palabras claves: electromagnéticas, FDTD, Python, isotrópicas, modos, unidimensional, bidimensional.


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Código: RF55 Tópico: OPF Modalidad: Oral

ESTUDIO DE LA ACTIVIDAD ÓPTICA EN ALGUNAS BEBIDAS NO ALCOHÓLICAS Y SUS IMPLICACIONES A LA SALUD HUMANA

J. Trujillo Hurtado1, K. Polo Salcedo2, E. Arrieta3.

1,2Estudiantes de Lic. Ciencias Naturales, Grupo de Física Teórica, Universidad Surcolombiana, Neiva-Huila.

3Profesor de planta tiempo completo de Lic. Ciencias Naturales, Grupo de Física Teórica, Universidad Surcolombiana, Neiva-Huila.

RESUMEN

En 1811, el físico francés Dominique R.F. Arago, observó por primera vez el fascinante

fenómeno ahora conocido como actividad óptica. Entonces descubrió que el plano de

vibración de un haz de luz lineal sufría una rotación continua conforme se propagaba a lo

largo del eje óptico de una placa de cuarzo, y que esto mismo sucede cuando este haz de luz

atraviesa una muestra liquida transparente que contenga azúcar donde el ángulo asociado a

la rotación del plano de vibración de la luz linealmente polarizada, presenta una relación

lineal con la cantidad de azúcar que contiene la muestra, es de anotar que en nuestro país

tenemos según encuesta nacional de situación nutricional de Colombia (ENSIN) en su último

informe de 2015 encontró que el 24% de los niños entre 5 a 12 años presentaría sobrepeso,

así mismo el 17,9% de adolecentes de edades entre 13 a 17 años, y un 56,9% de adultos entre

18 y 64 años presentan un exceso de peso, sostienen que la obesidad es un problema

multicausal que se ha asociado a excesos o carencias nutricionales durante los primeros mil

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días de vida, a la genética, a los hábitos alimentarios, a los condicionantes culturales y

sociales, a la actividad física y últimamente al consumo de bebidas azucaradas. En esta

contribución se pretende estimar la cantidad de azúcar que presentan algunas bebidas no

alcohólicas azucaradas que consumimos frecuentemente, para ello usaremos una luz

linealmente polarizada y dos polarizadores lineales graduados, donde los resultados se

validaran con un polarímetro comercial , y la referencias a la cantidad de azúcar que presentar

las bebidas en su etiqueta.

Palabras claves: Actividad óptica, bebidas no alcohólicas azucaradas, polarizadores lineales, sobrepeso.

Correo electrónico de contacto: emiro,[email protected] y [email protected]

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Código: RF4 Tópico: BIO Modalidad: Póster

Representación tridimensional del proceso de fotofisión en núcleos pesados inducida por

fotones reales con energías entre 0,1 y 0,6 GeV

Oscar Alejandro Díaz Sanguino1

1Universidad Distrital Francisco José de Caldas

RESUMEN:

La fision de nucleos pesados inducida por fotones reales (fotofision), en el rango de energias entre 0,1 GeV y el umbral de fotoproduccion de un pión (0,6 GeV), se representa usando un motor de graficos en 3D creado por el autor. Para modelar los núcleos pesados se usan los modelos nucleares de gota líquida y gas de Fermi. El proceso de fotofision se lleva a cabo en dos etapas: la etapa de cascada intranuclear y la etapa de cascada evaporativa. En la primera etapa, el haz de fotones incidente da inicio a una cascada de reacciones nucleares en las que algunas de las particulas involucradas pueden escapar del nucleo. Como resultado, el núcleo queda en un estado excitado (nucleo compuesto), dando paso a la segunda etapa de fotofisión. En esta etapa, el nucleo compuesto es desexcitado por medio de los mecanismos de evaporacion de particulas y/o de fision. Asi, contando la tasa de fision, se calcula la probabilidad de fotofision. El objetivo de este trabajo es representar las etapas antes mencionadas usando ilustraciones tridimensionales a través de una aplicacion de autoría propia creada en C/C++ y vinculada con OpenGL. La idea es que por medio de métodos Montecarlo de datos experimentales sea posible verificar si los modelos nucleares dados brindan una buena aproximación, encontrándose así una tasa de fisión homogénea entre núcleos con masa similar.

Palabras claves: Fotofision, Núcleos pesados, Fotoproduccion, Simulador 3D.


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Código: RF67 Tópico: OPF Modalidad: Oral

Síntesis de Nanopartículas de Plata y algunas aplicaciones

Laura Bibiana Páez, Heriberto Peña Departamento de Física y Geología

Facultad de Ciencias Básicas Universidad de Pamplona

Km. 1 vía a Bucaramanga, Pamplona, Norte de Santander.

RESUMEN:

La nanociencia es el estudio de los fenómenos y las propiedades de la materia a una escala comprendida entre 1 y 100 nm, escala a la cual se observa una gran diferencia en las propiedades físicas y químicas de la materia con respecto a los sistemas macroscópicos. La nanotecnología es una rama interdisciplinar que diseña, manipula, caracteriza y aplica sistemas y estructuras con propiedades o características nuevas o mejoradas que se conocen como nanomateriales. Los nanomateriales se clasifican según su dimensión en 0D donde podemos encontrar las nanopartículas, 1D, 2D y 3D. Existen diferentes métodos para la obtención de estas nanoestructuras como los métodos físicos, químicos y biológicos. Debido a las múltiples aplicaciones biológicas de las nanopartículas y su gran demanda, en los últimos años se ha enfocado la obtención de éstas por medio de síntesis que sean amigables con el medio ambiente y con el ser humano, disminuyendo al máximo el uso de reactivos contaminantes y tóxicos, a este método se le conoce como síntesis verde; por tanto, se ha tomado como alternativa el uso de plantas o extractos de las mismas, organismos vivos como hongos y bacterias. En el presente artículo se exponen algunas de las técnicas de síntesis verde que se han realizado en los últimos años para la obtención de nanopartículas metálicas de plata, así como una breve revisión de algunas de sus propiedades y aplicaciones.

Palabras claves: Nanopartículas de plata, síntesis verde, extractos de plantas.


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Código: RF78 Tópico: OPF Modalidad: Póster

Enseñanza de la óptica de medios anisotrópicos.

José Alejandro Velasquez Castaño, César Aurelio Herreño Fierro.

Semillero Grupo de Óptica de Materiales “SemGOMA”.

Licenciatura en Física, Universidad Distrital Francisco José de

Caldas. Bogotá D.C. - Colombia

RESUMEN:

La birrefringencia es un fenómeno óptico que tiene lugar en materiales anisotrópicos que ofrecen una respuesta óptica diferencial según el estado de polarización de la luz incidente. De este modo, los materiales birrefringentes encuentran aplicaciones prácticas en sistemas ópticos orientados a diferenciar, filtrar o modular la fase de de las componentes de polarización de la luz. Algunos dispositivos ópticos comunes que toman ventaja de estas propiedades son los polarizadores, los compensadores (o retardadores), los moduladores de fase, entre otros. El estudio de las propiedades de estos componentes, así como el diseño de sistemas ópticos para aplicaciones especializadas significa cierta dificultad tanto desde el punto de vista matemático como físico, ya que, por ejemplo, en los medios anisotrópicos la propagación de la luz se caracteriza por el hecho de que el vector de onda y el vector de Poynting ya no son paralelos entre sí. En virtud de estas dificultades, resulta relevante considerar propuestas de desarrollo metodológico para la enseñanza de la óptica en medios anisotrópicos que ayuden a facilitar la aproximación de estudiantes de pregrado a este interesante campo de la óptica. En este trabajo presentamos una propuesta de desarrollo temático a modo de guía práctica sobre la óptica de medios anisotrópicos profundizando en los diferentes tipos de materiales anisotrópicos como los materiales piezoeléctricos, los materiales fotoelásticos y los cristales líquidos. La propuesta es desarrollada en el marco de la comprensión del funcionamiento de un elipsómetro espectroscópico en configuración PSMA (Polarizer-Sample-Modulator-Analyzer), como pregunta motivadora del mencionado desarrollo. La ponencia oral consta de una seccion introductoria a la teoría electromagnética clásica, haciendo énfasis en los campos en la materia, primero para el caso isotrópico y luego para el caso de materiales anisotrópicos. Como aplicación práctica, la presentación cierra con el análisis de algunos dispositivos ópticos que toman provecho de las propiedades piezoeléctricas y birrefringentes de los materiales.

Palabras claves: Birrefringencia, Enseñanza de la óptica, Medios anisotrópicos


Página 40 Código: RF74 Tópico: OPF Modalidad: Oral

Desarrollo de una Interfaz Gráfica en Phayton para Estudio de la Difracción de Fraunhofer

Andrés Correa1, Ubaldo Molina2 & Francisco Racedo N1

1Grupo GEOEL, Programa de Física, Universidad del Atlántico, Colombia 2 Grupo Peycos Programa de Física, Universidad del Atlántico, Colombia

RESUMEN:

Se presenta una simulación computacional del fenómeno de la difracción de Fraunhofer para una o más rendijas y para aberturas de forma rectangular y circular. Dicha interfaz gráfica se realizó en el lenguaje Python donde se usaron librerías tales como QtWidgets, numpy y matplitlib. Estas permitieron crear botones deslizadores para cambiar parámetros como la longitud de onda, las dimensiones de las rendijas, etc. Así, se creó un espacio donde se pueden agregar diferentes widgets para que al deslizar la barra correspondiente se cambien las variables sin tener que cambiar dicho valor desde el código fuente, pudiendo de esa manera obtener gran variedad de datos para el análisis de la difracción. El hecho de poder manipular el número de rendijas permite la posibilidad de realizar el estudio del experimento de Young, obteniendo los resultados esperados a partir de la teoría establecida para dicho fenómeno. De igual manera los patrones de difracción observados para una rendija rectangular y circular, reproducen los resultados prácticos de una manera precisa, poniendo en manifiesto que es posible estudiar diferentes fenómenos ópticos a partir de la simulación y obtener resultados satisfactorios para el análisis de los mismos. Otro objetivo logrado fue el de incrementar el número de herramientas disponibles para los estudiantes de física, que se han visto afectados debido a la crisis sanitaria existente, la cual impide que los estudiantes interactúen de manera directa con equipos de los laboratorios. Se observa en los resultados obtenidos que las aplicaciones creadas funcionan permitiendo que los estudiantes lleven a cabo estas prácticas de forma virtual sin la necesidad de estar presentes en el laboratorio.

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Palabras claves: Fraunhofer, interfaz, simulación. Python, rendija.


Código: RF97 Tópico: OPF Modalidad: Póster

Red de Estimación de Enredamiento Cuántico Bipartito

Andrés D. Pérez, Karen Milena Fonseca

Romero

Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Ciencias, Bogotá, Colombía

RESUMEN:

El desarrollo de aplicaciones y estudios de sistemas y fenómenos cuánticos, así como de sus propiedades ha aumentado en los últimos años. El entrelazamiento cuántico, al no poseer equivalente clásico presenta un particular interés de estudio. Por otra parte, es posible aplicar técnicas clásicas de estimación, en particular, aquellas basadas en el aprendizaje de máquina, a problemas definidos por la mecánica cuántica. En este trabajo se propone el uso de modelos como regresores lineales, kernels de función de base radial (RBF) y perceptrones multicapa (MLP), para la estimación del enredamiento cuántico de estados aleatorios mezclados de sistemas bipartitos de dos bits cuánticos (qubits). Los resultados preliminares muestran que el error cuadrático medio (MSE) es menor cuando las partes real e imaginaria de los coeficientes de los estados aleatorios en la base computacional se usan como parámetros de entrada. Parametrizaciones redundantes que también usen los coeficientes de las trazas parciales o de la parametrización inducida por la descomposición de Cholesky llevan a mayores MSE. Este resultado se obtiene entrenando diferentes arquitecturas de MLP, así como también usando diferentes regresores lineales y kernels RBF. El mejor resultado obtenido arroja un MSE de 0.003919 para una arquitectura basada en MLP con optimizador nadam, un batch size de 16 y un learning rate de 1e-4.

Palabras claves: Enredamiento, Cuántico, Sistema bipartito, Aprendizaje de máquina


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Código: RF71 Tópico: OPC Modalidad: Oral

Sistema Nanomecánico Acoplado a un Resonador No Lineal en el Contexto de

la Electrodinámica Cuántica de Cavidades

1Edith Johana Bolaños1, 2Diego Alejandro Rasero2.

RESUMEN:

En este trabajo se calcula de manera analítica, el espectro de correlación de un resonador Nanomecánico acoplado a un qubit en el contexto de la electrodinámica cuantidades cavidades. La dinámica del sistema, es descrita a través de un Hamiltoniano tipo Jaynes- Cummings con dos términos adicionales que corresponden a un agente externo forzante ya una interacción no lineal. Los cálculos analíticos se realizaron, en el régimen de forzado débil, usando el enfoque de ecuación maestra en la forma de Lindblad incluyendo perdidas por decaimiento del resonador y del qubit. El espectro esta caracterizado por dos picos y al incrementar la intensidad de forzado no hay un cambio signicativo debido a que este es pequeño. se efectúa aumentar el valor de es decir el parámetro no lineal, se observa que la frecuencia entre los dos picos tiende a valores positivos, lo cual la constante de forzamiento toma valores negativos, pero la separación relativa de los picos no cambia y esto sígnica que el modelo de esta investigación se puede usar para caracterizar el efecto de división Rabi de vacío.

Palabras claves: Espectro de correlación, sistema Nanomecánico, ecuación maestra, resonador no lineal


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Aplicación de la Compuerta de Fourier Fraccionaria Cuántica en el Algoritmo de Encriptación de Grover utilizando el Protocolo Hao-Ling

1Yesid Madrid1, 2 Nestor Alonso Arias Hernandez2, 3 Martha Lucia Molina Prado3

1Estudiante de Maestría en Física, Grupo Óptica Moderna, Departamento de Física y Geología, Universidad de Pamplona, Pamplona-Colombia

2ª Grupo de Ciencias Computacionales CICOM, Departamento de ingeniería EEST, Universidad de Pamplona, Pamplona-Colombia.

3Grupo Óptica Moderna, Departamento de Física y Geología, Universidad de Pamplona, Pamplona-Colombia

RESUMEN:

La eficacia de la transformación de Fourier al ser aplicada en diferentes áreas de la ciencia y tecnología, ha sido ampliamente demostrada en diversos trabajos. En los últimos años se ha comprobado su aplicabilidad en la computación cuántica al ser la equivalente discreta de la compuerta Hadamard para un qubit. Namias [1,2], encontró una generalización de la transformada de Fourier conocida como transformación de Fourier fraccionaria, la cual permite la solución de ecuaciones diferenciales aplicadas al oscilador armónico mecánico cuántico. Una propuesta de compuerta cuántica fue encontrada utilizando las ventajas de dicha transformación; entre estas ventajas se encuentra la libertad de pasar de un estado cuántico a una combinación lineal de estados en cualquier punto de la esfera de Bloch para un qubit y adicionalmente, la disminución de tiempo computacional al utilizar la compuerta en algoritmos de la computación cuántica que requieren más de una compuerta. En este trabajo se lleva a cabo la implementación de la compuerta cuántica hallada por Y. Madrid [3], dentro de un protocolo de intercambio de secretos cuánticos, teniendo en cuenta la mejora propuesta por Hao Ling [4], que corrige la vulnerabilidad de espionaje. La implementación de la compuerta cuántica propuesta en el algoritmo corregido Grover-HAO, permite más grados de libertad en los estados cuánticos permitidos para el proceso de encriptación. Finalmente se presentan ventajas y conclusions de los resultados hallados.

Palabras claves: Transformación de Fourier fraccionaria, computación cuántica, protocolo de intercambio de secretos cuánticos, algoritmo de Grover


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Código: RF35 Tópico: OPC Modalidad: Póster

Función de Onda del Fotón Asociada a un Paquete de Ondas de Estados Coherentes

Daniel F. Borrero1,2, Rafael Torres1 1Escuela de Física, Facultad de Ciencias, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga,

Santander, 680002, Colombia. 2Département Physique, Faculté des Sciences, Aix-Marseille Université, Avenue Escadrille

Normandie-Niemen, 13013 Marseille, France.

RESUMEN: La mecánica ondulatoria del fotón se desarrolló en 1995 cuando simultáneamente, pero de forma independiente, Sipe y Birula logran encontrar una ecuación de onda para el fotón la cual es análoga a la ecuación de Dirac para fermiones. Previa a esta descripción, el estudio del fotón se había desarrollado a profundidad en el formalismo de la teoría cuántica de campos en la cual las variables físicas asociadas a la radiación se elevan a estatus de operador, esta teoría también es conocida como segunda cuantización del campo electromagnético. La solución a dicha ecuación de onda se conoce como Función de Onda del Fotón. Por medio de este formalismo se pueden obtener de forma directa las ecuaciones de Maxwell si se toma la función de onda como el vector de Riemman-Silberstein que se compone por una combinación compleja del cambo eléctrico y magnético. En 2007 Smith y Raymer logran demostrar que la segunda cuantización guarda una relación directa con la formulación de la ecuación de onda encontrada por Sipe y Birula, de esta forma conectando la primera y segunda cuantización por medio de una regla de extracción que permite encontrar una función de onda partiendo de un paquete de ondas multimodal de estados de Fock. En este trabajo mostramos que es posible asociar una fase global a la función de onda de la radiación por medio de una regla de extracción aplicada a un paquete de ondas multimodal de estados coherentes. Además, se encuentra que la fase propuesta se encuentra parcialmente localizada en el espacio de cuadratura de la radiación. Igualmente, se demuestra que la fase tiene implicaciones directas en la forma en que las funciones de onda de la radiación interfieren entre ellas.

Palabras claves: óptica cuántica, función de onda, mecánica cuántica.


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Spatial modulator of single electron beams based on the magnetic Aharonov-Bohm effect

Pablo Bedoya1, R. Castañeda1, G. Matteucci2

1. Physics School, Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín, A.A. 3840, Medellín, Colombia 2 Department of Physics and Astronomy, University of Bologna, V/le B. Pichat 6/2, I-40127 Bologna, Italy

A unified model of interference of light waves and single particles has been recently reported, in which the recorded patterns result from the confinement of the light energy or the single particles in spatially structured Lorentzian wells. It is here used to describe the magnetic Aharonov-Bohm effect. In this framework, the shift of the interference fringes that characterizes such effect can be explained as resulting from the phase modification of the mask transmission function due to the magnetic vector potential, instead of an accumulative action of the vector potential on the single electrons along their paths. This explanation allows to propose a grating device with solenoids disposed between the consecutive openings, which can spatially modulate the electron beam by controlling the magnetic fluxes by current. This device behaves as a variable phase grating or spatial modulator for single electron beams.

