Sèrie: Light Research Café: Junior Explosion!

Indices of polarimetric purity: application in biological tissues

Accés obert
14 de maig 2021
Complete characterization of biological samples is of potential interest in different industrial and research areas, as for instance, in biomedical applications, for the recognition of organic structures or for the early detection of some diseases. During the last decades, polarimetric methods are experiencing an increase of attention in the study of biomedical tissues, and they are nowadays used in such framework to provide qualitative (polarimetric imaging) and quantitative (data processing) information for the studied samples. Polarimetric methods are based on the analysis of polarization modifications produced by lightmatter interactions which can be triggered by a number of complex internal processes but can be roughly understood as the result of the combination of three pure polarimetric features of the sample: its diattenuation, retardance and depolarization. To describe the depolarization sample behavior, we use the Indices of Polarimetric Purity (IPP): related with the randomness of the scattering processes, IPPs provide more information of depolarizing systems than the widely used depolarization index, 𝑃∆, which further synthetizes the depolarization content of samples. As a result, IPPs allow the revelation of some structures from tissue samples (animal and vegetal) hidden in regular intensity images of even in the 𝑃∆ channel, leading to better tissue classification results.

Nuevo software para la comparación de gamas de color

Accés obert
14 de maig 2021
En la industria del color es muy importante conocer la gama de colores de un dispositivo. Mediante la comparación de gamas podemos evaluar el efecto que tiene el uso de distintas tintas, papeles, fuentes de iluminación o dispositivos de impresión en el color obtenido. Existen diversos programas que realizan esta comparación, pero tienen inconvenientes. Por ello hemos desarrollado y validado un software para comparar gamas de color generadas por impresoras. El software representa las gamas simultáneamente en el espacio 3D CIELAB, además de calcular su volumen. Para validar nuestro software hemos realizado un doble análisis. Por un lado, hemos comparado los resultados obtenidos a partir de nuestro software y los obtenidos con otros métodos de comparación, como la representación en diferentes espacios de color. Por otro lado, hemos usado el programa ICC3D para comparar las representaciones de las gamas con las de nuestro programa, además del volumen. Con ambos programas las conclusiones fueron similares, aunque nuestro software presenta algunas ventajas, permitiendo distinguir diferencias entre las gamas que mediante otros métodos no se discriminaron. Este nuevo software va a permitir el estudio de la influencia de distintos factores en la reproducción del color, permitiendo conocer las condiciones para conseguir la mejor calidad posible

Multispectral imaging of healthy and diseased red blood cells using confocal microscopy

Accés obert
14 de maig 2021
Red blood cells (RBCs) alterations can cause very severe blood diseases. In thalassemia, the production of hemoglobin polypeptide chains is unbalanced. This causes no symptoms or small blood count alterations in patients with less important genetic mutations, or severe anemia and high morbi-mortality in the most severe cases. Traditional techniques do not perfectly discriminate among different thalassemia degrees and most patients need to undergo genetic studies. Authors have tried alternatives to analyze RBCs, collecting their emission and absorption spectral traits with spectrometers and spectrofluorometers. Multispectral imaging with confocal microscopy allows capturing both tridimensional and spectral information. In this study we are using confocal spectral imaging to analyze RBCs from patients with different degrees of alpha-thalassemia and iron deficiencies. The instrument, a Leica TCS SP8 confocal microscope has high sensitivity hybrid cameras, a diode laser and a white laser combined with an acoustic-optic tunable filter. RBCs exhibited autofluorescence when excited at 405 nm. The mean emission intensities at 502 nm, 628 nm and 649 nm allowed us to discriminate between different etiologies.

Effective medium theories for nanocomposite characterization

Accés obert
14 de maig 2021
A methodology to retrieve the dielectric function of a nanocomposite from infrared spectroscopy is presented. The use of effective medium theories allows treating the optical response of a multi-phase composite as that of a single phase with an effective response that is a complex function of the components and their spatial arrangement. This methodology has been tested in a case study involving cerium oxide nanoparticles, whose vibrational properties are known to change significantly upon particle size reduction. Accurate values of its dielectric function in the infrared have been retrieved and used to analyse this phenomenon. The main goal of this study is to develop a systematic methodology for the study of the vibrational properties of nanomaterials. It is also intended that the development of effective medium models will be useful for designing new composite nanomaterials with improved optical properties (e.g., solar absorbers).

