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Non-linear joint transform correlator for micro-displacement measurement using speckle patterns

Luis Gabriel Valdivieso González Eduardo Tepichín Rodríguez (2013)

This work presents a procedure for measuring displacements of tens micrometer, in one and two dimensions, based on the correlation between two speckle patterns. For this purpose, two objective speckle patterns are recorded by a digital camera –one before and one after the object has been moved- and placed in the input plane of nonlinear joint transform correlator. Nonlinear transformation of the joint power spectrum allows a sharper correlation peak and a high signal to noise ratio. The autocorrelation peak coordinates of the first pattern are set as a reference for measuring shifts of the successive cross-correlation peak. One criterion for reliable measure is proposed. Results related with different distances sample-sensor and illuminating wavelengths at 632.8 nm and 543.5 nm are presented.

Se presenta un procedimiento para medir desplazamiento en el rango de micrones, en una y dos dimensiones, basado en la correlación conjunta de patrones de speckle (moteado característico de la superficie iluminada por un láser). Para este propósito, dos patrones de speckle por propagación libre, registrados por una cámara digital, uno antes y otro después del movimiento de la superficie objeto, se colocan en el plano de entrada de un correlador de transformada conjunta. Una transformación no lineal de la densidad espectral de energía logra una alta razón señal a ruido en el plano de salida del correlador. Las coordenadas del pico de autocorrelación, del primer patrón se colocan como origen para medir los desplazamientos sucesivos del pico de correlación cruzada. Se propone un criterio para determinar el rango de medida confiable y se presentan algunos resultados para diferentes distancias superficie-sensor y longitud de onda del láser.

Article

Laser speckle Micro-displacements Nonlinear joint transform correlator CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ÓPTICA ÓPTICA

Effect of the average energy on WC grain growth of WC-10Co-4Cr composite by laser cladding

ENRIQUE ALEJANDRO LOPEZ BALTAZAR Haideé Ruiz Luna VCTOR H. BALTAZAR-HERNANDEZ Jose Jorge Ruiz Mondragon Juansethi Ibarra Medina Juan Manuel Alvarado-Orozco (2019)

In the present study, the microstructure evolution of WC-10Co-4Cr powder deposited on AISI-SAE 1020 steel substrate by laser cladding was evaluated, considering the effect of average energy per unit area. Single tracks were obtained by employing a Yb: YAG laser system with selected processing parameters. All samples were sectioned in the transverse direction for further characterization of the cladding. Results showed that dilution lay within 15% and 25%, whereas porosity was measured below 12%. According to microstructural analyses, considerable grain growth is developed within the central area of the cladding (namely, the inner region); additionally, the development of a triangular and/or polygonal morphology for WC particles along with a clear reduction in hardness was observed when employing a high average energy. It is worth noting that, in spite of the rapid thermal cycles developed during laser cladding of WC-10Co-4Cr, grain growth is attributed to a coalescence mechanism due to complete merging of WC into larger particles. Finally, the presence of small round or ellipsoidal particles within the inner region of the cladding suggested that non-merged particles occurred due to both an inhomogeneous dispersion and the lack of faced-shaped WC particles.

Author contributions: Conceptualization-data curation, E.A.L.-B.; E.A.L.-B. and V.H.B.-H.; Formal analysis, V.H.B.-H. and J.J.R.-M.; Investigation, E.A.L.-B. and H.R.-L.; Methodology, E.A.L.-B., H.R.-L., V.H.B.-H., J.J.R. M., J.I.-M. and J.M.A.-O.; Validation, E.A.L.-B.; Writing—original draft, E.A.L.-B. and V.H.B.-H.; Writing—review and editing, J.I.-M. and J.M.A.-O.

Funding: Enrique A. López Baltazar wants to thank the Mexican National Council on Science and Technology (Conacyt) for the financial support during this research project. This research was funded by Universidad Autónoma de Zacatecas, CIDESI and COMIMSA, México. This project was partially funded by CONACYT AEM Project 275781.

Acknowledgments: Haideé Ruiz-Luna wants to thank the program Cátedras-Conacyt and the projects no. 254731-INFRA-2015 and 270613-INFRA-2016. Juansethi Ibarra-Medina is commissioned as a CONACYT Research Fellow at the Center for Engineering and Industrial Development (CIDESI) (Project: Catedras 2017 - num. 57). Juansethi Ibarra-Medina also acknowledges the Conacyt Consortium in Additive Manufacturing (CONMAD) for the use of experimental facilities for this work.