Palabras claves: spatial modulator, electron beam, Aharonov-Bohm effect, spatially structured confinement

Correo electrónico de contacto: Pablo Bedoya Ríos <[email protected]>

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QUANTUM THEORY OF LIGHT DIFFRACTION BY AN APERTURE IN THE RELATIVISTIC QUANTUM THEORY FRAMEWORK

Cesar Torres1, Duber Avila2, Blas Meléndez3 and William Yesid Lasso4

1Grupo de Óptica e Informática LOI Universidad Popular del Cesar– Valledupar - Colombia




ABSTRACT:

A theoretical model of diffraction based on the concept of quantum measurement is presented; at present, the theory of light diffraction only has the simple clasical wave-optical approach; in this paper, we study light diffraction with the approach of relativistic quantum theory; in this particular situation the diffraction intensity is directly proportional to the photon’s probability density at the definite position, and can be obtain the diffraction intensity by calculating the light wave function distributing on display screen, and the light wave functions can be divided into three areas; the first area is the incident area, where the photon wave function is a plane wave; the second area is the slit area, where the light wave function can be calculated by quantum wave equation of light, and finally the third area is the diffraction area, where the light wave function can be calculated by the Kirchhoff’s law. In the case of multiple-slit diffraction, we can obtain the total diffraction wave function by superposition the diffraction wave function of every slit, finally we compare the theoretical results with single and multiple slits experiment data, and showed that the theoretical results are accordance with the experiment data and that the diffraction pattern have been affected for the geometrical configuration of the slit.

Key Words: Quantum theory; Light diffraction


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ESTUDIO TEÓRICO DEL EFECTO DE LA POLARIZACIÓN SOBRE LA MODULACIÓN EN EL MEZCLADO DE DOS ONDAS EN UN

CRISTAL FOTORREFRACTIVO Bi12TiO20

Henry Parada Contreras1, Néstor Alonso Arias Hernández2, Martha Lucía Molina Prado2

1Estudiante de Física, Grupo Optica Moderna, Departamento de Física y Geología, Universidad de

Pamplona 2Grupo Optica Moderna, Departamento de Física y Geología, Universidad de Pamplona, Pamplona-

Colombia

RESUMEN: Un patrón de luz no homogénea, como el producido por la interferencia de dos haces, genera en un cristal fotorrefractivo una variación local del índice de refracción o red de índice. Esto permite que los dos haces se acoplen intercambiando energía, fenómeno que se conoce como mezcla de ondas. En el mezclado de dos ondas, los haces se difractarán sobre la red que ellos mismos generaron en el cristal, haciendo que el intercambio energético que se produce cambie continuamente las condiciones de difracción. De esta forma aparece en el material fotorrefractivo un efecto dinámico conocido como auto-difracción, lo cual permite que la modulación del patrón de intensidad producido por los haces a la entrada del cristal, cambie a medida que los haces se propagan dentro de éste, y que se modifique de acuerdo con las condiciones de mezclado a lo largo de la longitud de interacción. En este trabajo se lleva a cabo un estudio computacional desde la expresión analítica hallada tanto para la configuración <001> como <110>, en aras de analizar cómo influye el cambio del estado de polarización de la luz incidente sobre la modulación o acoplamiento energético en un cristal BTO. A partir de este análisis, se presentan algunas conclusiones sobre los efectos en cada una de las configuraciones. En los cálculos realizados se puede observar que para el caso de configuración <001>, se aprecia que el fenómeno de transferencia de energía a pesar de no ser muy fuerte en

comparación con la intensidad de los haces incidentes, es mas notorio para cristales de mayor espesor.

Palabras claves: Mezclado de ondas, fotorrefractivo, cristales silenitas


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Código: RF10 Tópico: ONL Modalidad: Póster

Calculo del coeficiente de absorción de dos fotones 𝜷 para perovskitas híbridas en la longitud de onda de 800 nm

1Juan Serna, 2Edgar Rueda, 3Nelson Gómez, , 4 José I. Uribe, 5Daniel Ramirez, 6Hernando Garcia, 7Juan D. Zapata

1 Grupo de Óptica y Espectroscopia, Centro de Ciencia Básica, Universidad Pontificia Bolivariana, Cq. 1 No. 70-01, Campo Laureles, Medellín, Colombia

2Grupo de Óptica y Fotónica, Instituto de Física, U de A, Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia

3Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones, Instituto Tecnológico Metropolitano - ITM, Calle 54A # 30-01 Medellín - Colombia

4Grupo Ingeniush, Institución Universitaria Salazar y Herrera

5Centro de Investigación, Innovación y Desarrollo de Materiales – CIDEMAT, Universidad de Antioquia UdeA, Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia

6Department of Physics, Southern Illinois University, Edwardsville, Illinois, USA

7GITA, Facultad de Ingeniería, U de A, Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia

RESUMEN: Las perovskitas híbridas son materiales que han adquirido gran relevancia en la última década por sus interesantes propiedades físico-químicas y por su buena respuesta en diferentes aplicaciones optoelectrónicas, particularmente en celdas solares. Además de sus propiedades de absorción lineal actualmente se investiga fuertemente la respuesta óptica no lineal, la cual da lugar a diferentes efectos no lineales como la absorción de dos fotones, la cuál es de interés para el diseño de dispositivos optoelectrónicos. En este trabajo se fabricaron por la técnica de spin-coating películas delgadas de perovskita bromo-plomo 3-dimensional (MA)PbBr3, y la Ruddlesden Popper cuasi 2-dimensional (PA)(MA)PbBr3; ambas sobre sustratos de vidrio y con espesores de un micrómetro. Se determinó el coeficiente de absorción de dos fotones por medio de la técnica de f-scan y utilizando para ello un láser pulsado de femtosegundos sintonizable a una longitud de onda de 800 nm. Se encontró para ambas configuraciones una fuerte respuesta óptica no lineal con un coeficiente de absorción no lineal con valores en el orden en los cm/MW, siendo mayor la absorción no lineal para la perovskita tres-dimensional.

Palabras claves: perovskita, f-scan, absorción de dos fotones, spin-coating


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Código: RF2 Tópico: ONL Modalidad: Oral

Comparación entre las técnicas de f-scan, z-scan, y p-scan para la medición de

absorción de dos fotones en materiales semiconductores

1Daniel E. Montoya, 1Esteban Marulanda2, 2Juan Serna, 3Hernando Garcia, 1Edgar Rueda1 Grupo de Óptica y Fotónica, Instituto de Física, U de A, Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia

2 Grupo de Óptica y Espectroscopia, Centro de Ciencia Básica, Universidad Pontificia Bolivariana, Cq. 1 No. 70-01, Campo Laureles, Medellín, Colombia

3 Department of Physics, Southern Illinois University, Edwardsville, Illinois, USA

RESUMEN:

En un mismo montaje óptico se implementaron en simultaneo tres técnicas automatizadas para la medición por transmisión del coeficiente de absorción de dos fotones en materiales semiconductores. Las técnicas implementadas fueron f-scan, z-scan, y p-scan, cuyo principio de medición se basa en la determinación de la variación de la transmitancia en función de la variación de la distancia focal, la posición relativa de la muestra, y la potencia promedio del láser, respectivamente. La implementación en simultáneo permitió realizar una comparación cuantitativa de las tres técnicas, incluyendo la velocidad de adquisición de los datos experimentales, la complejidad del montaje, el número de parámetros experimentales necesarios, la sensibilidad al ruido, entre otros. Para el proceso de comparación se utilizó un láser pulsado de nanosegundos (LQS-1064 Passively Q-Switched) con longitud de onda de 1064 nm, una lente electro-óptica (OPTOTUNE EL-1030), y una muestra de silicio cristalino de 0.7 mm de espesor. Las conclusiones del estudio presentan a la técnica p-scan como la de mayor potencial para el estudio de muestras con alta rugosidad o inhomogéneas.

Palabras claves: silicio, f-scan, z-scan, p-scan, coeficiente de absorción de dos fotones


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Influencia de los parámetros experimentales de la técnica F-scan en la determinación de la absorción nolineal de dos fotones

1Julián Henao, 2Juan Serna, 3Hernando Garcia, 1Edgar Rueda

1Grupo de óptica y fotónica, Instituto de Física, U de A, Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia 2Grupo de Óptica y Espectroscopía, Centro de Ciencia Básica, Universidad Pontificia Bolivariana, Ca. 1 No. 70-01,

Campus Laureles, Medellín, Colombia

F-scan es una técnica de caracterización de propiedades ópticas no lineales que permitedeterminar el coeficiente de absorción de dos fotones 𝛽 en materiales del tipo semiconductor, ysurge como una alternativa a la técnica Z-scan. Su característica principal es el uso de una lenteelectro-óptica que cambia su longitud focal en función de una corriente aplicada, en reemplazodel desplazamiento de la muestra a través del eje óptico del montaje, permitiendo determinar 𝛽mediante un ajuste de los datos experimentales. No obstante, como todas las técnicas de estetipo, F-scan requiere de la determinación de varios parámetros experimentales; que influyen enla determinación del valor correcto de 𝛽. En este trabajo hacemos uso de diferentesaproximaciones y herramientas estadísticas para determinar cómo influye cada uno de losparámetros en la precisión del valor de 𝛽 determinado. Los parámetros principales analizadosfueron diámetro del haz, longitud de onda, potencia promedio, ancho temporal del pulso. Seencontró que los parámetros que más influyen son la potencia, el diámetro y el ancho temporaldel haz.

Palabras claves: F-scan, correlación potencia, diámetro, análisis de datos experimentales, coeficiente de absorción.


RESUMEN

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Código: RF62 Tópico: ONL Modaidad: Oral

Caracterización óptica no lineal de nanopartículas de ZnO y nanocompuestos de rGO/ZnO

Natalie Anaya1, Juan Serna1, Aura S. Merlano1, Ángel Salazar1, Edgar Rueda2, Hernando García3

1Grupo de Óptica y espectroscopía, Centro de Ciencia Básica, Universidad Pontificia Bolivariana,

Cq 1, No 70-01, Campus Laureles, Medellín, Colombia.

2Grupo de Óptica y Fotónica, Instituto de Física, U de A, Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia

3Physics Department, Southern Illinois University, Edwardsville, IL 62026, USA

RESUMEN: Las nanopartículas de óxido de zinc (ZnO) corresponden a un semiconductor tipo n con una brecha prohibida de ~3.37 eV con excelentes propiedades mecánicas y térmicas que posibilitan su uso en una variedad de aplicaciones como tratamientos antibacterianos, catalizadores, sensores y aplicaciones biológicas por su gran biocompatibilidad, baja toxicidad y economía. Asimismo, el desarrollo de materiales híbridos de óxido de grafeno reducido reforzado con nanopartículas de ZnO (rGO/ZnO) está siendo ampliamente investigado ya que la interacción entre el óxido metálico y los materiales a base de grafeno han mostrado un mejor desempeño en sus propiedades fisicoquímicas que sus componentes individuales. En este contexto, un análisis óptico de dichos nanocompuestos podría revelar un posible uso en aplicaciones fotónicas. Por esa razón, en este trabajo se presenta la caracterización óptica no lineal de nanopartículas de ZnO y nanocompuestos rGO/ZnO, obtenidas mediante síntesis asistida por microondas e hidrotermal asistida por microondas, respectivamente, con el fin de determinar la absorción de dos y tres fotones mediante la técnica F-scan por transmisión, utilizando para eso dos tipos de láseres, uno con emisión centrada en 690 nm y ancho temporal de 60 femtosegundos y otro emitiendo en 1064 nm con ancho temporal de 500 ps. Se observa de los resultados obtenidos que este material tiene una respuesta no lineal en el rango de infrarrojo cercano con un potencial uso en la fabricación de dispositivos fotónicos.

Palabras claves: Óptica no lineal, TF-Scan, coeficiente de absorción multifotónico, nanopartículas de ZnO, nanocompuestos de rGO/ZnO.


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Sistema de cifrado no lineal de imágenes empleando la operación de convolución en el dominio de Fresnel

Juan M. Vilardy, Ronal Perez, Carlos J. Jimenez

Grupo GIFES. Faculty of Basic and Applied Sciences. Universidad de La Guajira, Riohacha (La

Guajira), Colombia

RESUMEN:

Se propone un nuevo esquema de cifrado-descifrado no lineal de imágenes basado en la codificación de fase aleatoria doble (double random phase encoding, DRPE), las máscaras de fase aleatoria (random phase Masks, RPM), la codificación en fase, la operación de convolución en el dominio de Fresnel (Fresnel domain, FrD), el truncamiento de amplitud (amplitude truncation, AT) y el truncamiento de fase (phase truncation, PT). El AT y el PT son operaciones no lineales que permiten extraer información específica de una imagen de valor complejo. El primer paso del esquema de encriptación consiste en codificar la imagen original en fase. El esquema de cifrado o descifrado utiliza las operaciones de: convolución en el FrD, AT, PT y dos RPM de forma específica para obtener la imagen cifrada o descifrada. El uso de las operaciones AT y PT mejora la seguridad del esquema de cifrado-descifrado debido a las no linealidades de estas operaciones y a la generación de dos nuevas claves de cifrado. La operación de convolución en el FrD introduce dos nuevas claves que mejoran la seguridad del esquema de cifrado-descifrado y la imagen cifrada obtenida es de valor real. Los esquemas de cifrado y descifrado tienen seis claves. Estas seis claves, con sus valores correctos, son necesarias en el esquema de descifrado para recuperar la imagen original que fue cifrada.

Palabras claves: Cifrado y descifrado, convolución, transformada de Fresnel.


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Código: RF49 Tópico: OFP Modalidad: Póster

Encriptación óptica en el dominio óptico de Fourier fraccionario usando una lente de foco variable

John Alexis Jaramillo-Osorio1, Walter Torres-Sepulveda1,2 Alejandro Velez-Zea1, Alejandro Mira-Agúdelo1, John Fredy Barrera-Ramirez 1, Roberto Torroba3,4

1Grupo de Óptica y Fotónica, Instituto de Física, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Antioquia UdeA, Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia.

2 Facultad de Ciencias y Humanidades, Institución Universitaria Digital de Antioquia, Calle 10 Sur#50E-31, Medellín, Colombia

3Centro de Investigaciones Ópticas (CONICET La Plata-CIC-UNLP) CC Nº 3, C.P 1897, La Plata, Argentina.

4UIDET OPTIMO, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de La Plata, La Plata, Argentina.

RESUMEN:

Se presenta un sistema experimental de encriptación en el dominio óptico de Fourier fraccionario que usa una lente electrónica de foco variable. El plano de entrada del sistema contiene el objeto a encriptar y una máscara aleatoria de fase que genera la llave de seguridad. Para realizar la transformada de Fourier fraccionaria (TFFr) de la información presente en el plano de entrada, se ubica una lente electrónica de foco variable (LEFV) entre el plano de entrada y el plano de salida. El orden fraccionario de la transformada es determinado por la combinación de los valores de las distancias de propagación de la luz en espacio libre entre el plano de entrada hasta la lente, entre la lente y el plano de salida, y el valor de la longitud focal de la LEFV. Manteniendo fijas las distancias entre planos, el orden fraccionario de la transformada es modificado variando la longitud focal de la LEFV. En el plano de salida se registra la distribución de potencias de Fourier fraccionaria conjunta (DPFFr) de la información del plano de entrada, distribución a partir de la que se extrae el dato encriptado. Una recuperación exitosa requiere, además del objeto encriptado, la información de la llave de seguridad y el orden de la transformada de Fourier fraccionaria (TFFr).

Se realizó una simulación del sistema óptico y una caracterización experimental de la LEFV que permitió establecer la relación entre la corriente inducida y el cambio en la longitud focal. Los resultados permitieron establecer los requerimientos para la implementación del sistema y el rango de operatividad de la LEFV. Posteriormente, se analizó experimentalmente la

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tolerancia a la desencriptación respecto a la longitud focal. Para esto se encriptó un objeto para una longitud focal determinada y posteriormente se llevo a cabo el proceso de recuperación con llaves registradas para diferentes longitudes focales alrededor de la usada en el proceso de encriptación. Este estudio permitió establecer un protocolo de encriptación de múltiples datos basado en los cambios de distancia focal. Los resultados de los análisis numéricos y experimentales presentados en este trabajo demuestran la viabilidad y versatilidad del criptosistema propuesto.

Palabras claves: Encriptación; Transformada de Fourier fraccionaria; lente electrónica; Multiplexado


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Código: RF41 Tópico: OFP Modalidad: Oral

DOUBLE-SLIT EXPERIMENT: A FRACTIONAL FOURIER TRANSFORM POINT OF VIEW

William Yesid Lasso, Juan Vilardy and Cesar Torres

Grupo de Óptica e Informática, Universidad Popular del Cesar, Valledupar, Colombia

ABSTRACT:

In the present work, we consider the numerical treatment for the transmission properties of a Gaussian wavepacket when transmits through double and multi-slit systems as well as the wavepacket evolution in the fractional calculus formalism. For this purpose, we have solved the two-dimensional fractional Fourier transform equation utilizing the generalized operational calculus based on fractional Fourier transform method. Then, we have investigated the effects of different parameters, such as the number of slits, slit width, barrier width, layer width, layer heights, fractional order, wavepacket width on the transmission coefficient, and wavepacket evolution in addition to the diffraction. We have also studied the transmission properties of multi-slit systems in the conventional and fractional mediums. Because slit diffraction is a famous interference experiment that it is usually used to show the wave properties of particles and has vast applications in holography, acousto-optics and spectroscopy, these study are the great interest in the optical systems.

Key Words: Double slit interference, Gaussian beams propagation, Fractional Fourier transform, foundations of quantum mechanics.


