Gracias por visitar nature.com.Está utilizando una versión de navegador con soporte limitado para CSS.Para obtener la mejor experiencia, le recomendamos que utilice un navegador más actualizado (o desactive el modo de compatibilidad en Internet Explorer).Mientras tanto, para garantizar un soporte continuo, mostramos el sitio sin estilos ni JavaScript.Control deslizante con tres artículos mostrados por diapositiva.Use los botones Anterior y Siguiente para navegar por las diapositivas o los botones del controlador de diapositivas al final para navegar por cada diapositiva.Yu Wei Zhou, Zhi Feng Li, … Wei LuLei Tong, Xinyu Huang, … Weida HuDaesuk Kim y Vamara DembeleQinghua Song, Arthur Baroni, … Patrice GenevetRD Hawley, J. Cork, … S. Franke-ArnoldYuttana Intaravanne, Ruoxing Wang, … Xianzhong ChenAhmed H. Dorrah, Noah A. Rubin, … Federico CapassoSeongmin Im, Gwiyeong Moon y Donghyun KimJehwan Hwang, Boram Oh, … Sang Jun LeeScientific Reports volumen 12, Número de artículo: 15268 (2022) Citar este artículoSe desarrolló un sistema de imagen de polarización de sonda de polarización (PPPI) para el régimen de infrarrojo cercano (NIR).Este sistema consta de dos componentes que funcionan como un generador de polarización y un analizador de polarización para permitir la captura de imágenes de polarización bajo iluminación de luz polarizada.Las imágenes de polarización capturadas contienen una cantidad considerable de información del objeto porque los haces de luz polarizados que iluminan se ven afectados por muchos de los elementos de la matriz de Mueller.Al ensamblar la cámara de polarización usando dos retardadores de cristal líquido y una rejilla de polarización, el sistema PPPI ofrece el potencial para medir los parámetros de Stokes completamente con una alta tasa de extinción, incluso en la región NIR.La viabilidad del sistema PPPI se demostró experimentalmente.Se discutió su dependencia del estado de polarización (SoP) de la luz polarizada que ilumina.La imagen de polarización adquirida por el sistema PPPI depende en gran medida del SoP de la luz que ilumina, por lo que se debe seleccionar el SoP apropiado para cada objeto para mejorar el contraste de la imagen de polarización.Este sistema PPPI debería ampliar la gama de aplicaciones de imágenes de polarización, incluidos LiDAR, inspección de productos y bioimagen.La imagen de polarización es actualmente un tema importante en el campo de la detección óptica porque el estado de polarización (SoP) de un haz de luz que es dispersado por un objeto contiene una variedad de información sobre la estructura de la superficie y la anisotropía del objeto.Por lo tanto, se han propuesto muchas aplicaciones potenciales de imágenes de polarización, incluida la detección biomédica y la detección remota1,2,3,4,5.Para medir estas imágenes de polarización, se han propuesto varios enfoques hasta la fecha, incluidos métodos basados ​​en un polarímetro rotatorio de polarizador/compensador, una cámara de matriz de micropolarizador/retardador6,7,8,9,10,11, un polarímetro de imágenes canalizado12,13 ,14,15,16, y una cámara de división de amplitud 17,18,19,20,21.Algunos métodos de obtención de imágenes por polarización ya se están incorporando a productos comerciales.Para permitir el avance de la tendencia moderna para el control automático del hardware, las imágenes de polarización tanto en el régimen visible como en el infrarrojo cercano (NIR) deberían proporcionar una poderosa herramienta de detección visual porque la luz NIR tiene numerosos méritos desde el punto de vista de la detección óptica, incluido el ojo. seguridad, su capacidad para atravesar materiales opacos, incluida su capacidad para penetrar en el tejido humano, y su independencia de la distribución del color de los objetos de interés.Por lo tanto, en los últimos años, la obtención de imágenes de polarización en la región NIR se ha convertido en un foco de investigación22,23,24,25,26.Para realizar imágenes de polarización en el régimen NIR, se han utilizado un polarizador giratorio26 y una cámara de matriz de micropolarizadores23,25.Sin embargo, el método basado en el polarizador giratorio requiere el uso de un elemento mecánico para la rotación, por lo que se debe tener mucho cuidado para garantizar un funcionamiento estable.Además, la