Conflicts of Interest: The authors declare no conflict of interest.

Article

WC-10Co-4Cr Laser cladding Average energy per unit area Grain growth INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA METALÚRGICA OTRAS OTRAS

Two-dimensional carbon nanostructures obtained by laser ablation in liquid: effect of an ultrasonic field

LUIS ESCOBAR ALARCON MANUEL EDUARDO ESPINOSA PESQUEIRA Dora Alicia Solís Casados Mónica Martínez Orts EMMANUEL HARO PONIATOWSKI (2019)

en este articulo se detallan procedimientos de síntesis de materiales novedosos obtenidos por ablación láser

The ablation of a carbon target immersed in deionized water, in absence and in presence of ultrasonic waves is reported, and the differences investigated. The obtained nanostructures are characterized by transmission electron microscopy, Raman spectroscopy and photoluminescence. Transmission electron images reveal that the produced carbon nanostructures, with and without ultrasonic excitation, are graphene-like sheets with improved quality in the first case. Samples prepared with ultrasounds show graphene layers with large sizes (several microns) and regular shapes, whereas the samples prepared without ultrasounds show smaller sizes and irregular shapes; additionally, some dispersed quasi-spherical nanoparticles are observed in the samples prepared without ultrasound. Photoluminescence measurements of the obtained nanostructures reveal emission in the blue spectral region.

conacyt

Article

graphene laser ablation BIOLOGÍA Y QUÍMICA

Selective photodeposition of zinc nanoparticles on the core of a single-mode optical fiber

RUBEN RAMOS GARCIA (2013)

An experimental and theoretical study about selective photodeposition of metallic zinc nanoparticles onto an optical fiber end is presented. It is well known that metallic nanoparticles possess a high absorption coefficient and therefore trapping and manipulation is more challenging than dielectric particles. Here, we demonstrate a novel trapping mechanism that involves laser-induced convection flow (due to heat transfer from the zinc particles) that partially compensates both absorption and scattering forces in the vicinity of the fiber end. The gradient force is too small and plays no role on the deposition process. The interplay of these forces produces selective deposition of particles whose size is directly controlled by the laser power. In addition, a novel trapping mechanism termed convective-optical trapping is demonstrated.

Article

Fiber optics, infrared Photothermal effects Optical tweezers or optical manipulation Laser trapping CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ÓPTICA ÓPTICA

Efecto de la energía promedio en el crecimiento de partículas de wc en recubrimientos de Wc-10co-4cr mediante laser cladding

ENRIQUE ALEJANDRO LOPEZ BALTAZAR (2021)

En esta investigación, se analizó la evolución microestructural de los depósitos de polvo WC-10Co-4Cr, mediante el proceso de revestimiento por láser (Laser Cladding-LC) sobre un sustrato de acero AISI-SAE 1020, se configuró el proceso de LC a diferentes valores de energía promedio por unidad de área; los revestimientos se obtuvieron empleando un láser Yb: YAG. Todas las muestras se caracterizaron en sus secciones transversales a los depósitos. Los resultados indicaron que de acuerdo con los parámetros seleccionados para el revestimiento por el proceso de LC; la dilución se encuentra entre 15 y 25% para la mínima y máxima energía suministrada respectivamente, y con respecto a la porosidad resultó por debajo de 12%. Según los análisis de la microestructura; se desarrolla un considerable crecimiento de grano de WC dentro de la sección central del revestimiento (región interna); además, se observa el desarrollo de morfología triangular y/o poligonal junto con una clara reducción de la dureza cuando se emplea una entrada de alta energía. Cabe señalar que, a pesar de los rápidos ciclos térmicos desarrollados en el proceso de LC con WC-10Co-4Cr; se presenta el crecimiento del grano el cual se atribuye al mecanismo de coalescencia debido a la no presencia de interfaces entre partículas al ser observadas por MEB de WC en partículas más grandes. Finalmente, la presencia de pequeñas partículas redondeadas o elipsoidales dentro de la región interna del revestimiento es asociada a partículas no fusionadas debido a la dispersión no homogénea y la falta de partículas de WC con forma facetada.

