Estudio y desarrollo de sistemas ópticos para el control de la polarización

Título

Estudio y desarrollo de sistemas ópticos para el control de la polarización

Colaborador

Perez, Liliana Inés
Garea, María Teresa

Editor

Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería

Fecha

2013

Extensión

xiii, 141 p.

Resumen

En el control de la polarización los materiales uniaxiales son extensamente utilizados, ya sea como polarizadores o retardadores. Hemos desarrollado esta Tesis a partir del estudio teórico de medios uniaxiales, haciendo énfasis en las características de retardo. En particular, se han estudiado los retardadores mediante el desfasaje que éstos introducen. Para esto hemos analizado distintas configuraciones en reexión y en transmisión, tanto en forma teórica como experimental. Como herramientas de análisis y caracterización hemos propuesto el estudio de patrones de interferencia.
Este estudio ha dado lugar a la aplicación de distintas técnicas de interferometría y se han propuesto implementaciones innovadoras. Entre los resultados más relevantes que esta Tesis proporciona se encuentran fórmulas explícitas del desfasaje en medios uniaxiales que son deducidas en forma analítica a partir de las Ecuaciones de Maxwell, sin restricciones a casos particulares. Este resultado nos ha permitido estudiar componentes importantes para el control de la polarización como las láminas retardadoras, brindándonos herramientas para analizar su desempeño como retardadores así como imperfecciones de fabricación. Por otro lado, la generalidad de los resultados obtenidos nos permite no sólo el estudio de láminas retardadoras sino que también el de cristales uniaxiales, con distintos clivajes y cortes, a partir de patrones de interferencia conoscópicos. De este modo, los resultados teóricos y experimentales permiten estudiar a los cristales o a los retardadores y caracterizarlos ópticamente así como obtener sus características de retardo. Las características de retardo que estudiamos las hemos aplicado para desarrollar herramientas de interferometría. Esto ha dado lugar, por un lado, a un simple introductor secuencial de desfasajes que utilizamos en técnicas de interferometría por saltos de fase como desfasador, y por otro lado, a un analizador de fase birrefringente que permite medir desfasajes. Las herramientas que hemos desarrollado en esta Tesis, se utilizaron para caracterizar experimentalmente a cristales uniaxiales y a dispositivos retardadores comerciales.
Uniaxial crystals are widely used in polarization control, either as polarizers or retarders. This work is mainly focused on the retardance characteristics associated to uniaxial crystals. We study retarders by means of the phase shift they introduce. In order to do so, we theoretically and experimentally analyze diferent reection and transmission setups. We propose the study of fringe patterns as tools of analysis and characterization of birefringent retarders and uniaxial crystals. Moreover, we apply diferent interferometric techniques according to the characteristics of the patterns. This study has led us to implement novel techniques. Among the most relevant results this Thesis others, we can nd explicit formulae for the phase shift in uniaxial media. These expressions are analytically deduced from Maxwell Equations, with no limits on the optical axis orientation, direction of incidence, or level of birefringence. This result allowed us to study important components for the control of polarization, such as wave plates. We developed tools to analyze their performance as retarders, and _nd manufacturing imperfections. Moreover, the generality of the results obtained allows us not only to study retarder plates, but also the retarding characteristics of uniaxial crystals with diferent cleavages and cuts. We show how to characterize both wave plates and anisotropic crystals by means of theoretical and experimental analysis of conoscopic interference patterns. The retardance characteristics studied were used to develop a simple phase shifter, which was applied in phase shifting interferometry techniques. We also designed a birefringent phase analyzer that measures phase shifts. These techniques were used to experimentally characterize uniaxial crystals and commercial retarders.