cámara de matriz de micropolarizadores muestra una tasa de extinción (ER) relativamente baja para la luz NIR debido a la influencia de la difracción del límite de la matriz, lo que provoca diafonía entre los píxeles vecinos.Una ER alta es un factor importante en la imagen de polarización porque está relacionada con la precisión de la medición.Para abordar este requisito, Maruyama et al.informó sobre un sensor de imagen de semiconductor de óxido de metal complementario (CMOS) de tipo polarización en chip de cuatro direcciones que puede mejorar la ER cerrando los polarizadores a los fotodetectores en el régimen visible11, aunque no hay informes de que este dispositivo haya sido adaptado para uso en régimen NIR.Además, la cámara de matriz de micropolarizadores no puede medir el parámetro \(S_3\) correspondiente a la intensidad de los componentes de polarización circular.En nuestro trabajo anterior, también propusimos un método de imagen de polarización que utilizaba una rejilla de polarización de cristal líquido (LCPG)19 como cámara de división de amplitud.Este método puede obtener una imagen completa de parámetros de Stokes de un objeto de interés sin necesidad de piezas mecánicas móviles, a diferencia de los métodos que utilizan un polarizador/compensador giratorio.Además, a diferencia del método basado en la matriz de micropolarizadores, que es un enfoque de tipo división de píxeles, no se produce diafonía entre los píxeles debido a la difracción.Por lo tanto, incluso si nuestro método se utiliza con una fuente de luz en régimen NIR, ofrece la ventaja de proporcionar una ER superior.Además, este método puede medir todos los parámetros de Stokes, incluido \(S_3\) .Descripción de la conversión de polarización basada en la fórmula de la matriz de Muller.(a) Enfoque convencional para la medición de los parámetros de Stokes \(S_0\), \(S_1\) y \(S_2\) bajo iluminación de luz no polarizada cuyo vector de Stokes es \(\left( 1, 0, 0, 0\ bien)\) .(b) Enfoque PPPI para la medición de los parámetros de Stokes \(S_0\), \(S_1\), \(S_2\) y \(S_3\) bajo iluminación de luz polarizada cuyo vector de Stokes es \(\left( S_0^ {\text{Ill}}, S_1^{\text{Ill}}, S_2^{\text{Ill}}, S_3^{\text{Ill}}\right)\) .( a ) Esquema del sistema PPPI utilizando la rejilla de polarización de cristal líquido (LCPG).El sistema PPPI consta de un generador de polarización y un analizador de polarización.El proyector de polarización se ensambla a partir del diodo láser de infrarrojo cercano (NIR-LD), el espejo de los sistemas microelectromecánicos (MEMS), el polarizador (P) y la placa de cuarto de onda (QWP).La cámara de polarización se ensambla a partir de los retardadores de cristal líquido (LCR\(_1\) y LCR\(_2\) ), el filtro de paso largo (LPF), el LCPG, la lente de la cámara (CL) y el sensor de imágenes.Los \(\psi _1\) y \(\psi _2\) son los ángulos de orientación del eje rápido de los LCR.(b) Principio de PI utilizando el LCPG y dos LCR.(a–d) las muestras preparadas.(a) Retardador estampado con una distribución de eje rápido que se ilustra en la parte inferior derecha de la fotografía.(b) caja de CD.(c) Tubo negro envuelto en cinta negra.(d) Condensador soldado.Imágenes capturadas y parámetros de Stokes reconstruidos del retardador estampado donde la muestra se iluminó con luz RCP.Un cambio en el vector de Stokes se puede escribir utilizando la fórmula de la matriz de Mueller.La figura 1 muestra un esquema del método de imagen de polarización y su relación con la matriz de Mueller.Los 16 elementos de la matriz de Mueller contienen muchos tipos diferentes de información de objetos, incluidos dicroísmo lineal/circular, birrefringencia, actividad óptica y datos de despolarización27.Por lo tanto, para revelar la información del objeto en detalle, es deseable medir el vector de Stokes cuando se ve afectado por todos estos elementos.Sin embargo, en muchos métodos de imágenes de polarización existentes, el objeto se ilumina con luz no polarizada (UPL), particularmente en demostraciones al aire libre.Además, la medición de los parámetros de Stokes está limitada a \(S_0\) , \(S_1\) y \(S_2\) .En este caso, se pierden las sensibilidades tanto a la birrefringencia como a la actividad óptica, lo que dificulta obtener con precisión las características de polarización del objeto a