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Estudio de moduladores de cristal líquido ferroelécrico para su uso en óptica difractiva y de polarización

  • Autores: Antonio Martínez García
  • Directores de la Tesis: Ignacio Moreno Soriano (dir. tes.), Maria del Mar Sánchez López (codir. tes.)
  • Lectura: En la Universidad Miguel Hernández de Elche ( España ) en 2011
  • Idioma: español
  • Tribunal Calificador de la Tesis: Juan Campos Coloma (presid.), Carlos Rodriguez Fernandez Pousa (secret.), María sagrario Millán García-Varela (voc.), Pascuala García-Martínez (voc.), Andrés Márquez Ruiz (voc.)
  • Materias:
  • Resumen
    • Esta Tesis Doctoral se ha centrado en el estudio de moduladores ópticos de cristal líquido ferroeléctrico (FLC, del inglés Ferroelectric Liquid Crystal) y su aplicación en la realización de elementos ópticos difractivos (DOE, del inglés Diffractive Optical Elements), en particular redes de difracción y hologramas digitales generados por ordenador (CGH, del inglés Computer Generated Holograms).

      El objetivo fundamental de la Tesis se centra en el estudio y en el desarrollo específico de técnicas de calibración de los parámetros físicos de moduladores FLC.

      Uno de los primeros problemas que encontramos en la utilización de estos moduladores FLC es el desconocimiento de sus parámetros físicos. Por ello, la primera tarea es el desarrollo de un método de ingeniería inversa para su calibración experimental y así obtener parámetros como el desfase, la orientación de los ejes neutros de la capa FLC, y el ángulo de giro al aplicar una tensión bipolar.

      Para operar con este tipo de moduladores hemos de determinar las configuraciones apropiadas para las modulaciones de fase y/o amplitud que se han descrito anteriormente. El empleo de los moduladores FLC con longitudes de onda distintas a la de diseño genera una disminución en el contraste de la irradiancia óptica a medida que el desfase se aleja del valor ideal. Para evitar este efecto, hemos planteado la inclusión de dispositivos ópticos pasivos (desfasadores externos), de manera que en una configuración adecuada pueda compensar este efecto, a semejanza de lo que se utiliza habitualmente en moduladores LCD nemáticos para obtener una respuesta de modulación pura de fase. Presentamos un análisis teórico de este proceso de optimización mediante la representación de la modificación de los estados de polarización sobre la esfera de Poincaré.

      Una vez caracterizados los parámetros del modulador FLCoS abordaremos el estudio de distintas aplicaciones en óptica difractiva. El primer elemento difractivo desarrollado es la red de difracción por polarización, y mostraremos que sirve para identificar fácilmente las configuraciones de amplitud y fase cuando trabajamos en difracción escalar.

      El display FLCoS, por sus características de modulación binaria, emplea la técnica de multiplexado temporal, tanto para producir niveles de gris intermedios como para producir imágenes en color. En esta Tesis abordamos también la posibilidad de aprovechar este tipo de técnicas, habituales en su aplicación como displays, para multiplexar varios elementos DOE. Otro de los aspectos estudiados está relacionado con la dificultad para realizar DOE policromáticos con respuesta axial. Ello es debido a que las configuraciones que anulan el orden cero de difracción están adaptadas a una longitud de onda, pero no pueden, en general, obtenerse en un rango amplio de longitudes de onda. Para resolver este problema buscaremos una configuración que anule el orden cero en los patrones difractados. Para ello será necesario obtener una modulación binaria de fase independientemente del valor del desfase de la capa de cristal líquido.

      Por último, el estudio de la eficiencia óptica de los DOE sobre moduladores puede ser también extendida fácilmente a otras técnicas de producción de estos elementos. En particular, en el Instituto FEMTO de la Université de Franche-Comté (Besançon, Francia) disponen de técnicas de microfabricación sobre silicio, útiles para la producción de DOE y CGH. En el marco de una colaboración existente con este centro, se muestran resultados que ilustran la aplicación de dos técnicas ópticas de caracterización, como son la microscopía interferométrica y la elipsometría espectral de ángulo variable (VASE, del inglés Variable Angle Spectroscopic Ellipsometry), para la determinación precisa de la eficiencia de difracción de los elementos fabricados.


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