Liquid-crystal modulators in optical phase-shifting interferometry and polarimetric imaging
- Autores: Esther Nabadda
- Directores de la Tesis: Ignacio Moreno Soriano (dir. tes.), María M. Sánchez López (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Miguel Hernández de Elche ( España ) en 2024
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Carlos Rodriguez Fernandez Pousa (presid.), Irene Estévez Caride (secret.), Morten Andreas Geday (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Bioingeniería por la Universidad Miguel Hernández de Elche
- Materias:
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- Resumen
Esta tesis está centrada en el estudio de las propiedades de los moduladores ópticos de cristal líquido (CL), el diseño de nuevas configuraciones de modulación y de nuevos métodos de caracterización de sus propiedaes, y su uso en dos importantes técnicas ópticas: la interferometría y la polarimetría. El trabajo realizado implica moduladores de cristal líquido con diferentes configuraciones, como la configuración de CL nemático con giro, la configuración de CL ferroeléctrico, o la configuración de CL nemático de alineamiento paralelo, ésta última tanto en forma una única celda o en forma de un modulador pixelado o modulador espacial de luz (SLM).
En este trabajo, estos dispositivos de CL se han empleado en el desarrollo e implementación de dos sistemas ópticos: 1) un interferómetro de desplazamiento de fase y de camino común y 2) un polarímetro de imágenes de matriz de Mueller. Estos sistemas proporcionan información cuantitativa de la fase y del estado de polarización respectivamente, un tipo de información que no puede obtenerse simplemente analizando las imágenes de intensidad en una cámara.
La tesis se presenta como un compendio de cinco publicaciones. La primera parte de la tesis está dedicada al estudio de dos moduladores de CL: una celda de CL nemático con giro, y una celda de CL ferroeléctrioa. Como la mayoría de los moduladores de CL, sus propiedades de modulación se basan en la modificación del estado de polarización de la luz que lo atraviesa. Por lo tanto, su análisis requiere una comprensión integral de la polarización de la luz. Para ello se han aplicado tanto el formalismo matricial de Jones como el formalismo matricial de Mueller- Stokes, este último proporcionando el análisis de las propiedades de despolarización. Ambos formalismos (matriz de Mueller y matriz de Jones) se han comparado para los diferentes regímenes de modulación de un modulador de CL nemático con giro. En el caso del modulador de CL ferroeléctrico, se ha propuesto una configuración no estándar en la que la rotación en el plano del director molecular del CL es de 90o. Si bien esta celda no es adecuada para fines de control de intensidad, proporciona un dispositivo de modulación binario de fase para todos los estados de polarización, preservando idealmente la polarización de salida en ambos estados de modulación. Un grupo colaborador de la Military University of Technology, Varsovia (Polonia) ha fabricado una celda de CL de este tipo y se han verificado las propiedades ópticas esperadas.
La segunda parte de la tesis está dedicada a la aplicación de un dispositivo SLM de CL nemático de alineamiento paralelo para la realización de una configuración óptica interferométrica de camino común, donde el propio dispositivo actúa como elemento para la generación de un haz de luz estructurada, además de facilitar la implementación de la técnica interferométrica de desplazamiento de fase. Se han diseñado elementos ópticos difractivos de fase y se han combinado con una lente difractiva codificada a su vez en el SLM para enfocar el campo difractado en su plano focal imagen. Esta configuración estándar de la holografía por transformada de Fourier se transforma en un interferómetro de trayectoria común mediante una simple rotación de un polarizador. Ello permite la evaluación de la distribución de fase del haz difractado sin ningún tipo de elemento adicional. Con este sistema se ha demostrado la aplicación de la técnica de interferometría de desplazamiento de fase para diferentes elementos difractivos, incluyendo hologramas generados por ordenador para la generación de luz estructurada, o redes de difracción con diseños de fase continua.
Por último, el polarímetro de matriz de Mueller empleado en la parte inicial de la tesis se mejoró mediante la incoporación de retardadores programables de CL, garantizando así una mejor precisión al evitar partes móviles, y una cámara de polarización con filtros polarizadores incorporados, que permite la captura de cuatro imágenes de polarización lineal en una sola toma. Se ha aplicado un método de autocalibración del polarímetro que utiliza la cámara de polarización como referencia, eliminando así la necesidad de componentes de calibración adicionales. La precisión y utilidad del polarímetro de imagen se ha comprobado mediante diferentes elementos estructurados tales como polarizadores y retardadores. Este polarímetro multifuncional de imagen de matriz de Mueller es un instrumento de un coste relativamente asequible, listo para ser aplicado a una amplia variedad de muestras, que van desde dispositivos ópticos hasta muestras biológicas.
