Author: Anna Shlyagina

Propagación de pulsos de luz en un lazo cerrado resonante de fibra óptica dopada con erbio

Slow and fast light propagation in the closed-loop cavity controlled by saturation of erbium doped fiber

Anna Shlyagina (2013)

Se presentan los resultados del estudio sobre la propagación de luz modulada en intensidad en una configuración de lazo cerrado de fibra óptica con un segmento de fibra dopada con erbio incorporado a éste. Existen tres regímenes de operación de la cavidad resonante de este tipo: undercoupling (con la transmitancia del lazo t menor que la transmitancia del acoplador κ), acoplamiento ideal (t=κ) y el régimen overcoupling (t>κ). Es bien conocido que controlando las pérdidas dentro del lazo (t) y modificando el acoplamiento con la cavidad es posible cambiar el retraso temporal de la señal trasmitida y pasar de un retraso a un adelanto de pulsos de luz. Primeramente se estudió una cavidad formada únicamente de fibra óptica convencional monomodo y, en particular, la influencia de la polarización de la luz incidente, la longitud de lazo cerrado y la atenuación dentro del anillo. Así mismo se observó la propagación de la señal con longitud de onda resonante bajo los regímenes overcoupling y undercupling en donde las pérdidas dentro de lazo cerrado fueron controladas mecánicamente mediante el doblez de la fibra. La parte original de este trabajo es que la transmitancia del lazo cerrado fue controlada ópticamente por la intensidad de la potencia de luz incidente la cual cambia la saturación de fibra dopada con erbio. Se estudió la saturación de fibra dopada y la propagación de la luz modulada a través de esta configuración resonante en donde variando la potencia incidente al lazo se pudo observar los tres regímenes de operación principales. Se obtuvo como resultado, un cambio controlado de adelanto de la señal óptica de salida en el régimen overcoupling y un retraso en el undercoupling. Los datos experimentales fueron validados con el análisis teórico, obteniendo una buena concordancia entre ellos.

This thesis presents original results on study of propagation of modulated intensity signals in fiber optic system containing a close-loop resonator with an incorporated section of the Er-doped fiber. There are three operating regimes of the resonant cavity of this type: undercoupling (transmittance of the loop,t, is less than coupler transmittance, κ), ideal coupling (tκ=) and the overcoupling regime (tκ>). It is well known that controlling the losses within the loop (t) and varying the coupling of the cavity is possible to modify the time delay of the transmitted signal and change from a delay to an advancement of the light pulse. Firstly, a resonator formed by only a conventional single-mode optical fiber was studied. The influence of the polarization of light, length of the loop resonator, attenuation within the ring and others effects were analyzed. Also the propagation of a signal inside the loop under these three regimes was investigated. The losses within the system were created mechanically by bending the optical fiber. The original part of this work is the fact that the closed loop transmittance was optically controlled by the intensity of incident light power which changes the saturation of erbium-doped fiber. The light signal propagation through this configuration was studied. Varying the incident power allowed us to observe all three regimes of the cavity operation. It was demonstrated an advance of the output signal in the overcoupling regime and delay of the signal in undercoupling regime The experimental data were compared with theoretical data and a good agreement between them was obtained.

Master thesis

Fast-slow light,Light pulses,Closed loop optical resonator,Regime overcoupling,Propagación de luz modulada,Fibra dopada con erbio,Régimen undercoupling,Régimen overcoupling,Resonador óptico de lazo cerrado,Pulsos de luz,Propagation of modulated light,Erbium doped fiber,Regime undercoupling CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ÓPTICA ÓPTICA

Investigaciones en inmunosensores basados en resonancias ópticas

Investigations in immunosensors based on optical resonances

ANNA SHLYAGINA (2020)