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Código: RF13 Tópico: OFP Modalidad: Póster

MÉTRICAS DE ENFOQUE Y HOLOGRAMAS DE FRESNEL PARA LA RECONSTRUCCIÓN DE SUPERFÍCIES EN 3D SIN

DESPLAZAMIENTO MECÁNICO

1Roberto Antonio Cuellar Lozano1, 1Jorge Enrique Rueda Parada1

1Departamento de Física, Universidad de Pamplona, Colombia

RESUMEN:

Diferentes técnicas de reconstrucción de superficies utilizan luz estructurada para determinar la forma de un objeto, entre ellas proyección de puntos láser, proyección de línea láser y la proyección de patrones de franjas, las dos primeras técnicas exigen que exista un desplazamiento mecánico en el sistema, mientras que, en la tercera técnica, se realiza un proceso de recuperación de la fase del patrón de franjas deformado sobre el objeto, para así determinar su geometría. En este trabajo se implementa una técnica de reconstrucción de objetos sin desplazamiento mecánico utilizando hologramas de Fresnel. La técnica se basa en reconstruir un holograma sobre el perfil de un objeto tridimensional, variar la distancia de registro del holograma para cambiar la distancia del plano de reconstrucción; de esta manera se almacenan las zonas que se encuentran focalizadas para cada distancia de registro. Después de usar un determinado número de distancias en el registro y la difracción del holograma, podemos reconstruir un perfil de un objeto tridimensional. Presentamos los resultados del desarrollo de los algoritmos de reconstrucción utilizando hologramas y matrices de puntos focalizados en diferentes planos. Se desarrolla un algoritmo de cálculo de difracción sobre superficies curvas y posteriormente se implementa una red neuronal (generación del conjunto de datos y entrenamiento), para realizar reconstrucciones de superficies en una única exposición utilizando el patrón de difracción sobre esta. Se presentan las limitaciones del algoritmo desarrollado, basado en consideraciones fenomenológicas, utilizando el principio de Huygens-Fresnel para la realización de multiplicaciones ópticas. Se presenta también un análisis de las posibles fuentes de error que se pueden encontrar al realizar una implementación óptica y se plantean algunas soluciones computacionales.

Palabras claves: Difracción, Holografía, Reconstrucción de superficies


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Caracterización higroscópica de compositos a base de diatomea/urea mediante speckle dinámico

Ruth D. Mojica Sepúlveda 1,3 , Luis J. Mendoza Herrera 1,3 , Carmen Cabello 2,3 , Guillermo Bertolini 2,3 , Mercedes Muñoz 2,3 , Eduardo E. Grumel 1,3 , Myrian Tebaldi 1,3 y Marcelo

Trivi1,3

.1Centro de Investigaciones Ópticas (CONICET La Plata-CIC-UNLP), P.O. Box 3, C.P 1897, La Plata, Argentina.

2Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de La Plata, La Plata, Argentina. 3Centro de Investigaciones y Desarrollo en Ciencias Aplicadas (CONICET-CCT La Plata-CIC-

UNLP) Calle 47 N° 257, 1900 La Plata, Argentina

RESUMEN:

La capacidad higroscópica de los materiales depende fuertemente de las propiedades texturales y químicas de las superficies. Es fundamental el conocimiento adecuado de estas cuando los materiales son utilizados en aplicaciones industriales.

Para caracterizar las propiedades texturales de los materiales, usualmente se emplea la técnica de adsorción/desorción de nitrógeno, argón o mercurio dependiendo del material estudiado. Sin embargo, ésta presenta algunas desventajas operativas, equipamiento especializado y costoso y en el caso de emplearse mercurio trae de manejo de residuos. Por otra parte, los resultados suministrados son un promedio de toda la superficie no permitiendo obtener información local de adsorción. Esta información es esencial cuando se dispone de materiales heterogéneos tales como algunos materiales conocidos como híbridos.

La técnica de speckle dinámico (DLS) es una eficiente alternativa dado su bajo costo, no contaminante y de simpleza operativa para determinar la adsorción de materiales. Asimismo esta técnica permite análisis locales no accesibles con las técnicas convencionales. En este trabajo presentamos resultados que demuestran la viabilidad de la técnica DLS para determinar la adsorción de compositos de diatomea/urea en distintas proporciones..

Palabras claves: speckle, diatomea/urea, adsorción

Correo electrónico de contacto: [email protected]; [email protected]

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Speckle noise reduction for coherent imaging systems using fractional Fourier plane compounding.

José H. Ortiz-Ocampo1, Carlos Trujillo1

1Applied Optics Group, Physical Science Department, School of Science, Universidad EAFIT, Medellín, Colombia.

Resumen:

Speckle noise reduction is an intense topic of research for coherent imaging systems [1]. Speckle noise appears in fields such as digital holography, where its reduction, usually studied in terms of contrast enhancement of the structures of interest against their background, has been reported based on machine learning approaches [2], classical filtering [3], hologram averaging [4], among others. As for hologram averaging, hardware implementations are typically used to acquire several holograms carrying the same object information but with different realizations of their speckle patterns. When reconstructed in intensity, these images are averaged to decrease speckle noise while preserving the information of interest. This contribution proposes a digital implementation of this strategy in which different distributions of speckle are generated by using the fractional Fourier transform over one single intensity reconstruction, i.e., only requiring one single acquisition.

The fractional transform is a generalization of the Fourier transform that allows the image information representation in an intermediate domain between the frequential and spatial domains, called fractional domains [5]. This numerical tool has been proven to reduce speckle noise in optical coherence tomograms where it allows the correction of chromatic dispersion, thus decreasing the speckle noise in the resulting images [6].

Our proposal involves compounding up to 16 fractional domains from one single intensity reconstruction in conventional Digital Holography (DH) [7] and time-averaged Digital Holography Interferometry (DHI) [8] for speckle noise reduction. This method improves the image’s RMS contrast [9] up to 68% for conventional DH and up to 56% for DHI. As a result, a significant decrease in the image noise is achieved while preserving details of interest of the imaged objects.

Palabras clave: Image processing, speckle noise reduction, Digital Holography, Fractional Fourier transform.


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Bright Field Polarimetric Microscope Web Application

Maria J. Lopera 1* and Carlos Trujillo1

1Applied Optics Research Group, Physical Science Department, School of Science,

Universidad EAFIT, Medellín, Colombia. *[email protected]

RESUMEN:

Polarization is an optical property that allows samples' structural information retrieval, such as their molecular arrangement [1]. The detection of various components in biological samples, like calcium oxalate crystals [2] [3], is enabled through polarization measurements. Thanks to the latter, polarimetric microscopes are used in biomedical applications including the characterization of transparent bacteria, the examination of tissues as the eye cornea [2], the detection of malaria in red blood cells [3] [4], the early diagnosis of gout disease [5] and other urinary diseases [6] [7].

On the other hand, numerical simulations are essential tools when developing an optical system [8]. These computer-based approaches complement the experimental setup by validating and predicting their behavior, helping to solve setbacks efficiently, and reducing development times and costs. Nonetheless, implementing numerical simulations of optical devices requires deep knowledge of optics fundamentals, which in many cases inhibits their applicability. Web applications have been developed to cope with this limitation by facilitating access to simulations in optics concerning ray tracing [9], optical coherence tomography [10], and interferometry [11]. Among the many advantages of web applications are: i) their quick and easy access, ii) no local installations or updates are required, and iii) their compatibility with any internet-enabled device, such as cell phones.

This contribution reports a bright-field polarimetric microscope's numerical simulation in a web application. In the main interface of this software, the user can interact with the elements that compose the polarimetric microscope, such as the polarization-states analyzer and the polarization states generator, the Jones matrices that make up the sample, the magnification, the numerical aperture of the instrument, and the wavelength of the illumination source. The web application includes two more interfaces for experimental or synthetic data post-processing. In the first interface, the computing of the dichroic response of a microscopic sample can be performed. The second interface allows computing the Stokes parameters of a light beam as long as its general, linear, and circular degree of polarization. This web application can be accessed freely via [12].

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Palabras claves: Polarimetry, polarization, polarized, polarimetry, microscopy, web app, user interface, software, modeling, simulation


Phase compensation method in digital holographic microscopy operating

at video rates

Sofia Obando-Vásquez1, Ana Doblas2 and Carlos Trujillo1

1 Applied Optics Group, Physical Science Department, School of Science, Universidad EAFIT, Medellín, Colombia.

2 Department of Electrical and Computer Engineering, The University of Memphis, Memphis, TN 38152, USA.

Abstract:

Digital holographic microscopy (DHM) is an interferometric technique that recovers translucid samples' phase and amplitude information without staining or fixation processes [1]. A typical setup for DHM consists of a modified Mach-Zehnder interferometer, where two wavefronts interfere: one carrying the information of the object under study and the other undisturbed along its optical path. In off-axis DHM, a tilt between these interfering wavefronts is introduced to separate the information of the object from the unwanted information of the twin image and the DC term [2]. Once the DHM hologram is acquired in this configuration, numerical processing is mandatory to recover the information of the object. This numerical processing involves a spatially filtering step, in which the +1-diffraction order frequencies in the Fourier spectrum of the DHM hologram are correctly selected. Later, a phase compensation step eliminates the unwanted phase ramp due to the aforementioned tilt [3]. Several algorithms perform this task accurately; nonetheless, they do not achieve video-rates performances given their demanding computational complexity [4,5]. The latter is an obstacle when conducting in-vivo studies over dynamic biological phenomena where high-speed rendering is desirable. This proposal reports a computationally efficient heuristic algorithm that numerically processes the DHM holograms at video rates. To recover the compensated phase image from every hologram, the brightest pixel inside the +1-diffraction order in its Fourier spectrum is chosen as the starting point for generating several numerical reference waves with adjustable parameters in an extensive search range. These reference waves are pointwise multiplied with the filtered hologram to obtain the phase images of the object. A thresholding-and-summation metric [3], which determines the image with the fewer phase changes, yields the best-compensated phase image. This proposal is optimized when compared to previous reports considering that once the first hologram of the sequence has been compensated correctly, the following holograms are processed rapidly by performing the phase compensation with reference waves whose

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parameters are close to those of the first hologram but found in a smaller search range. The algorithm is validated with simulated and experimental videos of DHM holograms with information on dynamic biological phenomena.

Keywords:

DHM, video rates, phase compensation, dynamic biological phenomena, phase imaging, computationally efficient algorithm.

Correo de contacto: [email protected]

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Seguimiento de un objeto 3D en videos holográficos usando vórtices ópticos

Astrid Lorena Villamizar Amado1,2, Myriam Tebaldi1,3, Alejandro Velez Zea4

1 Centro de Investigaciones Ópticas (CONICET La Plata-CIC-UNLP), P.O. Box 3, C.P 1897, La

Plata, Argentina. 2Facultad de Ciencias Exactas, Universidad Nacional de La Plata, Argentina

3 UIDET OPTIMO, Departamento de Ciencias Básicas, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de La Plata, La Plata, Argentina

4 Grupo de Óptica y Fotónica, Instituto de Física, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales,

Universidad de Antioquia UdeA, Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia.

RESUMEN:

En este trabajo se propone una técnica de identificación y seguimiento de vórtices ópticos para determinar la trayectoria de un objeto 3D codificado en un video holográfico de solo fase de Fresnel, generado con el método de capas. Recordemos que las singularidades de fase o vórtices ópticos son puntos característicos en los cuales la amplitud es nula y la fase no está definida. Es de gran relevancia estudiar el comportamiento de los campos ópticos en la vecindad de las dichas singularidades. En particular, las propiedades del campo alrededor del vórtice (carga topológica, vorticidad, elipticidad y ángulo que forman los ceros de la parte real con los de la parte imaginaria) posibilitan que los vórtices sean utilizados como marcadores o huellas del campo óptico. En nuestra propuesta, el seguimiento de las singularidades de fase contenidas en los cuadros del video holográfico permite determinar el movimiento de un objeto 3D sin necesidad de realizar la reconstrucción de los hologramas. En primer lugar, se realizó el seguimiento de los vórtices y determinación de la trayectoria del objeto 3 D a partir de la información de fase del video holográfico. Posteriormente, se muestra una comparación entre el seguimiento de los vórtices naturales presentes en el holograma de fase y los obtenidos después de la generación de una pseudofase por medio de la transformada de Laguerre-Gauss. Nótese que la densidad de singularidades de pseudo-fase puede ser controlada al escoger un ancho de banda apropiado en la transformada de Laguerre Gauss. Nuestros resultados confirman que el seguimiento de trayectorias en hologramas por medio de vórtices es una herramienta útil, con posibles aplicaciones como la microscopia y la compresión holográfica.

Palabras claves: holograma, vórtices ópticos, seguimiento, fase. Correo electrónico de contacto: [email protected]

Página 63 Código: RF37 Tópico: OFP Modalidad: Oral

SISTEMA COMPUTACIONAL DE ENCRIPTACIÓN DE INFORMACIÓN EN

ESTEREOGRAMAS

Dr. Juan Humberto Serna, Sidney Blandón Romaña

Universidad Pontificia Bolivariana

RESUMEN:

Esta propuesta de investigación busca incrementar el nivel de seguridad en la encriptación de información, mediante el uso de una imagen plana que incorpora la percepción visual de tridimensionalidad denominada estereograma. Este nivel de seguridad se logra mediante el desarrollo de un sistema computacional constituido por cuatro(4) etapas que se reparten entre el proceso de encriptación y sus correspondientes etapas inversas del proceso de desencriptación. Cada etapa hace parte de uno de los niveles de seguridad que conforman el sistema, de donde la primera etapa pertenece al primer nivel de seguridad que se encarga de utilizar el mapa de profundidad en escala de grises asociado con la percepción de profundidad, este mapa de profundidad se combina con un patrón de puntos aleatorios que sirven como medio para introducir la información que se desea ocultar dentro del estereograma. La segunda etapa está incluida dentro del segundo nivel de seguridad, en esta etapa la función consiste en simular computacionalmente el defecto visual generado por la enfermedad del estrabismo, dado que esta enfermedad provoca desviación de los ejes ópticos y a su vez impide la estereopsis necesaria para la observación de estereogramas de puntos aleatorios, por lo que se utiliza dentro del programa como llave de encriptación. Con la realización de estas dos (2) etapas termina el proceso de encriptación y comienza el proceso de desencriptación en donde se aplican las etapas inversas correspondientes. De ahí que en la tercera etapa se retire el defecto visual que había sido agregado en la etapa dos, este procedimiento después de utilizar la llave para desencriptar retorna como resultado el estereograma de puntos aleatorios inicial. Finalmente, la cuarta etapa concluye con la extracción de la información oculta incluida por medio del mapa de profundidad. Por lo tanto, se determina que la base fundamental en el diseño de este sistema de encriptación utiliza la capacidad humana de visión estereoscópica para alcanzar un nivel más alto de seguridad, en el cual su función principal se encarga de impedir la visualización del contenido oculto del estereograma cuando se prescinda de usar el algoritmo de desencriptación.

Palabras claves: Estereograma, disparidad binocular y criptografía

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Resonancia de plasmones de superficie localizados en nanopartículas de Auy Ag en redes periódicas

Carlos Esteban Moreno Dueñas¹, César Aurelio Herreño Fierro¹, Nicolás Avilán Vargas¹, NicolásAvilán Vargas²

¹Facultad de Ciencias y Educación, Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Bogotá, Colombia²Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia

RESUMEN:

En este trabajo se realizan diferentes simulaciones numéricas para el estudio de la respuestaóptica de plasmones de superficie localizados (LSP) en nanoestructuras metálicas de oro yplata arregladas en distintas configuraciones de redes periódicas y unitarias. Para esto secalculan las secciones eficaces de absorción, esparcimiento y extinción con el método deelementos de frontera (BEM) [también conocido como el método de momentos (MoM)] en elsoftware SCUFF-EM bajo la licencia pública general GNU. Los resultados permitencaracterizar las resonancias plasmónicas, en particular, el aumento del campo cercano y surelación con el estado de polarización de la luz; la forma, el tamaño y material de lananopartícula; la geometría y los parámetros de la red.

Palabras clave: Plasmones de superficie localizados, nanoestructuras metálicas, redesperiódicas


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Código: RF47 Tópico: NAN Modalidad: Oral

Modos de Propagación de Ondas Electro Elásticas en una Placa Piezoeléctrica con Propiedades Topológicas

David Fernando Rojas Vallecilla1, Juan Carlos Granada Echeverri1, Nelson Porras Montenegro1

1Departamento de Física, Universidad del Valle, Colombia

RESUMEN:

Los aislantes topológicos son materiales que se comportan como un aislante en el bulk, pero presentan estados de conducción superficial debido al fuerte acoplamiento espín-órbita que presenta el material. Estos estados están topológicamente protegidos y no exhiben retro-dispersión ni disipación, lo que hace que los aislantes topológicos sean candidatos para el desarrollo de dispositivos piezotrónicos de alto rendimiento. En este trabajo se estudian las relaciones de dispersión de las ondas electro elásticas que se propagan en una placa de aislante topológico piezoeléctrico de ancho finito 2h y parámetro topológico θ, perteneciente a la clase C_6v y rodeada de vacío. Las polarizaciones asociadas con los estados de conducción superficial y las deformaciones cristalinas del aislante topológico piezoeléctrico producen un acople entre los campos elástico y electrodinámico. Esto conduce a que los modos guiados piezoeléctricos electro elásticos anti-simétricos/simétricos en la placa se sometan a una corrección de segundo orden en la constante de estructura fina α, la cual está asociada con las propiedades topológicas del material.

Palabras claves: aislante topológico, piezoeléctrico, ondas electro elásticas.


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Formalismo de matriz de transferencia para una película de semimetal Weyl en la configuración de Voigt

J. L. Huila-Portillo1, J. C. Granada-Echeverry1

1Universidad del Valle

RESUMEN:

Los semimetales de Weyl (WSM) son parte de una nueva categoría de materiales denominados materiales topológicos en los que parte de la respuesta a perturbaciones externas se describe mediante un término topológico 𝜃 cuyo origen físico está asociado con la ruptura de la simetría de inversión espacial y / o de inversión temporal. En el caso de semimetales topológicos, tal ruptura de simetría puede conducir a expresiones no nulas y no cuantificadas para el término topológico 𝜃, cuya acción describe el acoplamiento entre una partícula elemental hipotética llamada axion y el fotón. Por ejemplo, en un WSM con simetría de inversión temporal que se rompe con dos nodos de Weyl, su respuesta a campos eléctricos y magnéticos externos se describe mediante un término que depende de las coordenadas y el tiempo. Todo lo anterior da lugar a comportamientos exóticos en la propagación de las ondas electromagnéticas en este tipo de materiales. En este trabajo se desarrolla el formalismo de matriz de transferencia para la descripción de las excitaciones electromagnéticas en una película delgada de semimetal de Weyl en la configuración de Voigt, cuando el vector que contiene el parámetro topológico es paralelo a la superficie y perpendicular al vector de onda. Se encontró que para el caso de los semimetales de Weyl la matriz de transferencia se reestructura con la aparición de 2 términos nuevos: uno de ellos define las propiedades topológicas del material, mientras que el otro está relacionado con las características anisotrópicas propias de la anomalía quiral. Se obtienen las expresiones analíticas para los coeficientes de reflexión y transmisión de las ondas TM, prestando especial atención a las oscilaciones de Fabry-Pérot asociadas a la presencia del parámetro topológico. Se examina la ley de dispersión tanto de los plasmones superficiales como de los modos guiados presentes en la película de semimetal de Weyl.

