Conical refraction: fundamentals and applications
El fenomen de la refracció cònica en cristalls biaxials és conegut des del 1832, quan William Hamilton va predir matemàticament que un feix de llum idealment col·limat travessant un cristall biaxial paral·lelament a un dels eixos òptics del cristall, es refracta com un conus asimètric i emergeix del...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2015 |
| País: | España |
| Institución: | CBUC, CESCA |
| Repositorio: | TDR. Tesis Doctorales en Red |
| OAI Identifier: | oai:www.tdx.cat:10803/322801 |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/10803/322801 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Refracció cònica Refracción cónica Conical refraction Singularitats òptiques Singularidades ópticas Optical singularities Trampes óptiques Trampas ópticas Optical trapping Ciències Experimentals 535 |
| Sumario: | El fenomen de la refracció cònica en cristalls biaxials és conegut des del 1832, quan William Hamilton va predir matemàticament que un feix de llum idealment col·limat travessant un cristall biaxial paral·lelament a un dels eixos òptics del cristall, es refracta com un conus asimètric i emergeix del cristall com un cilindre de llum, la secció transversal del qual forma un anell de llum. La posterior observació del fenomen només uns mesos després per part de Humphrey Lloyd, va convertir la refracció cònica en un dels primers fenòmens observats després de la seva predicció, així com va donar el triomf de la teoria ondulatòria de la llum sobre la teoria corpuscular. A finals dels anys 70 del segle passat, Belsky i Khapalyuk van presentar la formulació difractiva del fenomen per a feixos amb simetria cil·líndrica, la qual va estar re-formulada per Berry durant la passada dècada. En aquesta tesi, explorem la refracció cònica d’una manera àmplia, alhora que profunda. Primerament, demostrem que, després d’un cert desenvolupament, la teoria de Berry pot ser utilitzada per estudiar la propagació de qualsevol feix, independentment del seu estat de polarització o perfil transversal, tant al llarg de l’eix òptic com a fora del mateix i per a qualsevol nombre de cristalls biaxials en cascada. Aquesta teoria difractiva també és utilitzada per a demostrar que, només ajustant la raó entre el radi de l’anell de refracció cònica i l’amplada del feix d’entrada, es poden aconseguir feixos molt dispars i que donen lloc a singularitats òptiques i vector beams molt interessants. Seguidament, demostrem que la refracció cònica pot ser entesa com la transformació de les ones incidents en dues ones còniques, la interferència de les quals dóna lloc als típics anells dobles al pla focal. A més a més, proposem una teoria alternativa que permet calcular el patró final després del cristall de qualsevol tipus de feix d’entrada, només tenint en compte refracció de vectors d’ona incidents i ho apliquem al cas particular de tenir múltiples cristalls en cascada. En particular, demostrem un sistema de multiplexació i de-multiplexació de senyals monocromàtiques per a aplicacions en les comunicacions òptiques en espai lliure basat en tres cristalls biaxials en cascada. Tot l’estudi anterior serveix per a la realització de noves propostes per a trampes òptiques per a àtoms neutres i partícules absorbents. En aquest sentit, demostrem tant teòricament com experimental que les estructures fosques que es generen amb refracció cònica són de gran utilitat per a atrapar àtoms ultra-freds, en col·laboració amb el grup del Prof. Gerhard Birkl a la Technische Universität Darmstadt. Tanmateix, utilitzem la particular distribució de polarització dels anells de refracció cònica per a construir una ampolla òptica re-configurable en temps real i que permet carregar i descarregar partícules macroscòpiques absorbents. També ens endinsem en el món de l’òptica quàntica a través de l’estudi de la generació de segon harmònic tant de tipus I com de tipus II a partir d’un feix de refracció cònica i demostrem que les propietats del feix de segon harmònic són pràcticament iguals a les del feix fonamental. Finalment, fem una proposta teòrica per a dissenyar un dispositiu capaç de detectar entrellaçament quàntic en moment lineal entre fotons bessons on l’element clau és un cristall biaxial. |
|---|