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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/2420| Detección de intensidad y fase de luz visible utilizando placas zonales de Fresnel con dominios ferroeléctricos controlados por voltaje Phase and intensity detection of visible light using Fresnel zone plates with ferroelectric domains controllable by voltage | |
| LUIS JOEL MAVITA GRANILLO | |
| ROGER SEAN CUDNEY BUENO | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución-SinDerivadas | |
| Sensor de Shack-Hartmann, detección del frente de onda, placa zonal de Fresnel, cristales ferroeléctricos, dominios ferroeléctricos Shack-Hartmann sensor, wave-front sensing, Fresnel zone plate, ferroelectric crystals, ferroelectric domains | |
| En este trabajo se presenta un sensor que puede detectar tanto la distribución de intensidad como la fase de la luz. El dispositivo está conformado por dos elementos principales; el primero es un arreglo de placas zonales electro-ópticas controlable por voltaje, fabricado en estructuras de dominios ferroeléctricos, utilizando cristales de niobato de litio o tantalato de litio ; el segundo elemento es un sensor de imagen colocado en el plano focal de las placas zonales. La detección de la intensidad y la fase se realiza secuencialmente de la siguiente manera: en ausencia de voltaje el arreglo de placas zonales está desactivado y la luz ve al cristal como un medio de índice de refracción homogéneo, por lo tanto se propaga a través de este sin distorsión y se obtiene la distribución de intensidad en el sensor de imagen. Cuando se aplica voltaje, el arreglo de placas zonales es activado y forma un patrón de puntos de luz en el plano del mismo sensor de imagen utilizado para detectar la intensidad; la información adquirida a través de la posición de cada punto de luz es utilizada para reconstruir el frente de onda incidente (distribución espacial de la fase) de forma similar a un sensor de Shack-Hartmann. Los arreglos de placas zonales fueron diseñados buscando obtener las condiciones óptimas de resolución de muestreo espacial del frente de onda y rango dinámico del sensor. En base a ello se determinó, como un aspecto crítico de diseño, reducir el tamaño de las placas zonales tanto como el método de fabricación y las propiedades del material lo permitiesen, teniendo como objetivo llegar a un rango de miniaturización de entre 300 µm y 36 µm por placa. Observamos que para estas dimensiones cuando se trabaja en particular con cristales de niobato de litio, resulta complicado fabricar estructuras de dominios en forma de anillos, como es el caso de una placa zonal convencional, ya que los dominios tienden a adquirir la geometría de su celda unitaria hexagonal. Este efecto es más notorio conforme se reduce el tamaño de las placas y se aumenta el número de zonas. Para alcanzar el rango de miniaturización propuesto, optamos por reducir la cantidad de zonas y explorar la factibilidad de utilizar, además de anillos, estructuras de hexágonos de dominios anidados como elementos para focalizar la luz. En cristales de niobato de litio logramos fabricar arreglos de placas zonales anulares de 259 µm por lado y un arreglo más con placas zonales hexagonales de 100 µm ... In this work we present a sensor that can detect both the intensity distribution and the phase of light. The device consists of two main elements; the first is an array of voltage-controllable electro-optical zone plates that was made out of ferroelectric domain structures using lithium niobate or lithium tantalate crystals; the second element is an image sensor placed in the focal plane of the zone plates. The detection of intensity and phase is carried out sequentially in the following way: in the absence of voltage the array of zone plates is deactivated and the light sees the crystal as a medium of homogeneous refractive index, therefore it propagates through it without distortion and the intensity distribution can be obtained in the image sensor. When a voltage is applied, the arrangement of zone plates is activated and forms a pattern of spots in the plane of the same image sensor used to detect the intensity; the information acquired through the position of each spot is used to reconstruct the incident wavefront (spatial distribution of the phase) similar to a Shack-Hartmann sensor. The arrays of zonal plates were designed to achieve the optimal conditions of spatial sampling resolution of the wavefront and dynamic range of the sensor. Based on this, it was determined as a critical design aspect to reduce the size of the zone plates as much as the manufacturing method and the material properties allowed, with the aim of reaching a scale of miniaturization of between 300 μm and 36 μm per plate. We note that for these dimensions when working in particular with lithium niobate crystals, it is difficult to make ring-shaped domains, as is the case of a conventional zone plate, since the domains tend to acquire the geometry of its hexagonal unit cell. This effect is more noticeable as the size of the plates is reduced and the number of zones is increased. To reach the desired degree of miniaturization, we chose to reduce the number of zones and explore the feasibility of using, in addition to rings, hexagonal structures of nested domains as focalizing elements. In lithium niobate we were able to manufacture ring-shaped zone plates of 259 μm per side and another arrangement of hexagonal zone plates with 100 μm per side; these plates are made up of only three zones. On the other hand, we also observed that when using an alternative ferrelectric material, in this case lithium tantalate, it was possible to overcome this miniaturization limit and manufacture.. | |
| 2018 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| Mávita Granillo, L.J. 2018. Detección de intensidad y fase de luz visible utilizando placas zonales de Fresnel con dominios ferroeléctricos controlados por voltaje. Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 86 pp. | |
| INSTRUMENTOS ÓPTICOS | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Óptica |
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