Palabras claves: Semimetales de Weyl, configuración de Voigt, oscilaciones de Fabry-Pérot.


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Fonones ópticos y conductividad dinámica de nanotubos de carbono

1Lucas Duarte García, 1Miguel Ángel Quintero Martínez, 1Santiago Tabares Martínez, Aura S. Merlano y Ángel Salazar

Grupo de Óptica y Espectroscopía (GOE), Centro de Ciencia Básica, Universidad Pontificia Bolivariana, Cq. 1 No 70-01, Laureles, Medellín-Colombia

1Facultad de Ingeniería en Nanotecnología y Semillero de Investigación en Óptica y Espectroscopía (SOE), Universidad Pontificia Bolivariana, Cq. 1 No 70-01, Laureles, Medellín-Colombia

RESUMEN:

En este trabajo se analiza la influencia de los fonones ópticos en la conductividad dinámica de nanotubos de carbono tipo sillón considerando el efecto de la temperatura y de un campo eléctrico aplicado en la frecuencia de relajación del electrón. Los estudios se realizan numéricamente a partir de la expresión para la conductancia cuántica de enlace fuerte para electrones 𝜋, tanto en el rango bajas frecuencias del campo incidente, las cuales no dan lugar a transiciones interbandas, como en el régimen de frecuencias ópticas donde las transiciones interbandas se vuelven importantes. La frecuencia de relajación, la cual influye sobre la conductividad, se calcula a partir de la trayectoria libre media del electrón al considerar el efecto tanto de defectos como de fonones acústicos y ópticos de acuerdo con la regla de Matthiessen. Los resultados muestran que, a temperaturas cercanas a la temperatura ambiente y bajos campos eléctricos aplicados, la dispersión de electrones y, por lo tanto, la resistencia y conductividad del nanotubo es dominada por fonones acústicos. Sin embargo, a temperaturas superiores, altos campos aplicados o altas frecuencias, existirá una contribución significativa de fonones ópticos y de transiciones interbandas, las cuales generan, a ciertas frecuencias, la formación de picos en la conductividad relacionados con singularidades de van Hove en la densidad de estados. Dada su importancia en aplicaciones en nanoelectrónica y nanotecnología de THz, se discute la influencia de los resultados anteriores y la de algunos aspectos fenomenológicos acerca del tiempo de relajación en aplicaciones tales como las nanoantenas dipolo basadas en nanotubos de carbono.

Palabras clave: Nanotubo de carbono; Conductividad dinámica; Fonones ópticos.


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Código: RF94 Tópico: NAN Modalidad: Póster

Sensado óptico de sustancias a partir de plasmones superficiales propagantes, usando la configuración de Kretschmann

Edinson Leonardo Gelvez1, Luis Alfonso Guerra1,2, Jorge Enrique Rueda-P1

1Grupo Óptica Moderna, Universidad de Pamplona, Colombia

2Institucion Educativa Ciudadela las Américas, Medellín Colombia

RESUMEN:

Los plasmones superficiales propagantes son oscilaciones colectivas de los electrones presentes en superficies de film metálica, con los cuales es posible acoplar luz de un haz incidente. En el siguiente trabajo, presentamos resultados del mecanismo de la resonancia de estos plasmones superficiales (SPR) y la respuesta de esta resonancia ante cambios en las propiedades ópticas de sistemas con film Au y Ag. Estudiamos la respuesta de esta resonancia, usando la configuración óptica de Kretschmann y las posibilidades de la implementación óptica para el sensado y monitoreo de algunas sustancias, con pequeñas variaciones en su índice de refracción (del 0.5 al 5%).

Para estudiar y caracterizar la respuesta plasmónica del sistema se obtuvo las curvas de reflectividad óptica (experimental y por simulaciones), usando film de Au y Ag comerciales y una radiación de 633nm de longitud de onda y 5mW de potencia.

Palabras claves: plasmones, sensor óptico, campo evanescente


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Código: RF102 Tópico: NAN Modalidad: Póster

Using a Convolutional Neural Network to Predict Temperature Values in a Simulated

Fiber Specklegram Sensor and its Comparison with Conventional Interrogation Methods

J. D. Arango1, V. H. Aristizabal 2, J. C. Carrasquilla 3,4, J. A. Gomez5, J. C. Quijano 5, F. J. Velez 2

and J. A. Herrera-Ramirez 1

1Instituto Tecnológico Metropolitano, Engineering Faculty 2Universidad Cooperativa de Colombia, Engineering Faculty

3Vector Institute, MaRS Centre 4University of Waterloo, Department of Physics and Astronomy

5Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid, Basic Science Faculty

RESUMEN:

Fiber specklegram sensors (FSS) exploit the modal interference that occurs in a multimode optical fiber to determine the magnitude of a variable that disturbs the fiber. This is possible because the disturbance on the fiber can cause a change in the interference pattern or specklegram. Some of the variables investigated for measurement by these sensors are temperature, strain, the concentration of chemical compounds, among others. The descriptors conventionally used to interrogate these specklegrams are correlation indices between images, power variations in specific areas, and radial moments. However, these tools can have certain limitations in terms of measurement range and sensitivity. Therefore, to take advantage of all the information provided by the specklegram, and to improve the metrological characteristics of the FSS, we evaluated the performance of a Deep Learning (DL) algorithm. This approach was based on a Convolutional Neural Network (CNN) for aregression model. We used a database obtained by simulation using the finite elementmethod (FEM). This database contains the specklegrams over a range of temperatureperturbations from 0°C to 120°C applied on multimode optical fiber. The temperature step is0.2°C, so the database contains a total of 601 specklegrams. We compared the DL algorithmwith the use of the first and second radial moments, correlation index, and power variationsfor the prediction of temperature values from the specklegrams. The results in RMSE errorwere 10.26°C for the first radial moment, 10.97°C for the second radial moment, 3.21°C forthe correlation index, and 1.42°C for the proposed CNN architecture. On the other hand, thepower variation descriptor could not be compared in the same range, so it was evaluated byparts. These results show that the use of the proposed strategy can improve the performanceof FSSs and make them more robust. We believe that this improvement can bring the FSScloser to some industrial applications.

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Palabras claves: specklegram, FSS, CNN, neural networks, optical fibers, correlation.


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Código: RF92 Tópico: MO Modalidad: Oral

Desarrollo de un sistema de calibración de luxómetros por comparación, por medio de la variación de potencia de una lampara led

David Benitez-Rojas, Henry Takahashi, Nelson Gómez-Cardona, Erick Reyes-Vera

Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones, Instituto Tecnológico Metropolitano, Medellín, Colombia.

RESUMEN:

Este trabajo describe el diseño y construcción de un sistema de calibración compacto para luxómetros portátiles. Este sistema busca reducir la complejidad de los sistemas de calibración actuales basados en rieles de desplazamiento lineal con longitudes que oscilan entre los 2 m y los 6 m. Este sistema de calibración se compone de una cámara oscura, que sirve como aislante lumínico, una fuente de luz LED controlada en potencia, un luxómetro patrón y una cámara web con autofocus, esta última usada para la toma de las lecturas en pantalla de los luxómetros, evitando así modificar las condiciones de medición. El control de potencia lumínica de la fuente de luz LED se realizó a través de LabVIEW permitiendo cubrir el rango de intensidades de calibración del instrumento de medición. Durante el proceso de calibración de los luxómetros al interior de la cámara oscura se debe garantizar la estabilizad de las condiciones ambientales como la temperatura (°C) y humedad relativa (%HR) de acuerdo a los rangos establecidos tanto por el fabricante como por el laboratorio. Lo anterior abre la posibilidad de realizar calibraciones en espacios reducidos como una mesa o escritorio. Para el modelo de medición y calibración f(xi) se evaluó el aporte de las diferentes magnitudes de influencia xi que pueden afectan el proceso de medición y por ende la incertidumbre expandida. Finalmente, para el sistema de medición se calculó la incertidumbre expandida de los puntos de calibración, el error de la medición y el estado del instrumento.

Palabras claves:

Iluminancia, lux, luxómetro, calibración, error, incertidumbre


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Análisis experimental de una sonda de digitalización empleada para registro 3D en cirugía asistida por computador

1Jaime Meneses1, 2Luis Eduardo Bautista2, 3José Gabriel Jaimes3

1Grupo de óptica y tratamiento de señales GOTS, Universidad Industrial de Santander-Bucaramanga

2Grupo Interfaz – Escuela de Diseño Industrial Universidad Industrial de Santander -Bucaramanga

3PRECIMEC SAS - Bucaramanga

RESUMEN:

Al interior del GOTS y junto con la unidad de investigación de la empresa PRECIMEC SAS de Bucaramanga se desarrolló un sistema de navegación 3D empleado para cirugía asistida por computador. El sistema consta de dos cámaras CCD infrarrojas Optitrack© Flex13 controladas con el software Motive. Una arquitectura Cliente/Servidor en NatNet integra Motive a Unity garantizando un streaming de datos a 120 FPS. Con el fin de realizar el registro 3D se diseñó y evaluó una sonda de digitalización 3D. La sonda de 21 cm de longitud y posee 4 esferas reflectoras en IR de 12 mm de diámetro. En el presente trabajo se muestran los resultados experimentales de la evaluación metrológica de la sonda 3D. Se desea determinar el error experimental al ubicar un punto en el espacio 3D. El procedimiento de calibración de la sonda consistió en medir el vector posición de la punta en el sistema coordenado interno a la sonda. Con el fin de obtener alta precisión, la sonda fue digitalizada usando el escáner David SLS-3 de HP; el punto de contacto con una superficie plana materializa la punta de la sonda. La nube 3D permitió ajustar por mínimos cuadrados las cuatro esferas 3D y el plano 3D en el punto de contacto, con un error medio de 0.032 mm y 0.026 mm, respectivamente. Las coordenadas de la punta de la sonda en el Sistema coordenado interno fueron [24.85,32.17,7.97] mm. Con el fin de evaluar el error que se comete al posicionar un punto 3D con la sonda, se ubicó la sonda en 18 posiciones dentro del volumen de calibración del sistema estéreo. Para cada posición se usó el escáner David SLS-3 para encontrar las coordenadas de la punta con precisión, que se comparaban con las coordenadas de la punta de la sonda reportada por Motive. El error medio fue de 0.601 mm con una desviación estándar de 0.449 mm en un volumen de calibración de 800 mm x 500 mm x 400 mm.

Palabras claves: : Cirugía asistida por computador, Navegación 3D, reconstrucción 3D


Página 73 Código: RF100 Tópico: MO Modalidad: Oral

Metrología de vórtices empleando transformada de Laguerre Gauss de núcleo elíptico

Astrid Villamizar Amado1,2,3, Nelly Lucia Cap1, Silvana Gallo1, Daniel Sierra Sosa4, Héctor Rabal1, Myrian Tebaldi1,2

1 Centro de Investigaciones Ópticas (CONICET La Plata-CIC-UNLP), P.O. Box 3, C.P 1897, La

Plata, Argentina. 2Departamento de Ciencias Básicas, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de La Plata,

Argentina

3 Facultad de Ciencias Exactas, Universidad Nacional de La Plata, La Plata, Argentina

4 Department of Computer Science and IT, Hood College, Frederick, MD, USA

RESUMEN:

En los últimos años, se han reportado aplicaciones de vórtices ópticos o de singularidades de fase para la detección de desplazamientos con precisiones nanométricas. Estas técnicas se basan en el hecho que las redes de singularidades asociados con patrones de speckle imprimen marcas relacionadas con la superficie. Dichas singularidades no es posible detectarlas cuando se almacena un patrón de intensidad. Sin embargo, estas singularidades pueden ser encontradas en los campos de valores complejos sintetizados a partir de las distribuciones en intensidad obtenidos a partir de la transformada de Laguerre Gauss. La transformada LG convencional (LG) consiste en un filtro pasabanda gaussiano con simetría circular en el plano de Fourier multiplicado por una fase helicoidal. En nuestro caso, se propone analizar el uso de la transformada LG con filtro elíptico (LGE). Para verificar nuestra propuesta, se almacenan patrones de speckle en intensidad antes y después del desplazamiento del difusor y se genera una función de valor complejo y un mapa de pseudo-fase sobre la base de la LGE. Los vórtices se localizan y parametrizan en términos de sus propiedades del núcleo. Luego del seguimiento de los vórtices homólogos en los mapas de pseudo-fase, se analizan los histogramas correspondientes a los desplazamientos de coordenadas. Se verificó que los histogramas obtenidos, cuando se emplea LGE, presentan una varianza menor en comparación con aquellos obtenidos cuando se emplea la transformada convencional LG.

Palabras claves: speckle, metrología, pseudo-fase, Transformada de Laguere-Gauss.


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EXPRESIÓN MATEMÁTICA QUE PERMITE EL CÁLCULO DEL COEFICIENTE ELECTRO-ÓPTICO EN UN CRISTAL

FOTORREFRACTIVO 𝑩𝒊𝟏𝟐𝑻𝒊𝑶𝟐𝟎 (BTO), CON INCIDENCIA OBLICUA

Jonathan Andrés Mercado1, Néstor Alonso Arias Hernández2, Martha Lucía Molina Prado2

1Estudiante de Física, Grupo Óptica Moderna, Departamento de Física y Geología, Universidad de Pamplona


RESUMEN:

El cristal BTO es ópticamente activo y también llega a ser linealmente birrefringente en presencia de un campo eléctrico. Su tensor electroóptico tiene tres elementos iguales diferentes de cero (r41, r52 y r63). El coeficiente electroóptico (CEO) r41 es el parámetro más importante para las aplicaciones con el BTO debido a que su sensibilidad fotorrefractiva está relacionada con este parámetro. La obtención de valores efectivos del CEO para el cristal BTO oscilan entre 5.0x10-12m/V y 5.5x10-12m/V para una longitud de onda de 633nm con incertidumbres variadas, excepto lo reportado por Lemaire et al, quienes hallaron un valor de 2.1x10-12 m/V para 650nm. Moura et al, realizan la medición del CEO para un cristal BTO, utilizando incidencia oblicua con una longitud de onda en la región del infrarrojo reportando un valor del CEO de 5.5x10-12 m/V. En este trabajo se realiza un desarrollo teórico para encontrar la expresión matemática que permite el cálculo del CEO en un cristal fotorrefractivo BTO para un montaje experimental de incidencia oblicua. La expresión matemática calcula la variación de intensidad óptica transmitida (VIT), inducida por un campo eléctrico externo (Eap), lo cual permite hallar el coeficiente electro-óptico óptimo, para una determinada longitud de onda y parámetros propios del cristal BTO. En la VIT se tiene en cuenta los coeficientes de transmisión paralelos y perpendiculares al plano de incidencia y de igual forma la birrefringencia inducida por el Eap. Esta expresión es válida para diferentes longitudes de onda y para otros materiales birrefringentes inducidos eléctricamente.

Palabras claves: Coeficiente electro-óptico, fotorrefractivo, cristales silenitas


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Código: RF11 Tópico: MO Modalidad: Póster

Phase unwrapping with multiple wavelengths in digital photoloelasticity using color imaging

Jhonatan Rendón Arango1, Hermes Alexander Fandiño Toro1, Juan Carlos Briñez De León2, Alejandro Restrepo Martínez3, Jorge Herrera-Ramirez1.

1Facultad de Ingenierías, Instituto Tecnológico Metropolitano, Medellín, Colombia 2Departamento de Ingeniería Electrónica, Institución Universitaria Pascual Bravo, Medellín, Colombia

3Departamento de Ingeniería Mecánica, Universidad Nacional de Colombia - Sede Medellín, Colombia

ABSTRACT:

Photoelasticity allows to obtain the difference of principal stresses on the surface of a birefringent sample. Knowing the stress distribution when the sample is subjected to an external or internal load or both. External loads are generated in contact with other elements. On the other hand, the internal loads are attributed to partial deformations inside the material known as residual stresses. The presence of both stresses in a material can be risky since the resulting stress may be greater than the applied one. The study and identification of these kind of stresses has great importance since they can help to predict and avoid serious failures in the materials.

To reconstruct the stress field using photoelasticity, phase and stress values must be extracted from digital images. This implies obtaining the wrapped phase field or modulus 2π and its subsequent unwrapping. This process requires the capture of several images of the same sample, but with different phase shifts. This is time consuming and susceptible to the introduction of noise in the measurement. Thus, these 2π wrapped phase fields may have noise that later influences the unwrapping process. This has led to multiple proposals for phase unwrapping algorithms, with different advantages and disadvantages.

In this work, we present a method to obtain the stress field of a sample in photoelasticity using white light illumination and image acquisition with a conventional RGB color camera. The proposed procedure of phase unwrapping takes advantage of the combination of the 2π phase fields obtained for each channel of the color images. We show the implementation of the proposed method in simulated and experimental images. The experimental images correspond to the application of loads on an acrylic sample. The results obtained show the potential of this method using different wavelengths, in this application, and the advantages of being robust to noise, allowing control of phase resolution and having a low computational complexity.


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Key words: Phase shifting, residual stresses, wavelength, photoelasticity, phase maps.

Código: RF88 Tópico: MO Moalidad: Oral

ANÁLISIS DE VÓRTICES ÓPTICOS ASIMÉTRICOS TIPO KUMMER GENERADOS CON UNA LENTE GENERADORA DE VÓRTICE

DISCRETIZADA Y FUERA DE EJE

N. Londoño1, E. Rueda1, J. A. Gómez2, D. Amaya3

1Grupo de Óptica y Fotónica, Instituto de Física, Universidad de Antioquia U de A, Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia.

2Grupo de Física Básica y Aplicada. Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid, Medellín, Colombia.

3Centro de Investigaciones Ópticas, CONICET-UNLP-CIC, P.O. Box 3, 1897 Gonnet, Argentina.