Microscopio invertido con luz estructurada mediante DMD

Accés obert
14 de maig 2021
La microscopía es una técnica ampliamente usada en multitud de ámbitos tales como la
investigación básica y aplicada en biomedicina o ingeniería. Muchas técnicas de
microscopía emplean luz estructurada junto con técnicas computacionales de
reconstrucción de imágenes. En este trabajo describimos un método de microscopía con
luz estructurada que consiste en acoplar un modulador espacial de luz basado en
microespejos (DMD, acrónimo de la expresión digital micromirror device) a un
microscopio invertido comercial. La fuente de iluminación es una lámpara con ancho de
banda en el visible. El mismo sistema de epi-iluminación del microscopio,
convenientemente desmontado, se utiliza para iluminar el DMD. Un sistema óptico
adicional proyecta los patrones luminosos codificados en el DMD sobre el diafragma de
campo del microscopio. Una cámara CCD convenientemente sincronizada actúa como
dispositivo fotodetector flexible. El objetivo principal del trabajo es validar tecnologías
asequibles para reconstruir imágenes con luz estructurada, realizar tomografía o lograr
otras mejoras en microscopía de fluorescencia. En particular, se desarrollarán técnicas
de imagen basadas en detección integrada con un solo píxel. También se explorarán
técnicas de microscopía de tipo SIM (structured illumination microscopy), que permiten
obtener seccionado óptico y resolución equiparables a las de la microscopía confocal.

Observation of transverse acoustic resonances in optical fibers using a long period grating

Accés obert
14 de juny 2021
Forward stimulated Brillouin scattering (FSBS) in optical fibers is a
phenomenon that has been studied since mid-80s. It is produced when two
copropagating optical waves are scattered by transverse acoustic waves, generating
frequency shifts up to 1 GHz. These acoustic resonances can be excited by electrostriction
when an intense optical pulse propagates inside the fiber. Perturbations in the effective
index of the guided mode are generated through the photo-elastic effect, which typically
are detected by direct analysis of the scattered optical wave. Here we propose an
alternative observation method through the use of a long-period grating (LPG). LPGs
are fiber devices that couples light from the fundamental optical core mode to copropagating cladding modes. Their transmission spectra present several attenuation
notches corresponding to the excitation of different cladding modes that satisfy the
resonance condition. These resonance condition depend on the effective index of the
coupled core and cladding modes and is therefore sensitive to perturbations. The change
in transmission of the LPG becomes then an efficient method of interrogation for FSBS
in optical fibers. The linewidth of resonances was found to be much shorter than in
previous reports in which long fiber lengths are typically required

Imaging through fog: polarized light propagation modelling

Accés obert
14 de maig 2021
Imaging through nebulous media encountered in nature – like fog – is one
of the up-to-date research questions in the field of navigation. Among different
approaches to solve this problem, the use of polarimetric imaging has been proposed.
The aim of this research is to present a polarized light propagation model based on
Monte-Carlo simulations and Mie Theory for its use as a tool to study the feasibility and
characteristics of polarized light detection techniques in these kinds of media. Studying
and obtaining the backscattering Mueller matrix for a turbid environment allows to
completely characterize the backscattering characteristics of the media. Thus, it may be
used to select the combination of polarization components more useful for each
situation. On the other hand, it has been seen that when light first interact with fog,
generated backscatter directly blinds the sensor of the imaging device and hides
reflected signals of objects being imaged. Using a time-resolved variant of the model, it
has been possible to characterize the shape and the influence of the temporal response
of a backscattered light pulse, concluding that, apart from the greater light extinction in
a more scattering medium, media-backscattering and reflected-object signals are

Nuevos métodos de diagnóstico médico basados en sistemas de imagen hiperespectral

Accés obert
14 de juny 2021
El objetivo de este trabajo es validar una cámara de fondo de ojo basada
en sistemas de imagen hiperespectral, con la que se pueden obtener 15 imágenes
espectrales a diferentes longitudes de onda del espectro visible (VIS) y del infrarrojo
cercano (NIR) (400nm a 1300nm). Se han obtenido las imágenes de 38 pacientes de
edades entre 30 y 90 años y, posteriormente, se ha realizado un análisis
espectroscópico. Para cada imagen procesada del fondo de ojo se han extraído los
valores de reflectancia de cada estructura en función de la longitud de onda y de la
edad del paciente. De esta manera podemos estudiar las propiedades espectrales de las
sustancias que se encuentran en el fondo de ojo para la luz VIS y NIR.
Los resultados muestran que las longitudes de onda más cortas (<500nm) se reflejan
más superficialmente, lo cual nos permite obtener información de estructuras como el
disco óptico, las fibras nerviosas y la fóvea. Las longitudes de onda intermedias
(500nm-700nm) permiten observar con detalle los vasos sanguíneos de la retina, y
diferenciar las arterias de las venas. Finalmente, el uso de luz NIR permite observar
estructuras más profundas como la coroides y sus vasos, las cuales no podemos
observar con un retinógrafo convencional, debido a la alta absorbancia de la melanina
a la luz VIS. En conclusión, usar una cámara hiperespectral con longitudes de onda por
encima del VIS permite visualizar mejor algunas estructuras concretas y capas más
profundas así como obtener información espectroscópica de las mismas.

Polarization memory effect: imaging through scattering media

Accés obert
14 de maig 2021
Polarization is an unexploited property of light that provide us additional information in very diverse fields. Hence, in the last decade the concept of polarimetric imaging has risen as a powerful tool for plenty of applications such as remote sensing, medical diagnosis, astronomy, transport and surveillance… This communication presents the capability of a Division of Focal Plane (DOFP) camera jointly with active polarized illumination to improve the contrast when imaging a scene in turbid media such as fog. Due to the polarization memory effect, using polarization-gating method allows detecting embedded objects with a lower signal-to-noise ratio, and thus, higher contrast when propagating through scattering media. In addition, the polarization signature reflected by the objects depends on their nature, since the index of refraction modifies the polarization response. This allows distinguishing different materials such as metal and dielectric under active polarization imaging even in hazard conditions as fog.

