Accurate predictive model for twisted neumatic liquid crystal devicesApplication for generating programmable apodizers and Fresnel lenses

Resumen

En esta tesis se desarrollan dos temas principales. En el primer tema, noshemos centrado en el estudio de las pantallas de cristal líquido nemáticohelicoidal. Éstas son las pantallas usadas como visualizadores (displays) enla electrónica de consumo. Nos interesa ser capaces de calcular y depredecir con elevada precisión la transmitancia en amplitud compleja queproporcionan estas pantallas, para su uso como moduladores espaciales deluz en procesado óptico, óptica difractiva, óptica adaptativa, dondegeneralmente se requieren modulaciones de sólo fase o de sólo amplitud.Hemos propuesto un modelo simplificado para el funcionamiento de laspantallas basado en un procedimiento de ingeniería inversa. Consideramosel dispositivo dividido en tres regiones: dos capas laterales o bordes, y unaregión central, cuyas anchuras varían con el voltaje aplicado. Mediante estemodelo somos capaces de predecir con elevada precisión la modulación deamplitud compleja proporcionada por el dispositivo. Esta capacidad depredicción nos ha llevado a realizar búsquedas digitales de configuracionesde sólo fase o de sólo amplitud, obteniendo unos resultados cercanos a lasmodulaciones ideales. Para ello hemos de usar longitudes de onda cortas yconfiguraciones con polarizadores y láminas desfasadoras.En el segundo tema, usamos las pantallas de cristal líquido para generarelementos ópticos difractivos interesantes en sistemas de formación deimagen. Por un lado, hemos generado apodizadores, que permiten cambiar la respuesta impulsional del sistema óptico (profundidad de enfoque,resolución). Hemos demostrado con éxito la generación de apodizadoressobre las pantallas de cristal líquido en configuración de sólo amplitud: setrata de los apodizadores programables cuya función se puede cambiardinámicamente y con la flexibilidad de ser controlables desde unordenador. Por otro lado, hemos combinado un apodizador y una lente enun solo elemento óptico difractivo sobre la pantalla de cristal líquido enmodo de sólo fase. Este nuevo elemento, apodizador focalizadorprogramable, permite modificar la respuesta impulsional y la distanciafocal dinámica y simultáneamente. Para generarlo hemos propuesto unatécnica de codificación de información de amplitud compleja sobre unafunción de sólo fase cuadrática. Además, debemos tener en cuenta ciertosfenómenos, como el efecto apodizante inherente, producidos por laestructurada pixelada del dispositivo de cristal líquido.