Desenvolvimento e caracterização de q-plates: geração de feixes helicoidais e vetoriais
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Development and characterization of q-plates: formation of helical and vector beams
Primeiro orientador
Membros da banca
Luiz Gustavo de Oliveira Lopes Cançado
Leonardo Teixeira Neves
Leonardo Teixeira Neves
Resumo
As q-plates são placas de onda capazes de transformar o estado de polarização e a
frente de onda da luz. A orientação do eixo rápido de uma q-plate varia ao longo de sua
seção transversal possibilitando a geração de feixes de luz com momento angular orbital e
que possuem polarização não homogênea, os chamados feixes vetoriais. O objetivo desta
dissertação é apresentar a caracterização de placas q-plates, fornecidas por colaboradores
da Universidade Técnica da Dinamarca, constituídas de nano-pilares de silício amorfo,
distribuídos periodicamente, no intuito de gerar o fenômeno de birrefringência de forma.
Mostramos, teoricamente, os mecanismos de funcionamento das q-plates que permitem
a geração de todos os feixes vetoriais presentes na esfera de Poincaré de ordem superior,
uma representação geométrica que engloba os perfis espaciais e o estado de polarização
desses tipos de feixes. Visando caracterizar as placas produzidas, realizamos experimentos capazes de
mostrar a geração dos feixes vetoriais e dos modos Laguerre-Gaussianos, conhecidos
por possuírem momento angular orbital. Para os feixes vetoriais, analisamos o perfil de
intensidade do feixe após atravessar um polarizador. Foi possível notar que o perfil se
altera, mostrando o caráter não homogêneo do estado de polarização. No caso dos feixes
com momento angular orbital, suas frentes de onda apresentam uma forma helicoidal,
por isso usamos um interferômetro de Mach-Zhender para fazer sua análise. Na saída do
interferômetro, obtivemos um padrão de interferência em formato de pétalas, característicos
dos feixes helicoidais. Com isso, concluímos
Abstract
Q-plates are wave plates capable of transforming the polarization state and wavefront of light. The orientation of the fast axis of a q-plate varies along its cross section enabling the generation of light beams with orbital angular momentum and that have inhomogeneous polarization, the so-called vector beams. The goal of this dissertation is to present the characterization of q-plates, provided by collaborators from the Technical University of Denmark, composed of amorphous silicon nanopillars, periodically distributed, in order to generate the phenomenon of form birefringence. We theoretically show the functioning mechanisms of the q-plates that allow the generation of all vector beams present on the higher order Poincaré sphere, a geometric representation that encompasses the spatial profiles and the polarization state of these types of beams. To characterize the produced plates, we conducted experiments that could show vector beam generation and Laguerre-Gaussian modes known for its orbital angular momentum. For vector beams, we have analyzed the intensity profile of the beam after crossing a polarizer. It was possible to notice that the profile changes, showing the inhomogeneous character of the polarization state. In the case of beams with orbital angular momentum, their wavefronts have a helical shape, so we used a Mach-Zhender interferometer to analyze them. At the output of the interferometer, we obtained an interference pattern in the shape of petals, characteristic of helical beams. Hence, we conclude that the manufactured q-plates can generate the theoretically predicted transformations.
Assunto
Óptica, Momentos angulares, Feixes vetoriais
Palavras-chave
Q-plate, Feixes vetoriais, Birrefringência de forma, Momento angular orbital