Design of polarimeters based on liquid crystals and biaxial crystals for polarization metrology

dc.contributor
Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física
dc.contributor.author
Peinado Capdevila, Alba
dc.date.accessioned
2015-01-15T15:04:57Z
dc.date.available
2015-01-15T15:04:57Z
dc.date.issued
2014-11-28
dc.identifier.isbn
9788449049835
dc.identifier.uri
http://hdl.handle.net/10803/285054
dc.description.abstract
La polarimetria proporciona informació crucial en nombroses aplicacions en diferents camps, com en la medicina, la biologia, la teledetecció, la caracterització de materials, l’astronomia, etc. Els polarímetres són els instruments bàsics per a la metrologia de polarització. Nombroses arquitectures de polarímetres han estat analitzades en la literatura, cada una d’elles presenta les seves desavantatges i avantatges. En general, els paràmetres del muntatge del polarímetre són optimitzats per tal de reduir l’amplificació del soroll present en les mesures radiomètriques fins a la mesura final de polarització. D'altra banda, els errors experimentals, com una desalineació o un calibratge erroni, ocasionen una reducció de la precisió del polarímetre en la mesura del contingut polarimètric. Recentment, els dispositius de cristall líquid s'han introduït en les arquitectures de polarímetres, aprofitant les seves atractives característiques de canviar les seves propietats òptiques de manera dinàmica i ràpida. Degut a que les arquitectures basades en cristalls líquids no tenen parts mòbils, s'eviten errors experimentals relacionats amb moviments mecànics, i aquells errors deguts a desalineaments poden ser significativament reduïts després d'un calibratge del sistema complet. Aquesta tesi s'emmarca en el camp de la polarimetria, centrant-se en el disseny òptic, optimització, anàlisi i comparativa de polarímetres basats en materials que presenten anisotropia d’índex de refracció. En concret, es revisen algunes arquitectures de polarímetres conegudes basades en cristalls líquids existents en la literatura, s’introdueixen algunes variants als dissenys d’aquests polarímetres per tal de millorar alguns aspectes del seu funcionament, com ara la minimització de soroll, i es presenten nous dissenys de polarímetres basats en cristalls líquids. Concretament, s'utilitzen tres tipus diferents de làmines de cristall líquid: amb estructura paral·lela, amb estructura helicoïdal i ferroelèctriques. A més, es presenta un nou polarímetre estàtic capaç de mesurar qualsevol estat de polarització. Aquesta última arquitectura es basa en el fenomen de la refracció cònica que es produeix quan la llum es propaga al llarg d'un dels eixos òptics d'un cristall biàxic. Per a cada prototip de polarímetre es duu a terme una anàlisi completa del seu disseny, que inclou una optimització de soroll, estudi de robustesa, anàlisi de tolerància, així com també es detalla la implementació del polarímetre, incloent el seu calibratge i mesures experimentals. Es realitza una comparativa entre els diferents prototips implementats, donant una revisió molt valuosa de les principals característiques dels polarímetres basats en cristalls líquids, així com el polarímetre basat en la refracció cònica. A partir d'aquesta comparativa, es selecciona el millor candidat per a la polarimetria d'imatge. Finalment, en aquesta tesi es proposa un nou muntatge experimental que combina un polarímetre d'imatge i un mòdul utilitzat per a aconseguir imatges amb una resolució sub-píxel en un sistema en què la resolució està limitada per la grandària del píxel del detector. Es proporcionen resultats experimentals crucials, validant la millora de la resolució espaial aconseguida en les imatges de polarització.
cat
dc.description.abstract
Polarimetry provides crucial information in many applications in diverse fields, including medicine, biology, remote sensing, material characterization, astronomy, etc. Polarimeters are the basic instruments for polarization metrology. Several polarimeters architectures have been analyzed in the literature, each one presenting its own drawbacks and strengths. In general, the parameters of the polarimeter set-up are optimized in order to reduce the amplification of noise present at the radiometric measurements to the final polarization measurement. Moreover, experimental errors, as misalignment or miscalibration, lead to a polarimeter accuracy reduction to the measure of such polarization content. Recently, liquid crystal (LC) devices have been introduced in polarimeters architectures, taking advantage of their appealing features of changing their optical properties dynamically and at high rates. Because architectures based on LC have no moving parts, experimental errors related to mechanical movements are avoided, and those due to misalignments may be significantly reduced after a calibration of the whole system. This thesis is framed in the field of polarimetry, focusing on the optical design, optimization, analysis and comparative of polarimeters based on materials presenting index anisotropy. In particular, it reviews some existing LC based polarimeter architectures popular in the literature, introduces some variants to those polarimeter layouts in order to improve some aspects in their performance such as noise minimization, and presents new designs of LC based polarimeters. In particular, we use three different types of LC cells: parallel aligned nematic, twisted nematic and ferroelectric. Moreover, it presents a new static polarimeter able to measure any state of polarization. This last architecture is based on the conical refraction (CR) phenomenon occurring when light propagates along one of the optical axes of a biaxial crystal. For each polarimeter prototype we conduct a comprehensive analysis of its design, including a noise optimization, robustness study, tolerance analysis, as well as we detail the implementation of the polarimeter, including its experimental calibration and measurements. A comparative between the different implemented prototypes is conducted, giving a very valuable review of the main features of LC based polarimeters as well as the CR based polarimeter. From this comparative, the best candidate for imaging polarimetry is selected. Finally, in this thesis it is proposed a new experimental configuration which combines an imaging polarimeter and a module used to achieve sub-pixel-resolution imaging in a system where the resolution is limited by detector pixel size. Crucial experimental results are provided, validating the resolution enhancement achieved in polarization images.
eng
dc.format.extent
200 p.
dc.format.mimetype
application/pdf
dc.language.iso
eng
dc.publisher
Universitat Autònoma de Barcelona
dc.rights.license
L'accés als continguts d'aquesta tesi queda condicionat a l'acceptació de les condicions d'ús establertes per la següent llicència Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/es/
dc.rights.uri
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/es/
*
dc.source
TDX (Tesis Doctorals en Xarxa)
dc.subject
Polarímetre
dc.subject
Polarímetro
dc.subject
Polarimeter
dc.subject
Polarimetría
dc.subject
Polarimetry
dc.subject
Polarització
dc.subject
Polarización
dc.subject
Polarization
dc.subject.other
Ciències Experimentals
dc.title
Design of polarimeters based on liquid crystals and biaxial crystals for polarization metrology
dc.type
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
dc.type
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.subject.udc
535
cat
dc.contributor.authoremail
albapeinadoc@gmail.com
dc.contributor.director
Campos Coloma, Juan
dc.contributor.director
Lizana Tutusaus, Angel
dc.embargo.terms
cap
dc.rights.accessLevel
info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.identifier.dl
B-3029-2015


Documents

apc1de1.pdf

3.034Mb PDF

Aquest element apareix en la col·lecció o col·leccions següent(s)