Hispanopedia WikiUn modulador fotoelástico ( PEM ) es un dispositivo óptico que se utiliza para modular la polarización de una fuente de luz. El efecto fotoelástico se emplea para modificar la birrefringencia del elemento óptico del modulador fotoelástico.
El PEM fue inventado por primera vez por J. Badoz en la década de 1960 y originalmente se denominó "modulador de birrefringencia". [ 1 ] Inicialmente se desarrolló para mediciones físicas, incluyendo la dispersión rotatoria óptica y la rotación de Faraday , la polarimetría de objetos astronómicos, la birrefringencia inducida por deformación y la elipsometría . Entre los desarrolladores posteriores del modulador fotoelástico se encuentran JC Kemp, SN Jasperson y SE Schnatterly.
Descripción
El diseño básico de un modulador fotoelástico consta de un transductor piezoeléctrico y una barra resonante de media onda; dicha barra es de un material transparente (actualmente, la más común es la sílice fundida). El transductor está sintonizado a la frecuencia natural de la barra. Esta modulación por resonancia permite obtener mediciones de polarización de alta sensibilidad. La vibración fundamental del elemento óptico se produce a lo largo de su dimensión más larga.
Principios básicos
El principio de funcionamiento de los moduladores fotoelásticos se basa en el efecto fotoelástico, en el que una muestra sometida a tensión mecánica presenta birrefringencia proporcional a la deformación resultante. Los moduladores fotoelásticos son dispositivos resonantes cuya frecuencia de oscilación precisa viene determinada por las propiedades del conjunto elemento óptico/transductor. El transductor se sintoniza a la frecuencia de resonancia del elemento óptico a lo largo de su dimensión mayor, determinada por su longitud y la velocidad del sonido en el material. A continuación, se envía una corriente a través del transductor para hacer vibrar el elemento óptico mediante estiramiento y compresión, lo que modifica la birrefringencia del material transparente. Debido a este carácter resonante, la birrefringencia del elemento óptico puede modularse a grandes amplitudes, pero, por la misma razón, el funcionamiento de un PEM se limita a una sola frecuencia, y la mayoría de los dispositivos comerciales fabricados actualmente operan a unos 50 kHz.
Aplicaciones
Modulación de la polarización de una fuente de luz
Esta es la aplicación y función más básica de un PEM. En una configuración típica, donde la fuente de luz original está polarizada linealmente a 45 grados del eje óptico del PEM, la polarización de luz resultante se modula a la frecuencia de operación f del PEM y, para una señal moduladora sinusoidal, se puede expresar en el formalismo de la matriz de Jones como:
donde A es la amplitud de la modulación.
La luz monocromática polarizada linealmente que incide a 45 grados respecto al eje óptico puede considerarse como la suma de dos componentes: una paralela y otra perpendicular al eje óptico del PEM. La birrefringencia introducida en la placa retarda una de estas componentes más que la otra; es decir, el PEM actúa como una placa de onda sintonizable . Normalmente, se ajusta para que funcione como una placa de cuarto de onda o de media onda en el pico de la oscilación.
En el caso de la placa de cuarto de onda, la amplitud de oscilación se ajusta de manera que, a la longitud de onda dada, un componente se retrasa y se adelanta alternativamente 90 grados con respecto al otro, de modo que la luz saliente esté polarizada circularmente a la derecha y a la izquierda alternativamente en los picos.
Se toma una señal de referencia del oscilador modulador y se utiliza para controlar un detector sensible a la fase , el demodulador.
La amplitud de la oscilación se ajusta mediante una tensión externa aplicada que es proporcional a la longitud de onda de la luz que pasa a través del modulador.
Polarimetría
Un sistema polarimétrico típico consta de dos polarizadores lineales que forman un analizador cruzado, una muestra óptica que introduce el cambio en la polarización de la luz y un modulador fotoelástico (PEM) que modula aún más el estado de polarización. Las intensidades finales detectadas en la frecuencia fundamental y el segundo armónico de la frecuencia de operación del PEM dependen de la elipticidad y la rotación introducidas por la muestra.
La polarimetría PEM tiene la ventaja de que la señal se modula a alta frecuencia (y a menudo se detecta con un amplificador de detección síncrona ), lo que excluye muchas fuentes de ruido que no están a la frecuencia de funcionamiento del PEM y atenúa el ruido blanco mediante el ancho de banda del amplificador de detección síncrona.
Véase también
Referencias
- Polarización (ondas)
- Metrología óptica