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Accuracy and Mechanistic Details of Optical Printing of Single Au and Ag Nanoparticles
(2017-08-30) Cerrotta, Santiago; Garjiulo, Julian; Violi, Lanina; Chvatal, Lukas; Cortes, Emiliano; Perassi, Eduardo; Diaz, Fernando; Zemánek, Pavel; Stefani, Fernando D.;
Optical printing is a powerful all-optical method that allows the incorporation of colloidal nanoparticles (NPs) onto substrates with nanometric precision. Here, we present a systematic study of the accuracy of optical printing of Au and Ag NPs, using different laser powers and wavelengths. When using light of wavelength tuned to the localized surface plasmon resonance (LSPR) of the NPs, the accuracy improves as the laser power is reduced, whereas for wavelengths off the LSPR, the accuracy is independent of the laser power. Complementary studies of the printing times of the NPs reveal the roles of Brownian and deterministic motion. Calculated trajectories of the NPs, taking into account the interplay between optical forces, electrostatic forces, and Brownian motion, allowed us to rationalize the experimental results and gain a detailed insight into the mechanism of the printing process. A clear framework is laid out for future optimizations of optical printing and optical manipulation of NPs near substrates.
Desarrollo de un equipo basado en un interferómetro de baja coherencia para medición de topografía y tomografía de materiales
(2017) Sallese, Marcelo; Tabla, Pablo; Cerrotta, Santiago; Morel, Eneas Nicolás; Torga, Jorge Román
Este trabajo presenta los resultados de un proyecto del desarrollo de un equipo para realizar topografías y tomografías de materiales basado en una técnica óptica aplicado como ensayo no destructivo para la caracterización de superficies y determinación de volúmenes en el interior de materiales transparentes o semitransparentes. La técnica permite obtener imágenes 3D de alta resolución espacial, es apta para mediciones “in situ” y monitoreo en línea. Se muestran los avances en el diseño y construcción de un equipo a escala piloto basado en la técnica denominada tomografía óptica coherente en el dominio de la frecuencia. El equipo está constituido por un interferómetro en fibra óptica, un cabezal óptico, un sistema porta-muestra y un sistema de detección basado en un espectrómetro. El desarrollo de este equipo es un proyecto multidisciplinario y ha sido encarado tomando como prioridad el hecho de que varios de los elementos del sistema sean diseñados y construidos por investigadores de los laboratorios participantes. Se busca como objetivo principal que la tarea inicial de investigación se complemente con el posterior desarrollo tecnológico para obtener como resultado final un equipo que pueda ser utilizado por otros usuarios. Se describe la configuración desarrollada que incluye un novedoso dispositivo para alojar la muestra y realizar barridos controlados, el sistema de detección que utiliza sensores comerciales y también de diseño propio. Se muestran resultados obtenidos en la obtención de imágenes en distintos materiales.
Estimación de frecuencias de señales interferométricas con redes neuronales
(2023-09) Cerrotta, Santiago; Morel, Eneas Nicolás
Una vez adquirida la señal óptica de la técnica de interferencia de baja coherencia mediante un espectrómetro es necesario realizar un post procesado para encontrar la frecuencia de oscilación característica de la señal. Esta señal me brinda información morfológica (espesor, topografía, etc) de la muestra en estudio. En este trabajo se diseñan, entrenan e implementan Redes Neuronales Artificiales que permiten reemplazar herramientas convencionales en el procesamiento de señales oscilantes y en particular el cálculo de la Transformada de Fourier. Se analiza la precisión y los tiempos característicos de estas redes demostrando que son una opción viable para estimar frecuencias de señales oscilatorias.
Extending low-coherence interferometry dynamic range using heterodyne detection
(2020-08) Cusato, Leslie; Cerrotta, Santiago; Torga, Jorge Román; Morel, Eneas Nicolás
Low-coherence interferometry (LCI) technique is generating considerable interest in industrial applications where there is a need for larger measurements with high resolution. Conventional Fourier domain systems reach a limiting depth of around 3 mm, mainly due to the spectrometers used as detectors. In this work, we present an optical detection system that performs the Fourier transform of the LCI signals, based on a spatial heterodyne spectrometer. This device avoids the fall-off effect of the spectrometer, allowing to reach measurable optical depths of almost 5 cm without losing resolution. We describe the theory underlying this detection system and present experimental results which are in great accordance.
Fabry Perot detector for low coherence interferometry
(2023-06) Cerrotta, Santiago; Torga, Jorge Román; Morel, Eneas Nicolás
Se proponen dos diseños teóricos de detectores de intensidad para distintas longitudes de onda basados en cavidades Fabry Perot para ser aplicados en la técnica de interferometría de baja coherencia en el dominio de las frecuencias (FD-LCI). Un detector axial unidimensional que consta de una cavidad variable con un fotodiodo y otro detector radial con cavidad fija y con un array lineal o cámara. Se demostró su factibilidad teórica realizando simulaciones de haces gaussianos propagándose a través de cavidades con diferentes características. Se optimizaron los parámetros para que los detectores estén centrados en 850 nm, con rangos de 60 nm y resolución por debajo del nanómetro para haces de 500 µm de cintura, condiciones típicas de las fuentes y detectores usadas en FD-LCI. Además, el diseño contempla la posibilidad de usarlos simultáneamente.