In this investigation, the microstructure evolution of the laser cladding WC-10Co-4Cr powder deposited on AISI-SAE 1020 steel substrate was evaluated by establishing different values of average energy per unit area by employing a Yb: YAG laser system. Results indicated that according to the selected laser cladding parameters; dilution and porosity lied within established acceptable ranges. According to the microstructure evaluation; considerable grain growth is revealed within the central area of the clad (namely inner region); furthermore, the development of triangular and/or polygonal morphology along with a clear reduction in hardness is observed when using high energy input. It is worth noting, that in spite of the rapid thermal cycles developed upon laser cladding processing of WC-10Co-4Cr; grain growth is accredited to the coalescence mechanism due to the complete merge of WC into larger particles. Finally, the presence of small rounded or ellipsoidal particles within the inner region of the clad imply non-merged particles due to inhomogeneous dispersion and lack of faced shaped WC particles.

Doctoral thesis

Materials properties WC-10Co-4Cr Laser cladding Average energy per unit area Grain growth Energía promedio por unidad de área Crecimiento de grano INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA DE MATERIALES PROPIEDADES DE LOS MATERIALES PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Electron Raman scattering in a double quantum well tuned by an external nonresonant intense laser field

JUAN CARLOS MARTINEZ OROZCO (2017)

In this work we shall present a study of inelastic light scattering involving inter-subband electron transitions in coupled GaAs-(Ga,Al)As quantum wells. Calculations include the electron related Raman differential cross section and Raman gain. The effects of an external nonresonant intense laser field are used in order to tune these output properties. The confined electron states will be described by means of a diagonalization procedure within the effective mass and parabolic band approximations. It is shown that the application of the intense laser field can produce values of the intersubband electron Raman gain above cm−1. The system proposed here is an alternative choice for the development of AlxGa1−xAs semiconductor laser diodes that can be tuned via an external nonresonant intense laser field.

Producción Científica de la Universidad Autónoma de Zacatecas UAZ

Article

CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA Intense laser field Quantum well Raman scattering

Influencia del calentamiento local por láser en la distribución de esfuerzos residuales en pruebas de flexión de tres puntos para aceros AHSS

ALAN EDUARDO DIAZ MENDOZA (2020)

Se presenta el análisis de la influencia del calentamiento local por láser en la distribución de esfuerzos residuales en pruebas de flexión de tres puntos para un tipo de acero avanzado de alta resistencia (HSS), específicamente para el acero tipo TRIP 440Y. Durante el desarrollo del proyecto se realizaron pruebas de tensión a diferentes direcciones de rolado (0°,45°,90°) bajo la norma ASTM E8, esto para poder realizar la caracterización del material. Una vez obtenido los datos experimentales se procedió a realizar las simulaciones por el método de elemento finito, con elementos shell y sólidos; para la primera se utilizó un modelo de endurecimiento Hill_3R que corresponde al material 122 de Ls-Dyna y el criterio de cedencia Hill48-r, para el segundo se utilizó un modelo de endurecimiento Piecewise Linear Plasticity que corresponde al material 024 de Ls- Dyna y el criterio de cedencia isotrópico de Von mises. Para la validación de los resultados se realizó el diseño y fabricación del herramental, bajo la norma ASTM E290-97a, mediante la cual se realizaron las pruebas de flexión, y con la norma ISO 7438 se calcularon los parámetros para realizar las pruebas a los ángulos de 30°,45° y 60°. De la misma forma la influencia del ángulo de flexión en la recuperación elástica del material es analizada y discutida en este trabajo. Las probetas ya deformadas se sometieron al calentamiento local láser, para posterior realizar la medición de esfuerzos residuales mediante la técnica de ESPI. Por último, se presentan las comparaciones entre resultados obtenidos mediante simulaciones y experimentos.

Master thesis

CIS- Maestría en Ingeniería Mecánica INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA MECÁNICAS Calentamiento por láser Esfuerzos residuales - Distribución Ensayo de flexión Modelado de material AHSS (Advanced High Strehght Steels - Aceros Avanzados de Alta Resistencia) ASTM E8 (Norma para Pruebas de Tracción de Materiales) FEM (Finite Element Method - Método de elemento finito) Modelos de endurecimiento ISO 7438 (Norma sobre Ensayo de Flexión de Materiales Metálicos) Técnica de ESPI (Electronic Speckle Pattern Interferometry – Interferometría de Patrones de Moteado Electrónico)

AFECTACIÓN TÉRMICA DE LA MICROESTRUCTURA DE LOS ACEROS DE DOBLE FASE SOLDADOS CON LÁSER

BRAULIO SANCHEZ RODRIGUEZ (2018)

En la industria automotriz se demanda aumentar la resistencia mecánica de las partes y piezas que conforman un auto. Para lograr este objetivo se utilizan aceros especiales, con mayor resistencia que los aceros estructurales de bajo carbono.

