Procesado de imágenes de secciones transversales de haces láser para la obtención de parámetros de stokes

Abstract

En 1852, George Gabriel Stokes introdujo un formalismo matricial para describir el estado de polarización de la luz, ya sea totalmente o parcialmente polarizada. En dicho formalismo definió una serie de parámetros, denominados parámetros de Stokes, que permiten conocer el estado de polarización de la luz. Aunque existen otras posibilidades para describir la luz parcialmente polarizada, en la actualidad, los parámetros de Stokes se siguen empleando como una alternativa para interpretar de forma sencilla las propiedades de polarización de la luz.
Conocer cómo reacciona cualquier tipo de superficie o material en función del estado de polarización de la luz concreta que incida sobre ella, aporta mucha información sobre dicho material. Esta información de las características del material puede ser útil en diferentes campos, desde el control industrial en procesos de fabricación (monitorización del espesor de capas, de rugosidad de superficies, composición, etc.) hasta aplicaciones en comunicaciones ópticas (modulación por estados de polarización), bioingeniería, biomedicina (técnicas no invasivas de diagnóstico y de terapia), etc.
En general, el estado de polarización de la luz será no uniforme en la sección transversal de un haz dado. En el presente proyecto se pretende realizar una aplicación que permita representar de manera gráfica el estado de polarización en cada posición de la sección transversal de un haz a partir de imágenes radiométricas del perfil de intensidad del haz bajo ciertas condiciones o a partir de medidas polarimétricas en puntos concretos de la sección del haz. El análisis de las imágenes permitirá obtener mapas de polarización que a su vez permitan la obtención de las características de polarización de la luz bajo estudio. Así pues, el proyecto abarcará diferentes secciones, incluyendo en primer lugar una parte teórica de análisis y explicaciones de las ondas electromagnéticas, resaltando las propiedades de la luz, con la que trabajaremos en el proyecto, para una posterior parte de simulación y comprobación de los resultados logrados, realizada esta segunda con Matlab. Dicho software es una herramienta de cálculo matemático muy potente, empleada por ingenieros y científicos para resolver múltiples problemas. En nuestro caso será utilizada como herramienta de cálculo, simulación y representación final, razones por las que se ha escogido como medio de implementación del proyecto.
Abstract:
In 1852, George Gabriel Stokes introduced a matrix formalism to describe the light polarization state, either totally or partially polarized. In such formalism a set of parameters are defined, the so-called Stokes parameters, which allow to know the light polarization state. Although there are other possibilities to describe partially polarized light, Stokes parameters are still used as an alternative to easily interpret the light polarization properties. The knowledge of the interaction of a material or a surface with polarized light and how the state of polarization is modified in such interaction, provides a lot of information about this material. This information about the material characteristics can be useful in differents fields, from industrial control in manufacturing processes (monitoring layer thickness, surface roughness, composition, etc.) to applications in optical communications (modulation by polarization states), bioengineering, biomedicine (non-invasive techniques of diagnosis and therapy), etc. In general, the light polarization state will be non-uniform in the cross section of a given beam. In the present project, an application developed that allows a graphical representation of the polarization state in each position of the cross section of the beam from radiometric images of the intensity profile, under certain conditions or from polarimetric measurements at specific points of the beam section. The analysis of the images will allow to get polarization maps that allows to obtain the polarization characteristics of the light under study.
The present project will cover different sections, including a theoretical part of analysis and explanations of electromagnetic waves, highlighting the light properties, with which we will work on the project. A second part will be devoted to simulation and verification of the results achieved, which will be developed by means of Matlab. This software is a very powerful mathematical calculation tool, used by engineers and scientists to solve multiple problems. In our case it will be used as a tool for calculation, simulation and graphical representation and for these purposes, Matlab has been chosen as a means of implementing the project.