La iluminación en espacios docentes: análisis fotópico y melanópico.

Accés obert
14 de maig 2021
La iluminación artificial tiene un papel fundamental en la vida de las personas, actualmente se pasa gran parte del día en ambientes de interior utilizando este tipo de iluminación, ya que hay ocasiones en los que no puede aprovecharse la luz diurna. Es conocido que la exposición a la luz solar es favorable para el ritmo circadiano, haciendo que los niveles del estímulo circadiano sean más elevados por la mañana y vayan disminuyendo a lo largo del día. Debido al interés actual por los avances en prevención y salud ocular, la iluminación utilizada en espacios interiores debe cumplir determinadas recomendaciones para que el sistema circadiano no se vea alterado, evitando así problemas de insomnio, bajo rendimiento en el trabajo, depresión…
En este estudio, se analiza tanto los efectos visuales como no visuales de la luz en cuatro espacios docentes con diferentes orientaciones. Se analiza cómo afecta a la iluminación la orientación de las ventanas, el estado del cielo, así como las características de cada aula (grado de reflexión de las superficies o localización de los puntos de cálculo). Para ello, se realizaron medidas experimentales desde el mes de octubre hasta el mes de marzo, y, a su vez, se simuló las aulas con el software Dialux Evo donde se ha conseguido que los valores simulados se asemejen a los valores experimentales.
Para finalizar, se hace una propuesta de mejora para optimizar la iluminación de las aulas contemplando los requisitos Human-Centric Lighting (HCL), asegurando que los usuarios que pasen por esas aulas tengan la cantidad adecuada de iluminación a cualquier hora del día.

Diseño y puesta en marcha de un dispositivo óptico para la evaluación de lentes intraoculares in vitro

Accés obert
14 de maig 2021
La lente intraocular (LIO) es un implante que reemplaza al cristalino opacificado en la cirugía de cataratas y, además, según su diseño, permite corregir la ametropía preoperatoria y mejorar la calidad de la imagen retiniana. Para evaluar su rendimiento, la LIO se inserta en un modelo de ojo construido en banco óptico siguiendo la norma estándar internacional. Nuestra investigación pretende dotar al sistema de los mecanismos necesarios para una evaluación óptica de LIOs in vitro que controle el desenfoque, el astigmatismo y las aberraciones de alto orden. Para ello incorpora un bucle de óptica adaptativa -formado por un espejo deformable asociado a un sensor Hartmann-Shack- que permite introducir aberraciones en el haz de luz incidente sobre la cubeta que simula un modelo de ojo. Formado por una córnea y pupila artificiales, tras las que se sumerge la LIO, es un modelo próximo al ojo fisiológico. La caracterización de los elementos del montaje permitió asegurar el funcionamiento del espejo deformable (margen de error < 2%), así como la potencia (+42 dioptrías) y aberración esférica de la córnea (Z[4,0]=+0.3μm para pupila de 6mm). Mediante control del espejo deformable, el sistema permite variar las condiciones de medida en la caracterización de LIOs: posición del objeto, ametropías en el modelo de ojo (miopía, hipermetropía, astigmatismo), la aberración esférica y otras aberraciones corneales de alto orden.

Simulador óptico de lentes intraoculares multifocales difractivas mediante un modulador espacial sólo de fase

Accés obert
14 de maig 2021
Una de las principales aplicaciones de los moduladores espaciales de luz es la simulación de elementos ópticos difractivos, tal como la parte difractiva de las lentes intraoculares multifocales. Previamente, el grupo de investigación llevó a cabo el montaje de un sistema óptico con un modulador de cristal líquido sobre silíceo (LCoS SLM) calibrado para trabajar en régimen solo de fase, con el que se realizó la simulación en banco óptico de una lente bifocal comercial de manera satisfactoria. El presente trabajo utiliza el modulador para el análisis y simulación de una lente trifocal de perfil difractivo sinusoidal de reciente aparición en el mercado. Ya que la forma de este perfil es hasta el momento desconocida, se utiliza un microscopio confocal para obtener la topografía de los anillos difractivos y se caracteriza la eficiencia energética de la lente trifocal a lo largo del espacio imagen. A partir de la información obtenida de la lente comercial, se representa un modelo de perfil sinusoidal en el modulador y se analiza la eficiencia energética de la lente simulada en el banco óptico. La similitud entre los resultados obtenidos con la propia lente versus los obtenidos con el simulador en banco óptico permitirá verificar el modelo de perfil sinusoidal propuesto. Además, el uso del modulador permite modificar algunos parámetros de diseño de la lente, por lo que se podrá buscar suplir algunas de sus limitaciones o proponer un nuevo comportamiento óptico deseado.