Los aceros de Doble Fase pertenecen al grupo de los Aceros Avanzados de Alta Resistencia. Estos combinan alta resistencia con alta elongación y alto índice de endurecimiento por deformación. Son de bajo contenido en carbono, altamente aleados y normalmente contienen islas dispersas de martensita en una matriz de ferrita. Sus propiedades finales dependen de la fracción volumétrica de sus fases constitutivas, ferrita y martensita, que a su vez dependen del contenido en carbono, de la temperatura del tratamiento intercrítico y de la facilidad de temple, que está dado en función del contenido de los elementos de aleación y del espesor de la placa

En el presente trabajo se analizó la afectación térmica de la microestructura de los aceros de Doble Fase soldados, con el proceso de soldadura láser. Para esto se dividió la investigación en tres etapas: Etapa 1. Evaluación microestructural de la unión soldada con proceso de soldadura láser de un acero DP600 de 3.00 mm de espesor; Etapa 2. Elaboración de un acero de Doble Fase de 12 mm de espesor y Etapa 3. Evaluación microestructural de la unión soldada de un acero de Doble Fase de 12 mm de espesor.

En la primera etapa se realizó la unión de un acero de Doble Fase DP600 de 3 mm de espesor con el proceso de soldadura láser. Se analizó la afectación térmica del metal base mediante análisis microestructural de la unión por medio de microscopía óptica y con microscopio electrónico de barrido. También se analizó la dureza de la unión, realizando perfiles de dureza desde el metal base hasta la zona de fusión. En esta unión, bajo los parámetros utilizados no se observó ablandamiento en la zona afectada por el calor y la dureza en la zona de fusión aumentó considerablemente con respecto a la del metal base.

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En la segunda etapa de esta investigación se conformó, a nivel de laboratorio, a partir de un acero AISI-1520 un acero de Doble Fase de 12 mm de espesor. Para esto se utilizó un diseño de experimentos de superficie de respuesta, con el objetivo de obtener los parámetros óptimos de tiempo y temperatura para realizar el tratamiento térmico. Con estos parámetros se hizo un escalado de los resultados a placas de mayor dimensión que las utilizadas en el diseño de experimentos.

Master thesis

AFECTACIÓN TÉRMICA POR SOLDAURA LASER INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA INDUSTRIAL PROCESOS INDUSTRIALES PROCESOS INDUSTRIALES

Diseño y caracterización de un láser pulsado de fibra óptica emitiendo a 1064 nm para la fotodescomposición de cristales de ácido úrico

Carlos Moisés Carrillo Delgado (2021)

En el Capítulo 1, se presenta una reseña de los antecedentes y de los avances más recientes de los láseres de fibra óptica pulsados. Se hace énfasis en aquellos que contienen fibras ópticas dopadas con iterbio en donde se utiliza la técnica de amarre de modos pasivo. Además, se esbozan algunas aplicaciones de los láseres pulsados de fibra óptica en la rama de la medicina. De igual manera, se presentan las motivaciones para la realización de la presente investigación y finalmente se bosqueja la estructura general del trabajo de tesis. En el Capítulo 2, se discuten los principios teóricos de operación de un láser de fibra óptica en arquitectura de anillo. Además, se exponen las especificaciones técnicas de los dispositivos reales. A partir de las especificaciones, se establecen los parámetros de diseño, tales como la potencia de bombeo, la longitud de onda de emisión y la longitud de la cavidad; para conseguir las características espectrales y temporales que buscamos a la salida del láser experimental. A la par, se da una explicación en la técnica para la generación de pulsos, los efectos no lineales esperados, así como una revisión a otros fenómenos intrínsecos en la operación del láser. En el Capítulo 3, se muestra la caracterización del láser de fibra óptica dopado con iterbio. La caracterización se da a través de la obtención de mediciones temporales y espectrales a la salida del láser. Además, se analizan los resultados obtenidos y se da una interpretación sobre los fenómenos y las dinámicas de operación observadas durante el funcionamiento del láser. En el Capítulo 4, se muestra una aplicación de los láseres de múltiples pulsos en el área de la óptica biomédica.

Doctoral thesis

CIS- Doctorado en Ingeniería Eléctrica INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA DE LA INSTRUMENTACIÓN Láser pulsado de fibra óptica – Diseño Ácido úrico - Estructuras cristalinas – Fotodescomposición Fotoquímica Pulsos de ruido Ingeniería biomédica - Equipo e instrumentos Gota (Artritis) – Tratamiento