Polarimetría

La polarimetría se utiliza en muchas áreas de la astronomía para estudiar las características físicas de fuentes que incluyen núcleos galácticos activos y blázares , exoplanetas , gas y polvo en el medio interestelar , supernovas , estallidos de rayos gamma , rotación estelar , ^{[ 3 ]} campos magnéticos estelares, discos de escombros , reflexión en estrellas binarias ^{[ 4 ]} y la radiación cósmica de fondo de microondas . Las observaciones astronómicas de polarimetría se llevan a cabo como polarimetría de imagen, donde la polarización se mide en función de la posición en los datos de imagen, o espectropolarimetría, donde la polarización se mide en función de la longitud de onda de la luz, o polarimetría de apertura de banda ancha.

La polarimetría de matriz de Mueller (MMP) se ha investigado para aplicaciones de imágenes biomédicas, donde se utiliza para caracterizar la estructura tisular basándose en interacciones luz-materia dependientes de la polarización. Estudios iniciales demostraron la viabilidad de la caracterización del cáncer ex vivo mediante imágenes polarimétricas de Mueller, por ejemplo, en tejido de colon humano, donde se demostró que el contraste polarimétrico se correlacionaba con cambios patológicos. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

Estudios posteriores han combinado la polarimetría de la matriz de Mueller con métodos de aprendizaje automático para la segmentación de imágenes y la identificación de tumores en tejido cerebral humano ex vivo. Los estudios informan que tanto las características polarimétricas derivadas de las descomposiciones de Lu-Chipman como el uso directo de imágenes de la matriz de Mueller como entradas a redes neuronales convolucionales pueden discriminar entre tejido tumoral y sano, con relevancia potencial para la obtención de imágenes intraoperatorias. ^{[ 7 ]}

Al analizar datos polarimétricos de la matriz de Mueller mediante métodos basados ​​en datos, las técnicas convencionales de aumento de imagen, como las rotaciones espaciales y las reflexiones, pueden violar las restricciones físicas de polarización. Por lo tanto, se han propuesto estrategias de aumento que tienen en cuenta la física y que aplican transformaciones consistentes tanto a la geometría de la imagen como a los elementos de la matriz de Mueller. Estos enfoques preservan la admisibilidad física de los datos aumentados y han demostrado mejorar el rendimiento del aprendizaje al entrenar redes neuronales profundas con conjuntos de datos polarimétricos de tamaño limitado. ^{[ 8 ]}

Los gemólogos utilizan polariscopios para identificar diversas propiedades de las gemas que examinan. Un examen adecuado puede requerir que la gema sea inspeccionada en varias posiciones y ángulos. ^{[ 9 ]} Un polariscopio de gemólogo es un dispositivo orientado verticalmente, generalmente con dos lentes polarizadoras , una sobre la otra, con un espacio entre ellas. Una fuente de luz está integrada en el polariscopio debajo de la lente polarizadora inferior y apunta hacia arriba. Una gema se coloca sobre la lente inferior y se puede examinar correctamente mirándola a través de la lente superior. Para operar el polariscopio, un gemólogo puede girar las lentes polarizadoras manualmente para observar diversas características de una gema. Los polariscopios utilizan sus filtros polarizadores para revelar propiedades de una gema sobre cómo afecta a las ondas de luz que la atraviesan.

Un polariscopio puede usarse primero para determinar el carácter óptico de una gema y si es monorrefractante (isotrópico), birrefringente anómalamente (isotrópico), birrefringente (anisotrópico) o agregado. Si la piedra es birrefringente y no es un agregado, el polariscopio puede usarse para determinar además la figura óptica de la gema, o si es uniaxial o biaxial. Este paso puede requerir el uso de una lupa , también conocida como conoscopio. ^{[ 10 ]} Finalmente, un polariscopio puede usarse para detectar el pleocroísmo de una gema, aunque puede ser preferible un dicroscopio para este propósito, ya que puede mostrar los colores pleocroicos uno al lado del otro para una identificación más fácil.

En 2003, se informó sobre un generador de imágenes espectropolarimétricas visible-infrarrojo cercano (VNIR) con un filtro sintonizable acustoóptico (AOTF). ^{[ 11 ]} Estos generadores de imágenes hiperespectrales y espectropolarimétricas funcionaban en regiones de radiación que abarcaban desde el ultravioleta (UV) hasta el infrarrojo de onda larga (LWIR). En los AOTF, un transductor piezoeléctrico convierte una señal de radiofrecuencia (RF) en una onda ultrasónica . Esta onda luego viaja a través de un cristal unido al transductor y, al entrar en un absorbedor acústico, se difracta. La longitud de onda de los haces de luz resultantes se puede modificar alterando la señal de RF inicial. ^{[ 11 ]} Las imágenes hiperespectrales VNIR y LWIR consistentemente tienen un mejor rendimiento como generadores de imágenes hiperespectrales. ^{[ 12 ]} Esta tecnología fue desarrollada en el Laboratorio de Investigación del Ejército de los Estados Unidos. ^{[ 11 ]}

Los investigadores informaron datos del sistema visible-infrarrojo cercano (VISNIR) (0,4-0,9 micrómetros) que requirieron una señal de RF con una potencia inferior a 1 W. Los datos experimentales reportados indican que las firmas polarimétricas son exclusivas de los objetos artificiales y no se encuentran en objetos naturales. Los investigadores afirman que un sistema dual, que recopila información hiperespectral y espectropolarimétrica, representa una ventaja en la producción de imágenes para el seguimiento de objetivos. ^{[ 11 ]}

La obtención de imágenes y la detección infrarroja polarimétrica también pueden resaltar y distinguir diferentes características en una escena y proporcionar firmas únicas de diferentes objetos. Una estructura metálica modulada nanoplasmónica para la detección polarimétrica en las bandas duales de infrarrojo de onda media y onda larga puede proporcionar características únicas sobre los diferentes materiales, objetos y superficies detectados. ^{[ 13 ]}