Los biosensores ópticos constituyen herramientas importantes en varias áreas de la ciencia y la tecnología y se han vuelto especialmente útiles en áreas de investigación biomédica. En esta tesis se presenta un trabajo de investigación sobre inmunosensores ópticos, en el que se ha buscado alcanzar resultados originales en el sensado óptico y en el uso de nuevos elementos de reconocimiento (anticuerpos tipo VNAR). En la búsqueda de nuevos métodos de sensado, se han explorado las resonancias que ocurren en estructuras dieléctricas de alto índice. Utilizando técnicas de litografía de haz de electrones y erosión iónica reactiva, se fabricaron arreglos periódicos de nanocilindros de silicio sobre una capa de dióxido de silicio y un sustrato de silicio. Debido a que los cilindros resultaron ser más cortos de lo esperado, no logramos observar resonancias que pudieran ser utilizadas en aplicaciones de sensado. Sin embargo, las muestras fabricadas presentaron efectos ópticos interesantes que fueron estudiados experimentalmente y modelados teóricamente. La luz reflejada por las muestras presenta un patrón de difracción que está modulado por una envolvente de anillos oscuros, cuya posición no depende del ángulo de incidencia. Estas observaciones, proveen indicios sobre el tipo de procesos de esparcimiento que ocurren en las muestras y nos permitieron proponer un modelo óptico simplificado del sistema bajo estudio. Empleando este modelo y un tratamiento teórico basado en las ecuaciones reducidas de Rayleigh, fue posible producir resultados numéricos que concuerdan razonablemente bien con los resultados experimentales. Para la investigación sobre los anticuerpos como elementos de sensado fue necesario armar y caracterizar un sensor plasmónico tipo Kretschmann. La parte óptica del sensor emplea como elementos fundamentales un prisma de vidrio y una película de oro, mientras que para los elementos de reconocimiento se utilizaron tanto anticuerpos comerciales de ratón, como secciones de anticuerpos de tiburón producidos en el Departamento de Innovación Biomédica del CICESE. Los anticuerpos de ratón se pueden anclar sobre la superficie sensora (película de oro) siguiendo métodos convencionales (ensamble por monocapas) pero, dado que los anticuerpos de tiburón tienen una estructura diferente, fue necesario explorar un método propio para anclarlos. Utilizando como proteína blanco la proteína del factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF), se realizaron comparaciones ...

Optical biosensors constitute important tools in several areas of science and technology, and have become particularly useful in biomedical research areas. This thesis reports the results of a research project in the area of immunosensors, in which the main aim was to produce original contributions on the optical methods of sensing, and on the kind of antibodies employed as detection elements. In our search for new sensing methods, we tried to exploit the resonances that occur in high-index dielectric structures. Employing electron beam lithography and reactive ion etching techniques, we fabricated periodic arrays of silicon nanocylinders over a layer of silicon dioxide supported by a silicon substrate. As the cylinders turned out to be shorter than expected, we were unable to observe resonances that could be useful for sensing purposes. Nevertheless, the fabricated samples displayed interesting optical effects that were studied experimentally and modeled theoretically. The light reflected by the samples produced a diffraction pattern that was modulated by an envelope of concentric dark rings, whose position was independent of the angle of incidence. These observations provide indications on the type of scattering processes that occur in the samples, and allowed us to propose a simplified optical model of the system under study. Using this model and a theoretical approach based on the reduced Rayleigh equations, we were able to produce numerical results that agree reasonably well with the experimental ones. For the studies of the antibodies as the sensing elements, it was necessary to implement and characterize a Kretschmann-type plasmonic sensor. The optical part of the sensor employs, as basic elements, a glass prism and a thin film of gold, while for the sensing elements, we used commercial mouse antibodies, and sections of shark antibodies (VNAR) that were produced in the Biomedical Innovation Department of CICESE. The mouse antibodies can be immobilized on the sensing surface following conventional methods but, given that the shark antibodies have a different structure, it was necessary to develop our own method for immobilizing them. Employing the Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) protein as the target protein, we carried out experiments to compare these two types of immunosensors. Due to the strong bond between the shark antibodies and the sensing surface, the response of the sensor based on these antibodies for the detection of the VEGF ...

Doctoral thesis

inmunosensores, anticuerpos de tiburón, VNAR, resonancias plasmónicas, dieléctricos de alto índice inmunosensors, shark antibodies, VNAR, plasmonic resonances, highindex dielectrics CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ÓPTICA OPTICA FÍSICA OPTICA FÍSICA