RESUMEN En este trabajo, se estudian los cambios de intensidad, desplazamientos del centro de masa y distribuciones de fase de vórtices ópticos tipo Kummer obtenidos a partir de una Lente Generadora de Vórtices discretiza (DVPL por sus siglas en inglés) desplazada fuera del eje óptico. Se deduce una expresión analítica para los desplazamientos del vórtice en el plano de observación a medida que se desplaza fuera de eje la máscara de fase; encontrando que es el centro de masa del vórtice quien cumple dicha relación y que su desplazamiento depende de parámetros de la DVPL como la focal de la lente de Fresnel y sus niveles de discretización N Por otro lado, se muestran los efectos inducidos en las distribuciones de intensidad y fase por la discretización y la desalineación, como son la razón de picos máximos de intensidad, las separaciones de las singularidades de fase para cargas mayores a uno, posición no simétrica de las líneas de discontinuidad y rotaciones en la fase. Todos los resultados son comparados con las asimetrías de vórtices ópticos obtenidos cuando el haz de iluminación es el que se encuentra fuera de eje. Los resultados nos permiten concluir que no es equivalente desplazar fuera de eje el haz que la DVPL, puesto que se produce mayor asimetría de intensidad, cambios en la fase y desplazamientos del centro de masa con la DVPL fuera de eje.

Palabras claves: Vórtices Ópticos; Elementos difractivos; Asimetría; Metrología.


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Método automático para la medición de la apertura numérica de haces de luz Gaussianos

Samuel Zapata-Valencia, Heberley Tobon-Maya, Jorge Garcia-Sucerquia

Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín

RESUMEN:

La apertura numérica (NA) es un parámetro fundamental para la determinación de la resolución espacial en sistemas ópticos. Los principales métodos de medición de NA implican elementos costosos o procedimientos donde la experticia del usuario es fundamental. En este trabajo se presenta un método para la medición automática de la apertura numérica (NA) en haces Gaussianos. El método utiliza dos registros de intensidad de un haz Gaussiano en diferentes posiciones de la dirección de propagación y una minimización con el algoritmo de Levenberg-Marquardt para ajustar bidimensionalmente cada registro de intensidad a una función analítica Gaussiana; el centro de las distribuciones y las desviaciones estándar de los perfiles de intensidad son extraídos de la minimización para utilizar estos últimos en el cálculo de la NA. Este trabajo presenta los fundamentos matemáticos, la implementación y la verificación del método propuesto, tanto para haces de Gaussianos simulados numéricamente como para registros experimentales. Este método automático presenta un coeficiente de ajuste R2 de 0.99 para los datos simulados y un 3.72% de error con respecto a los datos experimentales de haces Gaussianos producidos por lentes asféricas y fibras ópticas con NA calibradas por el fabricante.

Palabras claves: Apertura numérica, haces Gaussianos.


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Algoritmo cuántico para la reconstrucción de estados de espín un medio Cristian Andrey Galvis Florez1, Karen Milena Fonseca Romero1

1 Departamento de Física, Universidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá, Facultad de Ciencias, Grupo de Óptica e Información Cuántica,

Carrera 30 Calle 45-03, C.P. 111321, Bogotá, Colombia.

RESUMEN: Un problema importante de los sistemas cuánticos es estimar en que estado se encuentran sin necesariamente medirlos directamente. Este trabajo plantea la ejecución de un modelo para realizar tomografía total del estado de espín de una partícula de espín un medio en una unidad cuántica de procesamiento, mejor conocidas como computadores cuánticos. Esto es posible a través de la plataforma proporcionada por IBM para acceder a estos dispositivos, IBM Quantum Experience. Es posible realizar tomografía total de un sistema cuántico de dos niveles utilizando otros dos sistemas de dos niveles los cuales funcionan como metros auxiliares. Si la interacción entre el sistema a estimar y los metros es la adecuada, el operador de evolución temporal que representa esta interacción cumple con los requisitos necesarios para realizar la estimación total del estado de espín del sistema únicamente a través de la medición de los metros auxiliares. Acá mostramos como la implementación de un modelo para hacer tomografía del espín del sistema lleva a grandes errores cuando es ejecutado en un computador cuántico. Esto se debe a que los procesadores de los que se dispone hoy en día aún son susceptibles a errores que provienen por exceder el tiempo de coherencia en la ejecución del circuito cuántico así como por la interacción del procesador con el ambiente y cambios de temperatura que este pueda presentar.

Palabras claves: Computación cuántica, IBM Quantum Experience, Tomografía, Algoritmos cuánticos.


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Procedimiento de calibración hibrida para la compensación de errores residuales en sistemas de reconstrucción 3D por proyección de franjas

Raúl Vargas 1, Lenny A. Romero 2, Andrés G. Marrugo3

1 Facultad de ingeniería, Universidad Tecnológica de Bolívar, Cartagena, Colombia.

2 Facultad de Ciencias Básicas, Universidad Tecnológica de Bolívar, Cartagena, Colombia.

RESUMEN:

La perfilometría por proyección de franjas es una de las técnicas de reconstrucción tridimensional de luz estructurada más utilizadas debido a su fácil implementación, gran precisión y escalabilidad. Sin embargo, la precisión de estos sistemas de reconstrucción depende en gran medida de las técnicas y modelos de calibración empleados. Actualmente, las técnicas de calibración más utilizadas están basadas en el modelo de triangulación estéreo y en modelos de regresión fase-coordenadas. En el modelo estéreo, la cámara y proyector son modelados utilizando el modelo pinhole, considerando el proyector como una cámara inversa. Mientras que en el modelo de regresión relaciona las coordenadas métricas y mapas de fase capturados por medio de funciones polinomiales o racionales. En la última década, el modelo estéreo se posicionó por encima del modelo de regresión debido a su mayor flexibilidad de implementación. Sin embargo, el modelo estéreo puede presentar errores residuales causados por las distorsiones de lentes del sistema óptico u otras no linealidades del sistema que no son contempladas en el modelo pinhole, lo cual puede afectar la precisión del sistema. Por lo tanto, en este trabajo proponemos el uso de un procedimiento de calibración hibrida que permite reducir los errores residuales del modelo estéreo tradicional, combinándolo con un modelo de regresión polinomial. Además, analizamos la reconstrucción de objetos con forma conocida para evaluar la precisión de las reconstrucciones obtenidas dentro del rango del volumen de calibración y fuera de este. Los resultados experimentales muestran que el procedimiento propuesto permite disminuir los errores cuadráticos medios en la reconstrucción de un plano de 300mm×250mm ubicado dentro y fuera del volumen de calibración. Estos errores se encuentran por debajo de 0.060 mm, y se corresponden a una reducción mayor al 40% del error obtenido con el modelo estéreo tradicional.

Palabras claves: Perfilometría por proyección de franjas, triangulación estéreo, calibración, modelos de regresión.

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Three-layer diffuse reflectance model for golden hamster skin:

determination of the range values of the variables representing biological

parameters in healthy skin

Deivid Botina1, July Galeano1, María C. Torres Madroñero2, Artur Zarzycki1, Johnson Garzon3, Javier Murillo4, Sara M. Robledo4, Franck Marzani5

1 Research group on Advance Materials and Energy. Biomaterials and Electromedicine Laboratory. Instituto Tecnológico Metropolitano, Calle 54A No.30-01, Medellín, Colombia.

2 Research group on Automatic, Electronic and Computational Science. Smart Machines and Pattern Recognition Laboratory. Instituto Tecnológico Metropolitano, Calle 54A No.30-01, Medellín,

Colombia.

3 Universidad Pontificia Bolivariana. Centro de Ciencia Básica. Grupo de Óptica y Espectroscopía. Circular 1 No.73-76, Medellín, Colombia.

4 Program for the Study and Control of Tropical Diseases -PECET-School of Medicine, University of Antioquia, Medellín, Colombia

5 Laboratoire Le2i, Université Bourgogne Franche-Comté, B.P. 47870, 21078 Dijon Cedex, France.

ABSTRAC:

Cutaneous Leishmaniasis (CL) is a neglected tropical disease where more efforts have to be

done towards the research of novel tools for diagnosis and treatment follow-up. Studies on

CL are usually done in animal models such us golden hamsters. Different to other type of

rodents used for research of optical reflectance-based diagnostic tools, golden hamster's skin

lacks for optical diffuse reflectance models. These models would allow quantifying the

principal components of cutaneous tissue.

In this article, a diffuse reflectance model composed of three layers (epidermis, dermis and

hypodermis), applied to golden hamster skin is presented. With the acquisition of real spectral

signatures and simulated signatures, the Nelder-Mead simplex algorithm is used in order to

implement an inverse model. As results, the quantification and the reference range values of

the model's variables representing the main biological parameters of healthy skin are

Página 81

obtained: diameter and volumetric fraction of keratinocytes, collagen, elastin, fibroblasts,

among others; as well as volumetric fraction of melanin, hemoglobin, and oxygen saturation.

These biological parameters, which are presented in the form of absorption and scattering

optical variables in the proposed diffuse reflectance model, are the most important in the

different stages of CL formation.

Palabras claves: Cutaneous Leishmaniasis, Optical Reflectance, Optical

Absorption, Optical Scattering


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Estudio del haz de referencia para la recuperación de fase de vórtices ópticos a partir de la técnica phase-shifting

Sebastian Zapata, Edgar Rueda

Grupo de Óptica y Fotónica, Instituto de Física, U de A, Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia

RESUMEN:

Se estudiaron, mediante simulación, diferentes haces de referencia para la técnica de recuperación de fase phase-shifting, en el caso particular de vórtices ópticos tipo dona. Para esto se simuló un sistema óptico con una lente productora de vórtices y una lente física. Los haces de referencia fueron propagados a través del sistema y se hicieron interferir con los vórtices ópticos, los cuales consistieron en cuatro vórtices con desfases de 0, π/2, π y 3π/2. Los haces de referencia consistieron en un haz gaussiano enfocado, un haz gaussiano expandido, un haz gaussiano antes de ser propagado por todo el sistema, un vórtice con un desfase de π/4, y un vórtice con carga topológica opuesta. Se concluyó con base en cada una de las fases recuperadas que el perfil de referencia más óptimo para hacer Phase-shifting consiste en el haz gaussiano expandido limitado por una apertura circular. Se comparan algunos resultados de simulaciones con resultados experimentales.

Palabras clave: Interferencia, Phase-shifting, Lente productora de vórtices, Vórtice Óptico, Haz gaussiano.


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Índice de refracción negativo en un metamaterial usando hilos conductores de sección trasversal rectangular y resonadores de anillos

cuadrados: una aplicación al diseño de antenas.

Héctor Lorduy Gómez

Grupo de Óptica y Espectroscopía (GOE), Centro de Ciencia Básica, Universidad Pontificia Bolivariana, A. A. 56006, Medellín, Colombia

RESUMEN:

La detección e interacción de señales electromagnéticas con la materia ha motivado a los científicos a explorar nuevas alternativas de materiales basados en los que ya existen en la naturaleza. Los resultados en esta dirección han llevado a la creación de estructuras conocidas como metamateriales (MTMs). Se trata de un material artificial que presenta propiedades electromagnéticas que proceden de la estructura diseñada y no de su composición. Un metamaterial se compone de celdas unitarias construidas por la combinación de hilos conductores y resonadores de anillos abiertos que interactúan con la onda incidente. Sus propiedades pueden ser modeladas mediante parámetros globales como la permitividad eléctrica y la permeabilidad magnética. El control de estos parámetros, a través de su geometría, en un MTM conduce en la práctica a poder desarrollar dispositivos que aumentan notablemente la detección y propagación de señales electromagnéticas. En este trabajo se propone un modelo para obtener un metamaterial con índice de refracción negativo, trabajando en el rango de las micro-ondas, usando hilos conductores de sección trasversal rectangular y resonadores de anillos cuadrados que puede ser aplicado al diseño de antenas. La frecuencia plásmica, en el rango de frecuencia de los GHz, es determinada en términos de la geometría del metamaterial.


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Código: RF58 Tópico: MET Modalidad: Póster

Efecto Cherenkov para Diferentes Medios Materiales

1Marvin Brayan Nuñez Zuñiga1, 2Juan Carlos Granada Echeverry2

1Departamento de Física, Universidad del Valle 1Autor

2Departamento de Física, Universidad del Valle 2Autor

RESUMEN:

Se considera el movimiento de una partícula cargada a través de un meta-material cuyo índice de refracción es negativo y presenta una fuerte dispersión temporal. En este sistema, el flujo de energía radiada se examina extendiendo la fórmula de Frank-Tamm a meta-materiales. El patrón de radiación Cherenkov obtenido se compara con el respectivo patrón de medios materiales convencionales con índice de refracción positivo. Se demuestra que tanto la componente longitudinal como la componente transversal del flujo de energía radiada son funciones no monótonas de la frecuencia que presentan máximos. La magnitud del flujo de energía en tales máximos decrece con la distancia radial a la trayectoria de la partícula, siendo este decrecimiento mayor en medios materiales con índice de refracción negativo comparado a los medios materiales convencionales.

Palabras claves: meta-material, flujo de energía radiada, patrón de radiación Cherenkov, medios materiales convencionales.


Página 85

Código: RF22 Tópico: MET Modalidad: Póster

Métodos ópticos para la vigilancia remota de la baja atmósfera en una zona industrial, de Antioquia, Colombia

Andrea Botina1, Dr. Álvaro Bastidas2

1 Grupo de investigación Láser y Espectroscopia Óptica, GLEO,

Escuela de Física

Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín

2 Grupo de investigación Láser y Espectroscopia Óptica, GLEO,

Escuela de Física

Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín

RESUMEN:

El conjunto de emisiones contaminantes en una importante zona industrial próxima al municipio de Girardota al nororiente del departamento de Antioquia, (Latitud: 6.367, Longitud: -75.433), afectan la calidad del aire de esta población urbana y rural. La Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín a través del grupo de investigación Láser y Espectroscopia Óptica, GLEO, viene realizando un estudio con fundamento en los métodos ópticos: Fotometría solar y difracción láser, aplicados a la vigilancia remota de la columna de atmósfera y de la capa de aire a nivel del suelo en esta región. Los equipos utilizados son el fotómetro solar, FS, de NASA-AERONET que monitorea toda la columna de la atmósfera terrestre y tres equipos portátiles láser, PA que monitorean la calidad del aire respecto a la población, ubicados en algunas viviendas del municipio. Se realizaron mediciones simultáneas FS-PA durante 90 días continuos entre el 27 de noviembre de 2020 y el 19 de marzo de 2021; con lo que fue posible encontrar algunos resultados de valores monótonos de los promedios/día del espesor óptico AOD_Total_500 nm ≈ 0.15, y del material particulado aéreo PM2.5≤25 µg/m3 y PM10≤50 µg/m3 casi todo el tiempo de las mediciones. En este contexto, tres eventos extraordinarios de alta densidad del aire fueron registrados por el FS, en las fechas 08/02/21, 13/02/21 y 06/03/21 alcanzando un valor máximo de AOD_Total_500 nm ≈ 0.7, mientras que los PA reportaron sólo un valor máximo de material particulado PM10≤250 µg/m3 el día 06/03/21, que coincide con el registrado por el FS. En este trabajo se discute y concluye respecto al efecto del ingreso de partículas externas a la región y a las condiciones meteorológicas del proceso de mezcla del aerosol en el aire durante este evento extraordinario.

Palabras claves: Fotometría solar, Difracción láser, Espesor óptico AOD, Material particulado PM, Calidad del aire.

Correo electrónico de contacto: [email protected] ; [email protected]

Página 86 Código: RF60 Tópico: LAA Modalidad: Póster

Aplicación de ligaduras alternativas para la generación de hologramas de fase multiplano

Alejandro Velez Zea1, John Fredy Barrera1, Roberto Torroba2,3

1 Grupo de Óptica y Fotónica, Instituto de Física, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales,

Universidad de Antioquia UdeA, Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia.

2 Centro de Investigaciones Ópticas (CONICET La Plata-CIC-UNLP), P.O. Box 3, C.P

1897, La Plata, Argentina.

3 UIDET OPTIMO, Departamento de Ciencias Básicas, Facultad de Ingeniería, Universidad

Nacional de La Plata, La Plata, Argentina.

RESUMEN:

La generación computacional de hologramas de fase que reproduzcan distribuciones de intensidad multiplano es de gran interés para diversas aplicaciones de frontera, como la optoestimulación neuronal, los sistemas de realidad aumentada, la microscopia holográfica y las trampas ópticas, entre otras. Sin embargo, para obtener estos hologramas se usan algoritmos iterativos que producen resultados con precisión limitada y con un alto costo computacional. Como propuesta para mejorar el desempeño de estos algoritmos, presentamos dos ligaduras modificadas que se aplican al campo óptico durante la generación del holograma. Se demuestra el desempeño de nuestra propuesta generando hologramas con 6 planos discretos y realizando reconstrucciones numéricas cuya calidad es evaluada cuantitativamente y comparada con los algoritmos convencionales. También realizamos la reconstrucción experimental de los hologramas obtenidos con las ligaduras propuestas por medio de un sistema de proyección holográfica implementado con un modulador espacial de luz de solo fase. Los resultados, tanto numéricos experimentales, muestran que en comparación con los hologramas obtenidos por el método convencional, estas nuevas ligaduras permiten obtener hologramas con mejor calidad promedio de reconstrucción, menos variación en la calidad de los distintos planos, y no requieren un aumento en el tiempo de cómputo.

Palabras claves: hologramas generados por computadora, fase, multiplano, modulación.


Página 87 Código: RF19 Tópico: HOL Modalidad: Oral

Herramientas Libres y de Código Abierto para Investigación y Docencia en Microscopía Holográfica Digital

Carlos Buitrago-Duque and Jorge Garcia-Sucerquia

Escuela de Física, Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín, Medellín, Colombia

RESUMEN:

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En este trabajo se presenta un conjunto de herramientas de código abierto que permiten reducir significativamente el costo y la dificultad de tener una aproximación a las tecnologías de DHM, facilitando su adopción en ambientes de investigación y docencia. Estas herramientas libres incluyen tres complementos de ImageJ [2], con interfaces gráficas de usuario de fácil manejo, y un microscopio holográfico económico, portátil, y de fácil fabricación. El primer complemento, denominado “Numerical Propagation” [3], permite el cómputo de procesos de difracción numérica con los algoritmos de espectro angular, Fresnel, y Fresnel-Bluestein. El segundo complemento, denominado “DHM” [4], agrega la capacidad de simular experimentos de DHM considerando los principales parámetros que inciden en el desempeño óptimo del sistema, y la posibilidad de reconstruir en tiempo real hologramas a partir de imágenes o capturas de video en directo. El tercer complemento, denominado “DLHM” [5], está optimizado para la simulación y reconstrucción de experimentos de microscopía holográfica digital sin lentes (DLHM, en inglés) [6] mediante implementaciones discretas optimizadas de las integrales de difracción de Rayleigh-Sommerfeld y Kirchhoff-Helmholtz. Finalmente, el microscopio holográfico de código abierto [7], que puede fabricarse por aproximadamente 50 dólares, permite la captura de hologramas de DLHM con total libertad sobre los parámetros de registro, y su posterior procesamiento en los complementos anteriormente mencionados.