Feasibility and analysis of a system of two in tandem interferometers for optical coherence tomography
(IEE Explore Digital Library, 2017-12-18) Cerrotta, Santiago; Morel, Eneas Nicolás; Alvira, Fernando; Torga, Jorge Román
A signal obtained from a combined system of two interferometers of low coherence in the frequency domain is presented and analyzed. This system allows to expand the range of measurement offered by the conventional optical tomography system of a single interferometer with a spectrometer as a detector.
Inteligencia artificial y redes neuronales. Fundamentos, ejercicios y aplicaciones con Python y Matlab
(edUTecNe, 2022-03-28) Vorobioff, Juan; Cerrotta, Santiago; Eneas Morel, Nicolas; Amadio, Ariel; ; ; ;
Este libro se basa en la experiencia profesional de los autores en el área de Inteligencia Artificial (IA) aplicado al análisis y procesamiento de datos, señales e imágenes. La IA contiene distintas disciplinas como aprendizaje automático, aprendizaje profundo, minería de datos, entre otras. Analizamos principalmente las redes neuronales. Sin embargo, también mostramos algunos métodos de reconocimiento estadístico de patrones y métodos de visión artificial, ya que presentan algunas ventajas (y desventajas) respecto de las redes neuronales. Dentro de las redes neuronales presentamos una introducción a las redes básicas, a las redes convolucionales de aprendizaje profundo y a las redes dinámicas. Para cada tema se presenta un marco teórico, desarrollos matemáticos, ejercicios analíticos, ejemplos de aplicaciones y ejercicios en Matlab®, Python y otros entornos. El libro contiene los códigos QR para descargar los programas. Se espera que el contenido del libro le sirva al lector para comprender diferentes técnicas de IA, así también para desarrollar y comparar distintos algoritmos con aplicaciones científico tecnológicas y/o comerciales.
Large Axial Range Frequency-Domain Optical Low Coherence Interferometry
(2019-01-15) Cerrotta, Santiago; Morel, Eneas Nicolás; Alvira, Fernando; Torga, Jorge Román
In this paper, we propose a new experimental setup to extend the measurement range of frequency-domain low coherence interferometry (FD-LCI) from 3 mm to 2 cm. The FD-LCI can be extended to the technique of frequency domain optical coherence tomography (FD-OCT) by performing additional lateral scanning. This new and simple arrangement just attaches an extra interferometer before the spectrometer in a typical FD-LCI setup. With this configuration, it is possible to overcome the limitation of the dynamic range of the conventional technique. This allows us to measure the optical path difference of the sample of interest, which is outside the detection range of the spectrometer, using an extra interferometer as a tuner system. In addition, this tuning allows significant minimization of the effects produced by the fall-off. The accuracy of the new system is obtained by adding the FD-LCI and the tuning micrometric translator accuracies. In our experimental setup, this value is 20 μm.
Long-range frequency domain low-coherence interferometry detector for industrial applications
(2023-01) Cerrotta, Santiago; Torga, Jorge Román; Morel, Eneas Nicolás
A low-cost long-range frequency domain low-coherence interferometry (LCI) detector is presented: time Fourier domain LCI (TFD-LCI). Combining ideas of time domain and frequency domain techniques, the TFD-LCI detects the analog Fourier transform of the optical interference signal with no limitation for the maximum optical path, measuring the thickness of several centimeters with micrometer resolution. A complete characterization of the technique is presented with a mathematical demonstration, simulations, and experimental results. An evaluation of repeatability and accuracy is also included. Measurements of small and large monolayer and multilayer thicknesses were done. Characterization of the internal and external thicknesses of industrial products such as transparent packages and glass windshield is presented, showing the potentiality of TFD-LCI for industrial applications.
