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En el presente trabajo se propone la combinación e integración controlada de óxido de grafeno (GO) con nanoestructuras inorgánicas a través de distintos procesos de ensamblado, empleando técnicas avanzadas de caracterización como herramientas fundamentales para la comprensión y optimización de dicho propósito. El objetivo es el de obtener nanomateriales compuestos (nanocomposites) bidimensionales, con propiedades nuevas o mejoradas, para aplicaciones tecnológicas en las áreas de energía y salud, i.e. sistemas fotoactivos para generación de corriente, dentro del campo de la energía, y nano-biosensores para el área de la salud. Se presentan así resultados de síntesis y caracterización de films delgadas de óxido de grafeno obtenidas por la técnica de Langmuir-Blodgett, de gran homogeneidad y pureza química de entre una y dos monocapas de espesor con alta conductividad eléctrica y nanohilos de plata con muy baja dispersión de tamaños, de alta pureza y radio de pocas decenas de nanómetros de diámetro. Las cuales se caracterizaron exhaustivamente con técnicas avanzadas para nanomateriales tales como: microscopia electrónica de barrido, de fuerzas atómicas, espectroscopia fotoelectrónica resuelta espacialmente, espectroscopia Raman, medidas de conductividad con una estación de 4 puntas y un nanomanipulador, Espectroscopia de absorción de rayos X, nanoespectroscopía IR y voltametría cíclica, entre otras. En este trabajo se desarrollaron electrodos para biosensado basados en nanocompuestos de films de óxido de grafeno y nanohilos de plata. Los componentes del electrodo fueron sintetizados y caracterizados por separado tratando de alcanzar las condiciones óptimas para las aplicaciones del electrodo. Los electrodos basados en nanocompuestos de grafenos y nanohilos de plata fueron diseñados en función de la optimización de diferentes parámetros de la síntesis, evaluados mediante voltametría cíclica para obtener el material de mejor conductividad. Para dicho propósito se optimizo el método y temperatura de deposición de los nanohilos, su concentración, el pre tratamiento del óxido de grafeno, el tamaño de los dominios cristalinos de óxido de grafeno y la presión de transferencia desde la fase liquida al sustrato sólido y el tipo de sustrato. De esta forma, luego de más de doscientos experimentos de voltametría, se escogieron finalmente dos electrodos: uno empleando nanohilos de plata purificados depositados por impregnación a temperatura ambiente sobre una película de óxido de grafeno, obtenida a través de una transferencia desde la fase liquida a 25 mN/m sobre sustratos de ITO, reportando una impedancia de 298 Ω y otro análogo sin emplear óxido de grafeno con una impedancia de 124 Ω. Por otro lado se generaron films de GO, y rGO, en diferentes versiones con la inclusión de grupos amino, con deposiciones de nanoestructuras semiconductoras (Quantum Dots: QD). Los mismos fueron empleados como nanocompuestos capaces de controlar, en principio, la interacción entre los QD y el sustrato de GO. Estos últimos poseen un “band gap” cuya energía corresponde al rango de radiación UV-vis. De esta forma para carga eléctrica producida por irradiación se colecta a través del sustrato de GO (o rGO) para la producción de fotocorriente. Estos QD se caracterizaron de manera exhaustiva con técnicas como SAXS, XAFS, TEM, y se evaluó la Fotoluminiscencia. Por otra parte, también se estudiaron las propiedades ópticas-térmicas de los films de rGO y GO mediante nanoespectroscopía IR, y también se evaluaron como plataforma para el desarrollo de dispositivos optoelectrónicos, mediante la impresión de nanopartículas metálicas por medio de la técnica laser printing.

En esta tesis se generaron experimentalmente campos de speckle gaussianos con características totalmente controlables de forma digital mediante el empleo de pantallas de cristal líquido como moduladores espaciales de luz (LC-SLM). Para ello, se desarrolló una estrategia que condujo a generar los campos de speckle predichos, no obstante las limitaciones que presentan los SLMs permitiendo superar el desempeño que brindan los difusores físicos. Así, el aporte de estos estudios radica en la posibilidad de generar campos de speckle independientes cuyas propiedades estadísticas se puedan controlar sin desplazamiento o modificación de los componentes del arreglo experimental. Estos logros pueden ser útiles para mejorar procedimientos y optimizar el rendimiento de aquellas aplicaciones que utilicen patrones de speckle y el control de los mismos sea un aspecto clave.

Se presenta el diseño y construcción de un láser de Titanio-Zafiro de pulsos ultracortos, sus sistemas de monitoreo y se explican los efectos principales que contribuyen a su funcionamiento pulsado. El láser construido emite pulsos de 50 a 100 fs de duración a una frecuencia de repetición de 90 MHz, con un ancho espectral de entre 20 y 50 nm centrado alrededor de los 800 nm y con una potencia media de 400 mW aproximadamente. Se describe una cavidad láser del Ti:Za modificada que emite pulsos cinco veces más energéticos que la cavidad convencional y a una frecuencia de repetición cinco veces más baja. También se presenta un diseño de un amplificador multipasaje tipo corbata de moño girada para la amplificación de los pulsos de láser de Ti:Za, y se analiza su desempeño a partir de un modelo teórico simple. Se expone el montaje experimental del mismo y se presentan las pruebas realizadas. Asimismo, se detalla la construcción y características de un láser construido para bombear la etapa amplificadora. El mismo consiste en un Nd:YAG, pulsado por la técnica de modulación de perdidas, doblado intracavidad que emite pulsos de 25 ns de duración a 4 kHz y con una potencia media de 160mW a 532 nm. Se explica un método para introducir variaciones rápidas de camino óptico y un sistema óptico para monitorearlo. Como resultado de la implementación experimental, se muestra la generación de retardos del orden de los 100 ps a una frecuencia de 10 Hz. Finalmente se presenta una nueva técnica para la caracterización de pulsos ultracortos en fase y amplitud. La técnica, denominada DGDOM, mide en forma directa el retardo de grupo de las componentes de frecuencia de un pulso ultracorto. DGDOM es demostrado a partir de un desarrollo teórico, es probado a partir de simulaciones numéricas y validado en forma experimental.

En esta tesis se estudian algunos aspectos de la codificación de información en sistemas excitables en entornos ruidosos. Es interesante entender la interacción entre la estructura determinista y la acción del ruido. En particular, se estudia un sistema excitable que bajo la acción del ruido tiene dos tiempos característicos. Se analiza la acción cooperativa entre estas escalas de tiempo inducidas por ruido y la escala de tiempo introducido exteriormente a través de un forzado periódico de una de sus variables. Esto lleva a una generalización del concepto habitual de resonancia estocástica. Además, se estudia la existencia de excitabilidad en dos sistemas láser, focalizando especialmente en el láser de semiconductores realimentado ópticamente. Este sistema presenta caídas en la intensidad que son identificadas como los eventos del sistema excitable (pulsos). Al medir un observable típico de los sistemas excitables, el histograma de tiempos entre eventos, se identificó que el mismo era bimodal. Estos dos tiempos característicos de respuesta pueden ser comprendidos en términos de un modelo dinámico en el entorno de una bifurcación de codimensión dos y puede ser utilizado como sistema experimental para el análisis de las interacciones entre las escalas de tiempo intrínsecas inducidas por ruido y las introducidas externamente.