Generación de haces de luz con singularidades de fase y polarización

Institución otorgante:

Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Fecha:

2022-07-15

Tipo de documento: 

info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
 

Formato:

application/pdf

Idioma:

spa

Temas:

OPTICA SINGULAR - MOMENTO ANGULAR ORBITAL - POLARIZACION ESTRUCTURADA - HAZ VORTICE - HAZ VECTORIAL - MODULADOR ESPACIAL DE LUZ - PANTALLA DE CRISTAL LIQUIDO - Q-PLATE - SINGULAR OPTICS - ORBITAL ANGULAR MOMENTUM - STRUCTURED POLARIZATION - VORTEX BEAM - VECTOR BEAM - SPATIAL LIGHT MODULATOR - LIQUID CRYSTAL DISPLAY - Q-PLATE

Descripción:

La generación de campos de luz personalizados, o luz estructurada, implica la capacidad de modular tanto la intensidad como la fase o la polarización de los mismos. A medida que las herramientas y la tecnología para crear y detectar luz estructurada han evolucionado, las aplicaciones también han comenzado a emerger. Habitualmente, el término luz estructurada se toma como sinónimo de haces con momento angular orbital (OAM), sin embargo, dicho término va más allá de los haces portadores de OAM, y la generación de luz con modulación espacial de los estados de polarización (SoP) se vuelve cada vez más importante. Un fenómeno particularmente notable, que permite enriquecer la generación de haces estructurados, es que mientras la luz se propaga a través de un medio isótropo y homogéneo, SoP y OAM se conservan por separado; sin embargo, pueden acoplarse en presencia de un medio anisótropo y no homogéneo. Las q-plates son un dispositivo con estas características donde la conversión spin-orbital está relacionada con la fase de Pancharatnam-Berry o fase geométrica. Las mismas, en general, pueden describirse como láminas retardadoras de media onda en las cuales el eje principal gira con el ángulo de azimut a veces. Aunque estos elementos son altamente versátiles, con muchas aplicaciones potenciales en el campo de óptica singular, es deseable ampliar el concepto de q-plates con el fin de obtener mayor flexibilidad en el diseño y diversidad de respuestas. En esta Tesis se propone investigar la generación y detección de luz estructurada a partir del desarrollo de nuevos dispositivos basados en pantallas de cristal líquido que permitan implementar estas complejas tareas con montajes versátiles, compactos y cuya respuesta pueda modificarse en forma dinámica y programable. Para ello comenzamos introduciendo el concepto de q-plate generalizada, permitiendo modulaciones de fase arbitrarias (no necesariamente lineales) con funciones tanto de la coordenada azimutal como de la coordenada radial. En primera instancia, evaluamos el desempeño teórico de este tipo de elementos probando algunas funciones sencillas en simulaciones numéricas.Utilizando el formalismo de Jones y la teorıa escalar de la difracción, hallamos comportamientos interesantes en la propagación de los haces generados y sus distribuciones de singularidades. En segundo lugar, proponemos un dispositivo experimental, basado en una pantalla de cristal líquido de reflexión con modulación pura de fase, para emular el comportamiento de una q-plate generalizada. Esto brinda la flexibilidad necesaria para experimentar con estos elementos sin requerir de un proceso de fabricación para cada función en particular. Hallamos que las mediciones de fase y polarización de los haces generados con el dispositivo coinciden en alto grado con los resultados de las simulaciones para q-plates generalizadas ideales. En una tercera instancia, exploramos usos alternativos del dispositivo propuesto, por un lado para crear haces con momento angular orbital sintonizable y, por otro lado, para crear múltiples haces vórtice vectoriales perfectos. En el primer caso, ilustramos el desempeño de los haces generados con simulaciones, mediante un software de pinzas ópticas. En el segundo caso, medimos las distribuciones de polarización y fase de los haces vórtice vectoriales perfectos creados, usando técnicas interferométricas y polarimétricas. Hallamos, nuevamente, un alto grado de concordancia con las simulaciones computacionales. La flexibilidad y efectividad halladas, muestran a este dispositivo como una herramienta potencialmente útil, tanto en la investigación básica de la óptica singular, como en aplicaciones a micromanipulación óptica, microscopìa, información cuántica, comunicaciones, etc.

Identificador:

https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7095_Vergara