Nuevos detectores de interferometría de baja coherencia para aplicaciones industriales
(2023-10-24) Cerrotta, Santiago; Morel, Eneas Nicolás; Torga, Jorge Román
La técnica de interferometría de baja coherencia ha sido extensamente investigada, desarrollada, aplicada y comercializada dentro del área de la medicina durante las últimas décadas gracias a ser una técnica no invasiva. Durante los últimos años, las cualidades de esta técnica también empezaron a despertar interés dentro del ámbito industrial. Dentro de estas cualidades encontramos: el rango de medición de distancias o diferencias de camino óptico (desde micrones hasta varios milímetros), la resolución micrométrica, la capacidad de medir en tiempo real y sin contacto con la muestra accediendo tanto a la información superficial como a la del interior del producto o proceso deseado. Permitiendo mostrar esta información mediante gráficos en 1, 2 o 3 dimensiones. Estas capacidades posicionan a esta técnica con grandes potencialidades para ser utilizada dentro de la línea de Ensayos No Destructivos y caracterización de materiales, áreas muy valoradas dentro de la Industria. Si bien hay mucho trabajo detrás de esta técnica, el foco estuvo puesto, tradicionalmente, en las necesidades requeridas por la Medicina que no son las mismas que las del ámbito industrial. Los requerimientos solicitados por industrias regionales e internacionales de rubros como el plástico, pinturas y recubrimientos, metalmecánica y vidrios (por mencionar algunas) están entorno al rango máximo de medición, los diseños de equipos robustos y a medida, la generación de algoritmos de postprocesado y la capacidad de mostrar los resultados de interés de una manera clara y entendible. Además, uno de los mayores desafíos es lograr estos requerimientos a un costo lo más bajo posible para que la actividad industrial en cuestión sea económicamente redituable. En la tesis, se realiza un estudio de procesos particulares de vinculación con empresas e instituciones para dar ejemplos de estos requerimientos generales detectados. Esta tesis busca desarrollar ciencia para que pueda ser transferida. Traer soluciones científicotecnológicas a problemáticas presentes en la sociedad. Tuvo como objetivo específico diseñar y construir detectores no convencionales de la técnica de interferometría de baja coherencia en el dominio de las frecuencias con características diferentes a las ya conocidas que permitan extender su rango máximo de medición con bajos recursos, programar algoritmos de post procesado y vincularse con instituciones públicas y/o privadas a través de servicios de caracterización de muestras y/o consultorías. Con la aspiración de continuar desarrollando tecnología aplicada y acumulando experiencia para a un mediano plazo lograr transferir un equipo de medición de interferometría de baja coherencia que satisfaga la necesidad deseada de una de estas (u otras) instituciones. Estas nuevas formas de detección están basadas en: a) repensar el diseño del espectrómetro y personalizarlo para la medición requerida optimizando los recursos disponibles, b) agregar un interferómetro antes del espectrómetro que duplica y sintoniza su rango de medición a lo largo de varios centímetros, c) implementar redes neuronales artificiales que procesan señales de topografías reemplazando el uso de la transformada de Fourier, d) diseñar de detectores basados en cavidades Fabry Perot que trabajan en rangos y resoluciones similares a los del espectrómetro sin la necesidad de usar redes de difracción, e) una nueva técnica denominada Interferometría de baja coherencia en el dominio Temporal de Fourier (TFD-LCI) que utiliza la interferencia de la interferencia para detectar la transformada de Fourier de la señal de manera analógica, permitiendo de esta manera extender el rango de medición a varios centímetros.
Room evacuation through two contiguous exits
(Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 2017-05-15) Sticco, Ignacio; Frank, Guillermo; Cerrotta, Santiago; Dorso, Claudio
Current regulations demand that at least two exits should be available for a safe evacuation during a panic situation. Although the "faster is slower" effect is expected to take place near the exits, the evacuation time will improve because of the additional exits. However, rooms having contiguous doors not always reduce the leaving time as expected. We investigated the relation between the doors separation and the evacuation performance. We found that there exists a separation distance range that does not really improve the evacuation time, or it can even worsen the process performance. To our knowledge, no attention has been given to this issue in the literature. This work reports how the pedestrians dynamics differ when the separation distance between two exit doors changes and how this affects the overall performance.
Scanning optical coherence tomography applied to the characterization of surfaces and coatings
(El Sevier, 2014) Cerrotta, Santiago; Morel, Eneas Nicolás; Torga, Jorge Román
This paper shows the technique of optical coherence tomography in the frequency domain (OCT-FD) to obtain surface topography and tomography of surface coatings. The setup is based on a superluminescent diode centered on 849 nm with an spectral wide of 50 nm as the light source, a single-mode fibre Michelson interferometer and a spectrometer as the detector system. This scheme allows having compact and robust equipments that was designed to be used in an industrial environment. With this system it can be obtain a tridimensional image acquired point by point with a maximum range of 20 mm width and length and 2 mm depth. Images obtained from the topography of metal samples and tomography of polymer based coatings is presented. Also it is shown that is possible to obtain, from these images, parameters of interest of the sample, such as roughness, flatness and characteristic distances. As an example to show the potential of the method the dimensions of a metal surface modified after laser ablation were measured from a topography image obtained with this technique. A second example presented was the image obtained of a roughness pattern made on a metal surface. Finally it was presented a tomography image of a modified polyurethane coating deposited on a metal surface. Thickness and refractive index of the coating were obtained after the image analysis.
Time Fourier domain low coherence interferometry
(2022-04) Cerrotta, Santiago; Torga, Jorge Román; Morel, Eneas Nicolás
We presented a new system that combine Time Domain and Fourier Domain Low Coherence Interferometry. Moving one interferometer arm the Fourier Transform can be detected in the photodiode. Maths and experimental results are shown.

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