La Microscopía Holográfica Digital (DHM, por sus siglas en inglés), ha generado un creciente interés en la comunidad de las ciencias aplicadas por su habilidad de suministrar imágenes cuantitativas de fase de objetos microscópicos transparentes sin necesidad de procesos de tinción. Esta capacidad es fortalecida por la extensión numérica de su profundidad de foco, y la posibilidad de procesar digitalmente el campo complejo reconstruido [1]. En consecuencia, la DHM ha demostrado ser una tecnología valiosa en múltiples áreas y aplicaciones. Sin embargo, la adopción generalizada de esta técnica se ha visto parcialmente obstaculizada por el alto costo de las implementaciones disponibles comercialmente (usualmente por encima de $10,000 dólares), y la falta de familiaridad con los parámetros que establecen el desempeño óptimo de una configuración de DHM determinada, especialmente por parte de los investigadores ajenos a las ciencias ópticas y/o aquellos que se incorporan al mundo de la DHM.

Palabras claves: Microscopía Holográfica Digital, Código Abierto, Óptica Computacional, Simulación, Holografía Digital

Correo de contacto: [email protected]

Código: RF53 Tópico: HOL Modalidad: Oral

Generación no-iterativa de hologramas binarios de amplitud de altacalidad usando máscaras aleatorias de fase optimizadas

Santiago Bustamante1, Alejandro Velez Zea1, John Fredy Barrera1, Roberto Torroba2,3

1Grupo de Óptica y Fotónica, Instituto de Física, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales,Universidad de Antioquia UdeA, Calle 70 No. 52-21, Medellín, Colombia.

2Centro de Investigaciones Ópticas (CONICET La Plata-CIC-UNLP), P.O. Box 3, C.P 1897, LaPlata, Argentina.

3UIDET OPTIMO, Departamento de Ciencias Básicas, Facultad de Ingeniería, UniversidadNacional de La Plata, La Plata, Argentina.

RESUMEN:


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Palabras claves: Generación computacional de hologramas, hologramas binarios de amplitud, optimización de fase

En este trabajo presentamos un nuevo método no-iterativo que permite la generacióncomputacional rápida de hologramas binarios de amplitud de alta calidad. El métodoconsiste en optimizar una máscara aleatoria de fase por medio del algoritmo deGerchberg-Saxton. Una vez obtenida esta mascara de fase, se puede usar para generarhologramas de fase pura de múltiples objetos de forma no-iterativa. Para poder emplear loshologramas generados en aplicaciones donde solo se dispongan de moduladores deamplitud, estos hologramas de fase pura son convertidos en hologramas binarios deamplitud usando el método de valor umbral global. Evaluamos cuantitativamente la calidadde los hologramas generados con este método usando la métrica de coeficiente decorrelación y demostramos que estos exhiben una fidelidad de reconstrucción comparable ala de aquellos generados por algoritmos iterativos comunes como el de Gerchberg-Saxton,con una ventaja significativa en la velocidad de cómputo. Para verificar experimentalmentenuestra propuesta, realizamos reconstrucciones experimentales de los hologramasgenerados usando un sistema de proyección holográfica basado en un dispositivo digital demicroespejos. El método propuesto para la generación de hologramas binarios de amplitudtiene potencial aplicación en la manipulación precisa de campos ópticos en tiempo real,utilizando sistemas de proyección holográfica basados en moduladores binarios de amplitudcon altas tasas de actualización tales como los dispositivos digitales de microespejos.

Código: RF40 Tópico: HOL Modalidad: Oral

Estudio Teórico De La Medida Del Coeficiente De Difusión En Líquidos Por Métodos Ópticos De Interferometría Holográfica

Yailinn Yadiana Calvo De Armas1, Néstor Alonso Arias Hernández1, Martha Lucía Molina Prado1


RESUMEN:

En el presente trabajo se realiza un estudio teórico de la medición del coeficiente de difusión (CD) en líquidos utilizando la técnica óptica de Interferometría Holográfica de DobleExposición (IHDE). El fenómeno de difusión ha sido definido, a lo largo de la historia, comoel proceso mediante el cual la materia se transporta en un sistema, de regiones de altaconcentración a regiones de baja concentración, como resultado de movimientos molecularesaleatorios. Este fenómeno es la mezcla gradual de las sustancias hasta que lasconcentraciones sean las mismas, en el caso de sustancias en fase líquida, la difusión de unsoluto en un solvente. En este trabajo se presenta el desarrollo teórico para la obtención de laexpresión matemática, que permite el cálculo del coeficiente de difusión en sustanciaslíquidas mediante la interferometría holográfica de doble exposición. El CD en líquidos apartir de la expresión matemática encontrada se halla a través de la comparación entre franjasinterferenciales del mismo orden registradas en distintos tiempos, teniendo en cuenta lasdistancias a las que estas aparecen desde la interface entre los dos líquidos. Finalmente serealiza un análisis de la expresión hallada.

Palabras claves: Difusión, interferometría, holografía, coeficiente de difusión.


Página 90

Código: RF20 Tópico: HOL Modalidad: Póster

Dual-wavelength Digital Holography for imaging multicolor macroscopic objects.

Isabella Gómez Gallego1, Tomás Vélez Acosta1,

Sofía Obando Vasquez1, Jose Hernan Ortiz Ocampo1,

Cristian Lopera Trujillo1 and Carlos Trujillo1

1Hotbed of Research in Holography, Applied Optics Group, Physical Science Department,School of Science, EAFIT University, Medellín, Colombia.

Abstract:

Digital holography (DH) is an interferometric technique in which the complex wavefield of the light scattered by an object can be numerically recovered[1]. A trending topic in DH is the development of different methodologies for the numerical reconstruction of digitally recorded holograms captured using different wavelengths. The proposals already reported to achieve the latter are encompassed within what has been called Color Digital Holography (CDH)[2]. The contributions and developments in CDH have led to exciting applications in microscopy[3], flow analysis[4], and chromatic aberration removal[5]. Although the proposals mentioned above have been successfully applied to specific problems, a comprehensive study of the wavelength response of a CDH system has not yet been reported for imaging multicolor macroscopic objects. This contribution presents the experimental implementation of a dual-wavelength digital holographic setup and the required numerical reconstruction via a discrete implementation of the Fresnel transform (DFT) from the Kirchhoff-Fresnel diffraction integral[6]. Since the pixel size of a holographic reconstruction via the DFT depends on the wavelength, in this proposal, we rescaled one of the acquisitions to match the information provided by the other via the Fresnel-Bluestein transform[7]; up to the best knowledge of the authors, this is the first use of this polynomic transform to CDH of macroscopic objects. The proposal is experimentally validated using multicolor objects, such as two-color dice and one plastic doll, whose length lies between 2 and 10 centimeters.

Keywords: Digital Holography, polychromatic, retropropagation algorithms, Numerical reconstruction.

Correo electrónico de contacto (Contact mails): [email protected],

[email protected].

Página 91 Código: RF90 Tópico: HOL Modalidad: Oral

Sintonización del espectro de transmitancia en un cuasicristal fotónico unidimensional Octonacci

1Valentina Avilés León1, 2Francis Segovia Chaves2

1Grupo de Física Teórica, Programa de Física. Universidad Surcolombiana.

2Grupo de Física Teórica, Programa de Física. Universidad Surcolombiana.

RESUMEN:

En este trabajo teóricamente calculamos el espectro de transmitancia en un cuasicristal fotónico unidimensional, el cual está compuesto por un superconductor de alta temperatura y un semiconductor. Los materiales están organizados de acuerdo a la secuencia de Octonacci, donde adicionalmente hemos considerado la dependencia de las constantes dieléctricas y de los espesores de las capas con la presión aplicada. Al incrementar la temperatura los espectros de transmitancia exhiben una sintonización a frecuencias más cortas, acompañadas de una disminución de la frecuencia de corte para diferentes valores de la secuencia. Cuando la presión aumenta se origina una disminución de los espesores de las capas de los materiales, contribuyendo a un corrimiento a frecuencias más grandes de los espectros de transmitancia y de la frecuencia de corte. Adicionalmente observamos que el aumento de los espesores de las capas favorece la maximización y aparición de nuevas regiones de frecuencias prohibidas.

Palabras claves: cuasicristal fotónico, espectro de transmitancia, secuencia de Octonacci.

Correo electrónico de contacto: [email protected] / [email protected]

Página 92

Código: RF8 Tópico: FSC Modalidad: Oral

Cálculo del espectro de transmitancia en cristal fotónico unidimensional defectivo

Lina Rocio Lorena Barbosa Gómez 1, Francis Segovia Chaves 2

1 Grupo de Física Teórica, Programa de Física. Universidad Surcolombiana

2 Grupo de Física Teórica, Programa de Física. Universidad Surcolombiana

RESUMEN:

Haciendo uso del método de la matriz de transferencia calculamos el espectro de transmitancia en un cristal fotónico unidimensional defectivo. Consideramos una cavidad que rompe la periodicidad del cristal con un índice de refracción correspondiente a una solución de proteína. La cavidad está rodeada por capas alternadas de un material GaAs y SiO2. Asumiremos una dependencia con la presión para la constante dieléctrica del GaAs, mientras que el índice de refracción del SiO2 obedece la ecuación de Sellmeier. Los resultados obtenidos revelan que para un valor fijo de presión se observa un modo localizado en el interior de la región de frecuencias prohibidas, el cual exhibe un corrimiento a longitudes de onda más cortas al aumentar la presión aplicada acompañada de una disminución de la energía de confinamiento en la cavidad.

Palabras claves: Cristal fotónico, método de la matriz de transferencia, espectro de

transmitancia, solución de proteína.

Correo electrónico de contacto: [email protected], [email protected]

Página 93


Sensor de presión hidrostática basado en una fibra de banda fotónica prohibida de núcleo hueco para longitudes de onda en el IR

Juan Soto Perdomo1, Juan Úsuga Restrepo2, Emiro Arrieta Jiménez3, Erick Reyes Vera4

1,2,4Departamento de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones, Instituto Tecnológico Metropolitano, Medellín, Colombia.

3Facultad de Educación, Universidad Surcolombiana, Neiva, Colombia.

RESUMEN:

Las fibras de cristal fotónico presentan propiedades ópticas y mecánicas superiores en comparación con las fibras ópticas convencionales, las cuales pueden ser aprovechadas para el desarrollo de sensores de diferentes parámetros físicos o químicos, que son de gran interés en la industria. En este trabajo se presenta el estudio de un dispositivo basado en una fibra de banda fotónica prohibida de núcleo hueco, la cual es sometida a diferentes condiciones de presión hidrostática. Primero, los parámetros geométricos de la estructura se extrajeron a partir de la imagen SEM de una fibra comercial. Posteriormente, estos parámetros se emplearon para construir un modelo multi-físico basado en la teoría elasto-óptica, cuya simulación fue desarrollada en el software COMSOL Multiphysic®. De esta manera, se analizaron los cambios de índice de refracción efectivo y las pérdidas por confinamiento del modo fundamental para presiones entre 100 y 300 MPa. Los resultados obtenidos muestran el comportamiento de la potencia de salida del sensor y la respuesta espectral del mismo, cuando se emplea en una longitud de un metro, dentro de un rango de longitudes de onda de 3.47 y 3.53 μm. La evidencia muestra que los desplazamientos espectrales y la variación de la longitud de onda de pico de resonancia del sensor presenta un comportamiento uniforme y lineal cuyo parámetro de sensibilidad a la presión hidrostática es de 53.6 pm/MPa.

Palabras claves: fibra óptica, fibra de banda fotónica de núcleo hueco, presión Hidrostática.


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Optimization and Characterization of a CO2 laser-based system for inscribing periodic structures in optical fibers waveguides

Sebastián Valencia Garzon1, José Pablo Montoya Vélez 1, Jorge Luis Galvis Arroyave1, Erick Reyes

Vera1, Nelson Gómez Cardona1

1Departmento de Electrónica y Telecomunicaciones, Instituto Tecnológico Metropolitano, Medellín, Colombia

RESUMEN:

In recent years, lasers have been extended to applications such as manufacturing processes, precision machining, prototyping, and materials post-processing. This work describes the design, implementation and tuning of a point-to-point laser-based system to write long-period fiber gratings with a period of 620 μm in a standard SMF28 optical fiber. The system uses a CO2 laser with a wavelength of 10.6 μm and a repetition rate of 3500 Hz to locally irradiate and heat the optical fiber up to a temperature close to the thermal damage threshold, leading to a change in the refractive index. The system is adjusted using a systematic method that facilitates the alignment of the setup for post-processing. The repeatability and uniformity of the inscribed long-period fiber gratings were checked by measuring the period and grating pitch, respectively.

Palabras claves: Long Period Fiber Grating (LPFG), CO2 Laser, Optical Fiber, Metrology.


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Estudio de la dinámica del Rotavirus con proteínas probióticasPEGiladas: Desarrollo de adaptadores para medición de muestras

líquidas en el Elipsómetro Espectroscópico de la Universidad Distrital.

Katherin Gineth Flores Benavides*, César Aurelio Herreño Fierro

Facultad de Ciencias y Educación, Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Carrera3ra # 26A-40, 110311, Bogotá, Colombia

RESUMEN:

La caracterización de muestras líquidas mediante la técnica de elipsometría espectroscópica(EE) requiere, para su optimización, del uso de portamuestras que prevengan errores demedición originados por la tensión superficial de los líquidos, así como por la falta decontrol de un espesor fijo, entre otros. Este trabajo se enmarca dentro de un proyecto quepretende estudiar la dinámica de afinidad del Rotavirus con proteínas probióticasPEGiladas mediante diferentes técnicas de caracterización, incluida la EE. Dado que lasmuestras consideradas son líquidas (solución salina (SS) y polietilenglicol (PEG)suspendido en SS), desarrollamos diferentes portamuestras adaptables al elipsómetroespectroscópico de la Universidad Distrital, para los fines indicados. La calibración de estosadaptadores y la técnica de medición se logra, en primera instancia, con pruebas de ensayoy error orientadas por criterios de confiabilidad derivados del contraste de nuestrosresultados contra los reportados en la literatura para el caso de sustancias bien conocidas(Agua, alcohol y aceite). La calibración se complementa con la medición de las constantesópticas del PEG suspendido en SS en diferentes concentraciones. Para esto, se hace uso demodelos de dispersión empíricos (Sellmeier y Cauchy) y físicos (Lorentz), así como deteorías de aproximación de medio efectivo. Como resultado, hemos configurado undispositivo capaz de mantener muestras líquidas en condiciones adecuadas para lacaracterización por medio de EE. De las configuraciones exploradas, la que ha mostradomejores resultados consta de un Portamuestras con Espaciadores y Prisma (PEP). Enprimera instancia implementado con un prisma común, que fue luego reemplazado por unlente cilíndrico para prevenir las correcciones refractivas ocasionadas por la incidenciaoblicua de la fuente de luz al explorar diferentes ángulos de incidencia. Las mediciones de

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las constantes ópticas logradas con esta implementación para diferentes líquidos muestran un ajuste adecuado respecto de los reportados en la literatura.

Palabras claves: Elipsometría espectroscópica, caracterización óptica de líquidos, Polietilenglicol.


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Código: RF23 Tópico ESP Modalidad: Oral

Sintonización fototérmica de plasmones ópticos en nanometales sintetizados con extracto de hojas de Petiveria Alliacea

S D Horta, L. Espejo-Bayona, D A Avila, y C. O. Torres Laboratorio de Óptica e Informática

Departamento de Física Universidad Popular del Cesar

RESUMEN:

En esta investigación se obtuvieron a través de la técnica de síntesis verde con extracto de hoja de la planta Petiveria Alliacea, nanopartículas de plata y los espectros de absorción de las mismas, fueron analizados a través de espectroscopía Uv-VIS. Las nanopartículas metálicas fueron foto-térmicamente excitadas con una fuente de luz láser de 405 nm, lo que permitió observar desplazamientos en la banda del plasmón hacia longitudes de onda larga. Los resultados revelan que es posible sintonizar la banda plasmónica cuando se dan las condiciones de foto-termoexcitación adecuada. Teniendo en cuenta el método amigable para la síntesis de las nanopartículas, estas son compatibles a aplicaciones, biológicas, biomédicas y fotocatálisis.

Palabras claves: Síntesis verde, Nanopartículas metálicas, Plasmones de superficie localizados


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Código: RF89 Tópico: ESP Modalidad: Póster

Estudio computacional de factores de intensificación de campo local y SERS mediante la teoría de Mie

J. E. Gómez1,2, F. R. Pérez1

1. Grupo de Óptica y Espectroscopía, Universidad Pontificia Bolivariana, Medellín, Colombia2. Programa de Ingeniería en Nanotecnología, Universidad Pontificia Bolivariana, Medellín, Colombia

RESUMEN:

La Espectroscopia Raman Intensificada por Superficie (SERS, por sus siglas en inglés) es una técnica basada en la amplificación de las señales Raman. Uno de los mecanismos de mejora se explica por la resonancia plasmónica de las nanoestructuras metálicas. Este trabajo consiste en el cálculo computacional, mediante la teoría de Mie, del factor de intensificación de campo local (LFIEF) y del factor de intensificación SERS (SERS EF) de una señal de dipolo eléctrico para una única nanoesfera metálica. Se analizaron diferentes tamaños de nanopartículas de plata, oro y aluminio suspendidas en etanol, N,N-dimetilformamida y cloroformo. Los resultados muestran que el pico de intensificación concuerda con la longitud de onda de excitación para la resonancia plasmónica respectiva de cada metal. Se evidencia que el tamaño de las nanopartículas influye en la magnitud de la intensidad obtenida, además, se observa que el cambio de medio en donde se encuentran suspendidas produce un corrimiento de los picos de intensificación. En el caso de las nanopartículas de aluminio se reporta un pico de intensificación alrededor de los 200 nm lo cual sugiere que este sistema podría ser útil como substrato SERS con una excitación en el ultravioleta.

