Estudio y aplicación de la modulación compleja, espectral y de polarización en moduladores de cristal líquido

Resumen

Esta tesis, elaborada en la modalidad de conjunto de publicaciones, constituye un compendio de trabajos teórico-prácticos en el ámbito de los moduladores espaciales de luz (SLM, del inglés Spatial Light Modulator) de cristal líquido (LCD, del inglés Liquid Crystal Display). Los moduladores espaciales de luz son dispositivos pixelados capaces de alterar espacialemente las propiedades ópticas de un frente de ondas de luz incidente, lo que convierte a estos dispositivos en elementos muy apropiados para aplicaciones difractivas y de procesado óptico: generación de hologramas 2D y 3D, pinzas ópticas, compresión de pulsos láser, sensores programables, corrección de aberraciones, etc. Así, se han estudiado las propiedades de modulación compleja, espectral y de polarización de estos dispositivos, así como se han construido sistemas experiementales de aplicación para tres tecnologías de moduladores de cristal líquido: 1) Moduladores de cristal líquido nemático rotado (TN-LCD), 2) moduladores nemáticos de alineamiento paralelo (PAL-LCD) y 3) moduladores de cristal líquido nemático ferroeléctrico (FLCD). Dentro de los trabajos de estudio de la modulación, se ha tratado el fenómeno de la modulación extendida de fase en los sistemas de modulación compleja con moduladores TN-LCD. Estos sistemas se emplean en los sistemas de óptica difractiva para producir modulaciones puras de fase. El fenómeno consiste en que la modulación de fase del sistema puede incrementarse a costa de reducir la transmisión de intensidad. Por otro lado, para tratar de explicar el fenómeno, se ha desarrollado una metodología basada en la fase geométrica o de Pancharatnam que ha permitido expresar la modulación compeja producida por estos elementos mediante dos únicas figuras sobre la esfera de Poincaré: un cuadrilátero y un triángulo esférico. La fase de Pancharatnam determina la fase que gana un estado de polarización al recorrer un circuito cerrado de proyecciones en la esfera de Poincaré, siendo igual a la mitad del área encerrada por la trayectoria. Esta idea, había sido aplicada estudio de sistemas cíclicos (cuánticos y ópticos), pero no al estudio de la modulación óptica. El modelo ha sido comprobado mediante un sistema experimental con un PAL-LCD. En tercer lugar, se han incluido modelos de dispersión cromática en el modelo de Márquez de los TN-LCD con objeto de predecir la respuesta espectral y colorimétrica de estos dispositvos en un rango amplio de longitudes de onda y se ha comprobado experimentalmente la bondad de esta extensión del modelo. En cuanto a los trabajos de caracter experimental, se ha construido un sistema de transformada de Fourier en color basado en un esquema de multiplexado temporal de la longitud de onda, que se obtiene por medio de una iluminación láser tricolor, una rueda de filtros de color, y un sistema de transformada de Fourier basado en el FLCD. El sistema se ha aplicado a la generación de patrones de difracción compensados cromáticamente, la generación de hologramas en color y la implementación de un sistema de correlación en color. También se ha desarrollado un sistema de generación de patrones 3D de puntos mediante elementos difractivos de Dammann, con vistas a posibles aplicaciones en micrograbado óptico o fotopolimerización de compuestos orgánicos. Por útimo, se ha construido un sistema de codificación de imágenes por estados de polarización con posibles aplicaciones en sistemas de esteganografía óptica.