Palabras claves: SERS, Campo Local, Intensificación, Teoría de Mie


Página 99

Código: RF83 Tópico: ESP Modalidad: Póster

Diseño metodológico para caracterización de la pegilación de proteínas probióticas mediante la técnica de elipsometría espectroscópica

Paula Durán Rodríguez1,

Cesar Aurelio Herreño

Fierro2

1,2 Universidad Distrital

Francisco José de Caldas

RESUMEN:

La PEGilación es una técnica mediante la cual se recubre con polietilenglicol (PEG) una molécula objetivo. Esta técnica es implementada generalmente con el fin de proteger la molécula objetivo en desarrollos orientados al diseño de medicamentos y tratamientos medicinales. Aunque existen diferentes protocolos de PEGilación, se desconocen las características de los recubrimientos logrados, en términos del espesor y el área cubierta. Tampoco existe información cuantitativa relacionada con los cambios que produce la PEGilación en la afinidad de las moléculas PEGiladas.

El Laboratorio de Caracterización Óptica de la Universidad Distrital tiene como objetivo caracterizar el recubrimiento con PEG de las proteínas producto del metabolismo de la bacteria bifidobacterium adolescentis tras diferentes procesos de PEGilación. Para esto se usa la técnica de elipsometría espectroscópica (EE) con la que es posible medir, entre otras, el índice de refracción complejo de los materiales. Las películas delgadas y las multicapas son los sistemas más beneficiados de las ventajas que ofrece esta técnica, ya que su extraordinaria sensibilidad permite medir películas de tan sólo algunos angstroms de espesor. La técnica es muy versátil incluso para muestras orgánicas, ya que no es destructiva, ni invasiva, ni requiere de tratamientos de preparación de la muestra para su caracterización.

En este trabajo se presenta el diseño metodológico de un estudio en el que a partir de la implementación de teorías de aproximación de medio efectivo en el análisis de datos elipsométricos, se medirán, por una parte, las constantes ópticas de la solución salina en la que vienen suspendidas las proteínas PEGiladas, así como las constantes ópticas del PEG y de las proteínas probióticas. Este diseño muestra cómo se determinarán las características de la PEGilación en términos del espesor y el área del recubrimiento en la proteína.

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Palabras claves: Elipsometría espectroscópica, Teorías de Aproximación de Medio Efectivo, Polietilenglicol, PEGilación.


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Código: RF73 Tópico: ESP Modalidad: Oral

Estudio teórico y computacional de la estructura electrónica de puntos

cuánticos basados en nanoestructuras de carbono

Alexander León Ramirez1,2, Freddy R. Pérez1

1Grupo de Óptica y Espectroscopía, Universidad Pontificia Bolivariana

1Programa de Ingeniería en Nanotecnología, Universidad Pontificia Bolivariana

RESUMEN:

Las nanoestructuras de carbono han atraído gran atención de científicos e ingenieros por sus propiedades mecánicas, ópticas, electrónicas y optoelectrónicas y por la posibilidad de controlarlas mediante diversas técnicas de síntesis, así como por la existencia de múltiples procesos que permiten su modificación química y física. En particular, los puntos cuánticos basados en nanoestructuras de carbono presentan, entre otras, propiedades fluorescentes que son prometedoras para aplicaciones tecnológicas de gran impacto. La modelación teórica y computacional, no solo de estas nanoestructuras, sino de sus propiedades ópticas, permiten predecir su respuesta a la interacción con la radiación electromagnética. Lo anterior proporciona información útil que permite mejorar procesos de síntesis y de esta manera optimizar las propiedades deseadas del nanomaterial de modo que experimentalmente se aproxime a dar la respuesta deseada. En este trabajo se reporta un estudio teórico y computacional de las propiedades optoelectrónicas asociadas a puntos cuánticos fluorescentes de grafeno. Se analiza el efecto de la geometría y del número de átomos de carbono del punto cuántico sobre el ancho de la banda prohibida del material, por lo tanto, sobre su banda de absorción óptica.

Palabras claves: Puntos cuánticos, grafeno, enlace fuerte, fluorescencia.


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Estudio solvatocrómico de derivados de la Trifenilamina: Estimación de

la diferencia del momento de dipolo permanente

Carlos S. Ferias1, Amelis Bustamante1, Oscar L. Neira1, Oriana I. Avila1, Rubén D. Fonseca1

1Departamento de Física, Universidad Popular Del Cesar, 2000004 Valledupar, Cesar, Colombia

RESUMEN:

Existe gran interés por estudiar las propiedades ópticas de los materiales orgánicos debido a

que son relativamente fáciles de sintetizar y con excelente integrabilidad en dispositivos,

además, presentan una rápida respuesta óptica lo que los hace atractivos para aplicaciones en

fotónica. El efecto solvatocrómico permite analizar el microentorno molecular y ofrece

información de la naturaleza de los estados responsables de las transiciones ópticas de estos

materiales. En este contexto, en la presente investigación se realizó un estudio

solvatocromico de tres moléculas derivadas de la trifenilamina (donor) ligadas a tres grupos

moleculares aceptores de electrones; Cianobenceno (molécula I); Cianopiridina (molécula

II) y Dicianobenceno (Molécula III), donde se midieron y analizaron sus espectros de

absorción y fluorescencia; se correlacionó la diferencia de los picos máximos de absorción y

emisión en número de onda (𝛥𝜈) con la función de polaridad de Onsager (𝛥𝐹) de cuya

pendiente, se estimó la diferencia del momento dipolar permanente (𝛥𝜇) de cada derivado a

través del modelo de Lippert-Mataga. Para las tres moléculas, se observó un desplazamiento

de Stokes hacia el rojo en la medida que se aumentó la polaridad del medio exhibiendo así

un solvatocromismo positivo, revelando que el momento dipolar permanente del primer

estado excitado (𝜇𝐸) es mayor que el del estado fundamental (𝜇𝐺). En cuanto a los valores

obtenidos para estas diferencias (Δ𝜇) en todas las moléculas, se estima que son

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moderadamente altos; sugiriendo que existe una gran movilidad electrónica en todo el

compuesto orgánico llevando a inferir que los compuestos presentarán un mayor efecto en

las propiedades ópticas no lineales.

Palabras clave: Absorción. Fluorescencia. Solvatocromismo. Trifenilamina. Diferencia de momento dipolo permanente.


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Aplicación de la técnica LIBS en estudio del agua en el sendero “El Limón” del municipio de Palmar de Varela -Atlántico

1.L. Corado1, 2.J. Álvarez2, 3. P. Pacheco2 4. A. Ghisays2

1Estudiante programa de Maestría en Ciencias Física, Universidad del Atlántico

2Profesor programas de Física, Universidad del Atlántico

RESUMEN:

En este trabajo se presenta la aplicación de Espectroscopia de Plasma Inducido por Láser (LIBS) como método complementario para el estudio y caracterización de un plasma producido por un láser pulsado de Nd:YAG enfocado sobre una muestra de agua subterránea del sendero “El Limón” del municipio de Palmar de Varela – Atlántico. Para llevar a cabo el estudio primeramente se utilizó la técnica Geofísica de Sondeo Eléctrico Vertical (SEV), con la finalidad de identificar acuíferos subterráneos en la zona de estudio, posteriormente se extrajeron las muestras de agua para luego llevar a cabo un análisis y de esta manera caracterizar el agua y establecer el tipo de uso que puede darse a la misma. La radiación del láser sobre la muestra se enfocó utilizando una lente convergente de 12 cm de distancia focal, la energía por pulso fue de aproximadamente 60 mJ, la humedad relativa del ambiente fue de 55% con una temperatura de 24°C. Los espectros del plasma laser sobre la muestra fueron registrados con un espectrógrafo tipo Echelle acoplado a una cámara ICCD dentro de la región espectral de 200-950 nm. Se realizó una asignación espectral de las líneas encontradas con el fin de identificar los elementos presentes en la muestra y se compararon con los espectros tomados de fuentes espectrales conocidas como: plasma-laser en Aire, Muestra patrón de Aluminio con diferentes trazas de elementos y una fuente de calibración espectral de Hg/Ar.

Palabras claves: Plasma-Laser, análisis espectral, Sondeo Eléctrico Vertical,

contacto: [email protected], Correo electrónico de [email protected]

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Diseño y construcción de un espectrofotómetro para demostraciones de

espectroscopia óptica

Efraín A. Herrera1, Victor M. Arroyo1, Oscar L. Neira1, Ruben D. Fonseca1, Oriana I. Avila1

1Departamento de Física, Universidad Popular Del Cesar, 2000004 Valledupar, Cesar, Colombia

RESUMEN:

Este trabajo describe el diseño y construcción de un espectrofotómetro para demostraciones cualitativas y cuantitativas de espectroscopia óptica, como parte fundamental en los cursos de física de la educación media, de pregrado en física, química y algunas ingenierías. Para la construcción del espectrofotómetro fue utilizado una rendija (Simple), una red de difracción de 1000 líneas/mm y un sensor lineal (TSL1402R) controlado por una placa de Arduino MEGA, que además permite visualizar el espectro. Para la calibración del sistema se hizo uso de un puntero láser rojo (𝜆 = 642 𝑛𝑚), uno verde (𝜆 = 532 𝑛𝑚) y un azul (𝜆 =405 𝑛𝑚) y para evitar la saturación del sensor, se utilizó un filtro de las gafas de cine 3D. Para demostrar el potencial del espectrofotómetro aquí presentado, este fue usado para la visualización de los espectros que generan diferentes fuentes de luz de uso doméstico, los espectros son mostrados en tiempo real por el serial plotter del Arduino IDE y analizados posteriormente por OriginLab. Los datos experimentales mostraron el rendimiento del espectrofotómetro y los resultados reproducen a los encontrados en la literatura. Esto permitirá la realización de demostraciones de los principales conceptos envolviendo espectroscopia de emisión y absorción de la luz visible y un aparato de fácil acceso económico de la mayoría de las instituciones de educación.

Palabras claves: Espectroscopia óptica. Espectrofotómetro. Red de difracción. Arduino.

Correo electronico de contacto: [email protected]

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Código: RF14 Tópico: DFD MOdalidad: Oral

Análisis exergético de un colector solar cilindro-parabólico como fuente de energía con múltiples propósitos en el Departamento de La Guajira

J. Mendoza C1, E. Alfaro1, J. Vilardy2, M. J. Bastidas3, J. Sierra Ortega4

1Estduiante Doctorado en Ciencias Físicas. SUE-CARIBE. Grupo GIFES. Universidad de La Guajira, Km 5 vía Maicao. Colombia

2 Facultad de Ciencias Básicas. Grupo GIFES. Universidad de La Guajira, Km 5 vía Maicao. Colombia

3Facultad de Ingeniería. Grupo DESTACAR. Universidad de La Guajira, Km 5 vía Maicao. Colombia

4 Facultad de Ciencias Básicas. Grupo CMT. Universidad del Magdalena. Colombia

RESUMEN: En el presente trabajo se describen bases teóricas que fundamentan el análisis exergético de los colectores solares cilindro-parabólico (CCP), para fines de múltiples aplicaciones en el Departamento de La Guajira. El análisis inicia con la descripción de los elementos teóricos que definen el análisis energético de los colectores solares cilindro parabólico. A continuación, se analizaron los elementos a considerar para realizar el balance exergético de estos colectores. Los resultados permitieron establecer el procedimiento metodológico para la realización del análisis exergético de los CCP, además se definieron las variables o factores que determinan la eficiencia energética de los mismos, teniendo en cuenta la radiación solar en distintas ubicaciones en el Departamento de La Guajira, así como las causas y factores que originan las pérdidas de energía.

Palabras claves: Exergía, Colectores Solares, eficiencia térmica, eficiencia exergética.


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Código: RF15 Tópico: DFD Modalidad: Oral

Aplicación de un método de interferencia multi-ruta para el análisis de fenómenos ópticos en sistemas de resonadores fotónicos acoplados.

Juan José Arango1, Pedro Ignacio Torres1.

1 Grupo de Fotónica y Opto-electrónica, Escuela de Física, Universidad Nacional de Colombia - Sede Medellín.

RESUMEN:

Los resonadores fotónicos son de especial interés tecnológico al ofrecer una plataforma conveniente para el estudio y explotación de fenómenos no-lineales y cuánticos, donde se aprovecha la fuerte interacción luz-materia alcanzada en los sistemas resonantes; además, su posible integración en chips nanofotónicos maximiza el impacto y facilita el ingreso al mercado de sus aplicaciones, al conseguirse alta reproducibilidad y escalabilidad de manufactura. La interacción de múltiples resonadores fotónicos da lugar a interesantes fenómenos ópticos, que pueden utilizarse para realizar ingeniería sobre la dispersión, la respuesta espectral y la distribución energética de la radiación que se confina en el resonador. Con esta motivación, este trabajo realiza un estudio semi-analítico monocromático para sistemas resonantes, que permite desarrollar una eficiente herramienta de diseño de dispositivos y un método novedoso para el análisis de procesos ópticos en sistemas resonantes. Partiendo del método de matrices de transferencia, se realiza un replanteamiento analítico matricial, basado en grafos, que consigue descomponer la distribución de campo estacionaria en múltiples rutas simples de propagación; lo cual se ha encontrado que posibilita la realización de análisis que extienden la comprensión de los fenómenos ópticos que subyacen tras el comportamiento de algunos dispositivos, y se espera que pueda servir como base para el desarrollo de técnicas de análisis y simulación más avanzadas enfocadas en la optimización de diseños o la paralelización de cómputos. Finalmente, se estudian algunos ejemplos de validación e ilustración, que demuestran la convergencia del método en soluciones conocidas y ejemplifican posibles implementaciones para el estudio de las dependencias entre las propiedades ópticas del dispositivo resonante, y sus parámetros de diseño.

Palabras claves: resonadores fotónicos, cavidades acopladas, interferencia multi-ruta, propiedades espectrales, modelamiento óptico.


Página 108 Código: RF95 Tópico: DFD Modalidad: Oral

Implementación de una Interface para un Perfilador Láser

Francisco Juan Racedo N1, Mario R Montero H2

1Grupo GEOEL, Programa de Física, Universidad del Atlántico, Colombia

2Estudiante Grupo GEOEL, Programa de Física, Universidad del Atlántico, Colombia

RESUMEN:

Con el fin de determinar el perfil geométrico de un haz láser y parámetros tales como la cintura, excentricidad, posición, diámetros del centroide y demás características espaciales, sedesarrolló y optimizó una interfaz gráfica en conjunto con un perfilador láser. El software es capaz de analizar una fotografía frontal, tomada por un dispositivo móvil o cámara digital de cualquier referencia (rango espectral de 350-1050 nm), de un haz de luz láser que incida sobre el sensor. Para determinar estos parámetros se hizo necesario conocer información detallada de dichos dispositivos como las características del lente, la geometría y tamaño de los pixeles. Con un montaje simple que incluye un conjunto de filtros ND, el láser a caracterizar y la cámara CCD o CMOS se determinaron los parámetros. Los resultados fueron comparados con los obtenidos por un Perfilómetro comercial Newport LBP-1-USB, en donde se utilizo un láser verde de 532 nm y uno rojo de 632 nm, permitiendo corroborar que la interfaz desarrollada y el montaje funcionan apropiadamente, incluso con mejoras notables en aspectos como una mejor visualización de las imágenes procesadas, posibilidad de ajuste de la curva de correlación por parte del usuario mediante la utilización del método ISO-11146 2021 de varianza que permite disminuir el ruido alrededor del centroide. La interfaz fue desarrollada en Phyton.

Palabras claves: Centroide, Phyton, Perfilometro, Interfaz, Pixel


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Supercontinuum generation source by means of erbium-doped fiber laser using monolayer

graphene as saturable absorber

Daniel Humberto Martínez Suárez1, Jhon Anderson Lopera Cortes1, Juan Diego Zapata Caro1

University of Antioquia, Engineering Faculty GITA 1

ABSTRACT:

Monolayer graphene has been the most important 2D material for many optical applications. In fact, monolayer graphene presents broad absorption spectrum about 2,3% and high electronic mobility. Besides, the strong interaction of graphene with light generates different nonlinear effects such as, saturable absorber and Kerr optical effect. Hereafter, graphene´s properties as high modulation deep and low saturable intensity permit to design ultrashort source with high performance. In this work, we generated broadband supercontinuum in highly nonlinear fiber (HNLF-2 m) with a passively mode-locked erbium doped fiber based in monolayer graphene as saturable absorber. The supercontinuum spectrum bandwidth was of 362 nm with a mean power of 40mW, this supercontinuum can be used to multiple application in spectroscopy and engineering.

Keywords: Supercontinuum, graphene, fiber laser, ultrashort pulses

Contact e-mail: [email protected]

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Código: RF56 Tópico: DFD MOdalidad: Oral

Prototipo de control de acceso con Smart Phone utilizando comunicación por luz visible

Fabio Vega1, Yuri Cáceres P. 1, Astrid Ramos D. 1

1Semillero de Optomecatrónica, Laboratorio de Óptica e informática, Universidad Popular del Cesar

RESUMEN:

La seguridad informática está ahondando en nuevos campos, la comunicación por luz a corta distancia es una de ellas debidos a sus ventajas respecto a medios tradicionales que utilizan radio frecuencia como es la no lectura desde distancias cercanas, funcionamiento solo cuando el usuario lo requiere y comunicación a corto alcance ideal para aplicaciones de seguridad y control de acceso entre otras. En el presente trabajo se presenta los avances realizados en el prototipo de control de acceso con Smart Phone utilizando comunicación por luz. La etapa actual del proyecto está en el diseño del sistema de adquisición de datos conversión óptica eléctrica y pruebas de máxima velocidad de transmisión utilizando el hardware Flash y pantalla de un dispositivo móvil Android promedio. Se probaron tres diferentes conversores óptico-eléctricos obteniendo mejor resultado con una LDR (Resistencia que depende de la luz) o fotorresistencia, luego se procedió hacer una App para controlar la luz del flash de la cámara de celulares Android la cual se probó en tres diferentes marcas de celulares con diferentes características, con lo cual se comprueba que la frecuencia máxima de saluda del flash depende del tipo de teléfono alrededor de unos 140Hz, pero en todos se lograron tener frecuencias de 60Hz, por lo que el diseño del dispositivo se centrara para trabajar en frecuencias bajas.

Palabras claves: Control de acceso por luz, Seguridad, optoelectronica


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Efecto de la configuración geométrica de un fotoelectrodo en un reactor para descontaminación de aguas residuales, sobre la pérdida de

intensidad de radiación y la transferencia de masa

Juan Pablo Cortés1, Daniel Borrás2, Dora Carmona2, Wilber Silva1

1, Grupo de Investigación en Óptica y Espectroscopía, Universidad Pontificia Bolivariana. Medellín.

2, Grupo de Investigaciones Ambientales, Universidad Pontificia Bolivariana. Medellín.

RESUMEN:

Un campo de aplicación en el que los materiales fotosensibles son fundamentales, es la fotoelectrocatálisis para el tratamiento terciario de aguas residuales debido a su alta capacidad de mineralización de contaminantes persistentes. Pero, para optimizar la fotoelectrocatálisis se requiere definir algunos parámetros del diseño de foto-reactores, como la distancia óptima entre la ventana de ingreso de radiación y el fotoelectrodo y la conformación del fotoelectrodo para maximizar la transferencia de masa, entre otros.

Se realizó un estudio computacional del efecto de la distancia en la pérdida de intensidad de radiación y en la velocidad de transferencia de masa. Se evaluaron dos configuraciones geométricas del fotoelectrodo denominadas, malla expandida (EME) y malla tejida (EMT), y para cada configuración se varió la distancia (1, 4 y 10 mm). Se determinó teóricamente la velocidad de transferencia de masa mediante simulación por Dinámica de Fluidos Computacional de una disolución de agua y colorante Rojo Reactivo 239 (RR239) en régimen laminar (Reynolds 174-196) en ANSYS Fluent. Se encontró que EMT genera mayor velocidad de transferencia de masa que el EME, asimismo, para ambos tipos de electrodos un mayor valor de incrementa la velocidad de transferencia de masa hasta un valor de 2,28x10-6 m/s y 1,88x10-6 m/s, para EMT y EME, respectivamente. Sin embargo, se identificó que con un de 10 mm la pérdida de intensidad de radiación aumenta significativamente en la región del visible (>95%) y en el UV (>80%) para aguas con una concentración mayor o igual de 100 mg/L, siendo aplicable un de 10 mm para concentraciones bajas (<10 mg/L). En conclusión, el EMT parece ser una geometría de soporte para el fotoelectrodo prometedora para aumentar la velocidad de transferencia de masa incluso en bajos valores de , el valor de este último dependerá del espectro de absorción del fotocatalizador.

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Palabras claves: Fotoelectrocatálisis, Dinámica de Fluidos Computacional-CFD, Rojo Reactivo 239, foto-reactor.


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Código: RF77 Tópico: DFD Modalidad: Póster

Diseño de un Sistema de Estabilización Láser Basado en un Multiplicador Analógico de Cuatro Cuadrantes para aplicaciones en Espectroscopía

Láser y Metrología.

J. Álvarez1, P Pacheco 1, R. Sarmiento1

1Profesor Universidad del Atlántico, Grupo de Espectroscopía Óptica de Emisión y Laser, GEOEL

RESUMEN:

Los diodos láseres son las fuentes espectrales preferidas para aplicaciones como Metrología, Espectroscopía de alta resolución o Interferometría, por su relativo bajo costo, diseño compacto y potencia de salida. Sin embargo, la luz que emiten los diodos láseres trabajando en modo libre presenta diferentes tipos de ensanchamiento espectral y corrimiento en frecuencia, determinados por factores externos como la temperatura, la corriente o vibraciones mecánicas y resultan de poca utilidad. Una forma de estrechar el ancho espectral de un diodo láser es extender la cavidad usando retroalimentación óptica, por ejemplo, con una red de difracción, esto permite obtener anchos de línea menores a 1 MHz. Aplicaciones como las citadas al inicio no sólo requieren de un ancho de línea estrecho sino también de la estabilización en frecuencia del haz láser. La estabilización en frecuencia puede hacerse usando una referencia relativa, por ejemplo, el perfil de transmisión o reflexión de una cavidad óptica tal como la de un interferómetro Fabry-Perot o una referencia absoluta como una transición atómica o molecular. En ambos casos se requiere de técnicas de modulación y detección en fase que permitan obtener una señal de dispersión cuya forma sea proporcional a la derivada de la señal del perfil de referencia, luego, con ayuda de un controlador PID es posible mantener el láser estabilizado justo en el tope de esa transición. La implementación de este tipo de técnica requiere el uso de equipamiento en ocasiones complejos, costosos y voluminosos. Como una alternativa a estas dificultades, se diseñó un sistema de estabilización láser para un láser de cavidad extendida basado en un circuito multiplicador analógico de cuatro cuadrantes, el sistema incluye la modulación láser por medio de un espejo acoplado a un actuador piezoeléctrico y la demodulación con ayuda de un circuito integrado multiplicador de cuatro cuadrantes. El sistema permitió obtener una señal de dispersión con una excelente relación señal ruido que hizo posible estabilizar el láser a una transición de la estructura hiperfina del Rubidio.

Palabras claves: Diodo láser con cavidad extendida, multiplicador analógico, estabilización láser.


Página 114 Código: RF96 Tópico: DFD Modalidad: Oral

Estudio experimental y computacional del efecto Fototermal Plasmónico en

nanoestructuras de oro en función de su morfología y de los parámetros

ópticos de irradiación

Juan H. Serna 1, Yuliet M. Montoya2, Daniel Martinez 1, Carlos A. Bustamante 3, Whady F. Flórez4 ,

Raúl A. Valencia5, Jesica Alexandra Arismendi Villa5, Juana Maria Jovel Muñoz5

, 1Grupo de Óptica y Espectroscopía. Universidad Pontificia Bolivariana. Medellín. Colombia. E-Mail:

[email protected]

2 Grupo de Dinámica Cardiovascular. Universidad Pontificia Bolivariana. Medellín. Colombia. E-Mail:

[email protected]

3Grupo de Energía y Termodinámica. Universidad Pontificia Bolivariana. Medellín. Colombia. E-Mail:

[email protected]

4Grupo Optimización Matemática De Procesos: OPTIMO. Universidad Pontificia Bolivariana. Medellín.

Colombia. E-Mail: [email protected] 5 Grupo de Automática y Diseño A+D. Universidad Pontificia Bolivariana. Medellín. Colombia. E-Mail:

[email protected]

RESUMEN:

La terapia fototermal plasmónica (PPTT), ha tomado gran relevancia en los últimos años en cuanto

al manejo clínico de tumores cancerígenos tipo adenocarcinoma. Esta terapia utiliza los efectos

plasmónicos generados por irradiación con longitudes de onda específicas en nanoestructuras

metálicas para producir, entre otros efectos, el aumento de temperatura en la superficie de la

nanopartícula, el cuál puede utilizarse para inducir apoptosis o muerte celular por hipertermia en

un tejido cancerígeno. El propósito de este trabajo es determinar las propiedades ópticas y efectos

térmicos de nanopartículas de oro esféricas y nanobarras, sometidas a irradiación con láser, en

modelos experimentales y computacionales, para la predicción del daño y muerte de células

cancerígenas. Para esto se utilizaron nanaesferas de oro de diámetro de 21 ± 4 nm con un índice

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de polidispersidad del 0.036 y sintetizadas mediante reducción verde empleando como agente

reductor quitosano de alto peso molecular. También se usaron nanobarras de oro obtenidas por

reducción química con bromuro de hexadeciltrimetilamonio con un tamaño transversal de 11 ± 2

nm y longitudinal de 49 ± 8 nm. Ambas muestras fueron caracterizadas por espectrofotometría

UV-visible, espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier, microscopia electrónica de

barrido de emisión de campo y de transmisión. Para el proceso de irradiación óptica, se utilizaron

láseres con emisión en 532 nm y 1064 nm, en consonancia con los resultados obtenidos de la

espectroscopia UV-VIS para las nanoestructuras antes mencionadas y para generar el aumento de

temperatura se mantuvieron potencias promedio de 60 mW y tiempos de irradiación entre 20 y 30

minutos. A partir de las mediciones experimentales de temperatura, se validaron y compararon

esquemas computacionales basados en el método de volúmenes finitos (FVM) y de colocación con

funciones de base radial (RBF) para la solución numérica de la ecuación de calor incluyendo fuente

por radiación. Se pudo evidenciar experimentalmente el efecto de la forma y la concentración sobre

el incremento de la temperatura en la dispersión de nanopartículas.

Palabras claves: Hipertermia, síntesis de nanopartículas de oro, párametros de irradiación,

transferencia de calor, modelación y simulación.


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Código: RF87 Tópico: BIO Modalidad: Oral

Association between optical and histopathological parameters in the analysis of Cutaneous Leishmaniasis

Sara M. Robledo1, Javier Murillo1, Lina Restrepo2, Artur Zarzycki3, Maria Constanza Torres-Madronero4, Johnson Garzón5, July Galeano3.

1Program for the Study and Control of Tropical Diseases PECET, School of Medicine. Universidad de Antioquia. Medellín-Colombia.

2 Instituto Tecnológico Metropolitano, Medellín-Colombia.

3Grupo de Investigación Materiales Avanzados y Energía –MatyEr-. Instituto Tecnológico Metropolitano, Medellín-Colombia.

4Research group on Automatic, Electronic and Computational Science, MIRP Laboratory. Instituto Tecnológico Metropolitano, Medellín-Colombia.

5Grupo de Óptica y Espectroscopía, Centro de Ciencia Básica, Universidad Pontificia Bolivariana. Medellín-Colombia

RESUMEN:

Cutaneous leishmaniasis (CL) is a neglected parasitic disease that produces chronic skin ulcers. CL lack of instruments for diagnosis and treatment follow-up. Optical tools, such as spectrometers have been used for the analysis of pathologies such as vitiligo, colon cancer, as well as cutaneous ulcers caused by diabetes. However, the use of this instruments in CL has been limited. This article presents a preliminary study of the potential use of spectrometers in the analysis of CL in an animal model. Diffuse reflectance spectra were obtained from Golden Hamster inoculated with CL. Then, those spectra were processed by means of a light-tissue interaction mathematical model in order to obtain optical parameters related to the absorption and scattering coefficients of light in CL. Those parameters were correlated with histopathological ones, which were measured from biopsies obtained from the same hamsters. As a result, correlations were found between absorption/scattering optical parameters and inflammatory histopathological values, such as the scattering parameter related to the diameter of fibroblasts with the histopathological parameters of fibrosis, as well as the absorption parameter oxygen saturation with the granulation tissue histopathological parameter. These correlations agree with the healing process in CL and show that diffuse

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reflectance spectroscopy is a potential tool for the treatment follow-up of cutaneous ulcers caused by leishmaniasis.

Palabras claves: Cutaneous leishmaniasis, diffuse reflectance, light-tissue model, skin ulcer, follow-up.


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Comparison between clinical and computational method of surface measurements of skin ulcers caused by Cutaneous Leishmaniasis

Carolina Viloria1, Sergio Londoño1, Javier Murillo2, Sandra Perez3, July Galeano4, Artur Zarzycki4, Johnson Garzón5, Sara M. Robledo2

1Grupo de Investigación e Innovación Biomédica, Instituto Tecnológico Metropolitano, Medellín-Colombia.

2 Programa de Estudio y Control de Enfermedades Tropicales - PECET, School of Medicine, University of Antioquia Medellin-Colombia.

3Laboratorio de Imágenes Médicas, Departamento de Ingeniería, Pontificia Universidad Católica del Perú, Lima-Perú

4Grupo de Investigación Materiales Avanzados y Energía MatyEr. Instituto Tecnológico Metropolitano, Medellín-Colombia.

5Grupo de Óptica y Espectroscopía, Centro de Ciencia Básica, Universidad Pontificia Bolivariana, Medellín-Colombia

RESUMEN:

Cutaneous leishmaniasis is a neglected disease caused by an intracellular parasite of the genus Leishmania. The implementation of new techniques for its monitoring is increasing. This article presents a methodology based on photogrammetry for the follow-up and evaluation of skin ulcers caused by cutaneous leishmaniasis. Leishmaniasis was experimentally inoculated into golden hamsters, which were analyzed during and after treatment for four months. The follow-up of the evolution of the disease is carried out by taking clinical (manual) and computational measurements. The clinical data were obtained using a caliper, measuring directly on the ulcerated area and performing calculations of geometric approximations with sizes similar to the ulcerated area (square and elliptical). Computational data was obtained by Agisoft PhotScan software using a photogrammetry-based 3D reconstruction technique to model and extract information from the surface. Validation is carried out on the size of the cutaneous ulcerative areas under study, comparing the square and elliptical approximation of the area with that calculated by the software (total area of the 3D surface generated from the point cloud). This validation is performed by graphically comparing the trend in the variation of the ulcer area of each hamster, and an area correlation calculation (clinical vs computational

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measurements). As a result, 60% of the study population presents a strong correlation with a value of 0.8. We found that the computational technique allows physicians to provide a more reliable concept during ulcer healing follow-up.

Palabras claves: Cutaneous Leishmaniasis, 3D reconstruction, skin ulcer, follow-up.


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In-vivo hemoglobin absorption spectrum in the microcirculatory system with visible-light optical coherence tomography.

Carlos Cuartas-Vélez1,*, and Nienke Bosschaart1

1Biomedical Photonic Imaging Group, Faculty of Science and Technology,

University of Twente, P.O. Box, 217, 7500AE, Enschede, The Netherlands.

*Corresponding author: [email protected]

RESUMEN:

Hematologic disorders such as anemia or polycythemia manifest as an elevated or reduced hemoglobin content in blood. Diagnosis of such diseases requires subtraction of blood samples from the patients, which is a risk factor for vulnerable patients groups, including patients in intensive care units or preterm newborns. Visible-light spectroscopic optical coherence tomography (vis-sOCT) has emerged as a new technology to non-invasively assess spectral properties of blood. However, the applicability of vis-sOCT for in-vivo studies is limited by the high absorption of skin in the visible wavelength range and the limited imaging depth. In this work, we aimed to retrieve the absorption spectrum of blood from in-vivo measurements. We used a speckle decorrelation algorithm to find blood vessels located in the superficial microcirculation in the skin, and performed spectral analysis from the OCT signal to retrieve absorption spectra from located blood vessels. Our results show that, in the visible wavelength range, it is possible to reconstruct the absorption spectrum expected from blood and further retrieve the total hemoglobin concentration from such spectra.

Palabras claves: Optical coherence tomography, hemoglobin, absorption, blood.


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Código: RF32 Tópico: BIO Modalidad: Oral

Estudio de la dependencia de la conversión térmica generada en la superficie de nanobarras de oro por efecto de la irradiación en función de

las longitudes de onda de resonancia plasmónica.

Manuela Giraldo 1, Laura C. Ramirez 1,Yuliet M. Montoya2, Raúl A. Valencia3, Juan H. Serna1

1Grupo de Óptica y Espectroscopía. Universidad Pontificia Bolivariana Cq. 1 No. 70-01, Campo Laureles, Medellín, Colombia

.

2 Grupo de Dinámica Cardiovascular. Universidad Pontificia Bolivariana, Cq. 1 No. 70-01, Campo Laureles, Medellín, Colombia.

3 Grupo de Automática y Diseño A+D. Universidad Pontificia Bolivariana, Cq. 1 No. 70-01, Campo Laureles, Medellín, Colombia.

RESUMEN:

La terapia fototermal plasmónica (PPTT) es una alternativa prometedora para el tratamiento del cáncer, que emplea nanopartículas metálicas para inducir apoptosis o muerte celular por hipertermia en el tejido cancerígeno. Al irradiar estos agentes fototérmicos con una longitud de onda que coincide con su resonancia de plasmón localizado, las oscilaciones coherentes de los electrones en su banda de conducción posibilitan que la luz sea absorbida y posteriormente convertida en calor. En este trabajo se utilizan nanobarras de oro, las cuales exhiben dos bandas de absorción asociadas a su sección transversal y longitudinal, para estudiar la dependencia de la generación de calor en la superficie de las mismas en función de la longitud de onda de resonancia plasmónica. Para esto se irradiaron las nanobarras, obtenidas por reducción química con bromuro de hexadeciltrimetilamonio y con tamaños transveral y longitudinal de 11 ± 2 nm y 49 ± 8 nm respectivamente, con láseres cuyas longitudes de onda estuvieron centradas en 532nm y 1064 nm, durante un intervalo de 30 min. Los cambios de temperatura en función del tiempo se midieron con un sensor infrarrojo MLX90614 programado por medio de una plataforma Arduino y los resultados permitieron evidenciar como los picos de resonancia plasmónica influyen en la conversión fototérmica.

Palabras claves: Nanobarras de oro, hipertermia, terapia fototermal plasmónica.


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Reporte de la observación de la fotobiomodualción en Esherichia coli con láser supercontínuo

Nicolás Gutiérrez Franco2,3,4, Andrés Felipe Cruz Angulo2,3,4, Mariluz Gómez Rodríguez1,4, Óscar de Jesús Ramírez Góngora1,3.

1. Facultad de Ingeniería y Ciencias, Departamento de Ciencias Naturales y Matemáticas, PontificiaUniversidad Javeriana Cali.

2.Facultad de Ingeniería y Ciencias, Carrera de Biología, Pontificia Universidad Javeriana Cali.

3.Semillero Biophotonics, Carrera de Biología, Pontificia Universidad Javeriana Cali.

4.Semillero de Epigenética, Carrera de Biología, Pontificia Universidad Javeriana Cali.

RESUMEN:

La respuesta microbiana y celular a la irradiación por luz láser es un fenómeno conocido desde la misma invención del láser. Posteriormente, en Escherichia coli, se logró esclarecer una ruta de mecanismos responsables de la fotobiomodulación a nivel fisiológico. Las respuestas fisiológicas inducidas en E. coli consisten en la observación de un aumento en el número de células viables entre cultivos irradiados y cultivos de control, esto se debe a el aumento de la fuerza protón-motriz (PMF) como resultado de la excitación del átomo de hierro en los grupos hemo de los citocromos bd y bo, y el átomo de cobre en el citocromo bo por parte de la luz, este aumento en el número de células viables se cuantifica a través de la medición de la densidad óptica (@ 600 nm) via espectrofotometría, de acuerdo con esto, los cultivos irradiados presentan una mayor densidad óptica que los cultivos de control durante las primeras dos o tres horas de la fase de crecimiento exponencial. En el presente trabajo se presentan los resultados experimentales de comparación con el trabajo seminal de Karu (2007) para una fuente láser de HeNe y nuestra propuesta de extensión a una fuente láser supercontínua pulsada para cuatro longitudes de onda distintas (570, 622, 633 y 733 nm). Nuestras observaciones nos muestran coincidencia en la observación del fenómeno de la fotobiomudulación para las características novedosas de la fuente láser utilizada, para dar cuenta de ello se construyó una curva de crecimiento a partir de los valores de absorbancia de los cultivos irradiados y de control registrados a cada hora durante un periodo de cinco horas.

Palabras claves: Fotobiomodulación, Escherichia coli, luz láser, crecimiento bacteriano.


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