partir de la imagen de polarización capturada.Por lo tanto, para mejorar aún más los efectos de las imágenes de polarización, es deseable poder medir los parámetros de Stokes en su totalidad en condiciones de iluminación con luz polarizada.Bajo estas circunstancias, hemos desarrollado un sistema de imagen de polarización de sonda de polarización (PPPI) que ofrece iluminación de luz polarizada y funciones completas de imagen de parámetros de Stokes.Este sistema hace posible adquirir una variedad de información de forma remota, incluida la anisotropía óptica interna y las propiedades de estructura fina de la superficie de los objetos.Usando las ventajas del método de imagen de polarización basado en el uso del LCPG, demostramos PPPI en el régimen NIR para varios tipos de objetos.La Figura 2a muestra un esquema del sistema PPPI utilizando el LCPG.Este sistema consta de un diodo láser NIR (NIR-LD), un espejo de sistema microelectromecánico (MEMS), un polarizador (P), una placa de cuarto de onda (QWP), dos retardadores de cristal líquido (LCR\(_1\) y LCR \(_2\) ), un filtro de paso largo (LPF), el LCPG, una lente de cámara (CL) y un sensor de imágenes.En este sistema, un rayo láser que sale del láser NIR primero se refleja en el espejo MEMS y luego se escanea en el plano del objeto junto con una órbita de trama.El SoP del rayo láser de exploración se controla mediante un conjunto compuesto por P y QWP.La luz dispersada y reflejada del objeto pasa sucesivamente a través de los LCR, LPF, LCPG y CL.El LCPG tiene una función que le permite difractar las polarizaciones circulares derecha e izquierda (RCP y LCP) selectivamente a las direcciones de orden +1 y -1 debido al efecto de la fase Pancharatnum-Berry28,29,30,31 ,32.El conjunto compuesto por LCR\(_1\) y LCR\(_2\) actúa como un convertidor de polarización, convirtiendo componentes de polarización lineal (LP) de 0 grados y 90 grados (45 grados y -45 grados) en componentes RCP y LCP cuando el los retardos se establecen en \(\Gamma _1\) = 90 grados y \(\Gamma _2\) = 0 grados (\(\Gamma _1\) = 0 grados y \(\Gamma _2\) = 90 grados), respectivamente .Los grados \(\psi _1=90\) y \(\psi _2=45\) son los ángulos de orientación del eje rápido de los LCR.La imagen de un objeto se refleja en el sensor de imágenes utilizando un CL insertado entre el LCPG y el sensor de imágenes.Mediante la selección apropiada de los retardos de los LCR, se obtuvieron imágenes de seis estados de polarización a partir de las tres imágenes capturadas, como se ilustra en la Fig. 2b.Como resultado, las imágenes de los parámetros de Stokes del objeto se pueden obtener mediante la sustracción de dos imágenes de polarización ortogonal.Este principio fue descrito en detalle en nuestro trabajo anterior19.Tenga en cuenta aquí que el ancho del patrón de escaneo láser en la dirección dividida debe limitarse a menos de la mitad del campo de visión en la dirección dividida del sistema de imágenes para evitar cualquier superposición entre las dos imágenes de polarización ortogonal que se dividieron con el LCPG.El sistema PPPI ensamblado experimentalmente se describe en la sección "Métodos".Para demostrar el rendimiento del sistema PPPI, preparamos un retardador estampado hecho de cristal líquido polimerizado (WPV10L-405; Thorlabs Inc.), una caja de disco compacto (CD), un tubo negro envuelto con cinta negra y un condensador soldado como objetos de muestra.Las fotografías de estas muestras se muestran en la Fig. 3a-d, respectivamente.El retardador modelado preparado tiene una distribución de eje rápido variable en el espacio en la que el retardo tiene un valor uniforme.La caja de CD preparada contiene distorsión de tal manera que también muestra anisotropía de la misma manera que el retardador estampado.Esperábamos que el sistema PPPI visualizara los patrones de anisotropía de estas muestras.La muestra de tubo preparada contenía dos componentes diferentes con el mismo color negro.Esperábamos que estas dos partes fueran identificadas por el sistema PPPI.El condensador soldado preparado tiene ocho partes soldadas, incluida una parte de mala calidad [ver el círculo amarillo discontinuo en la Fig. 3d] y siete partes de buena calidad.También esperábamos poder detectar la parte soldada de mala calidad del PI.La fila superior de fotografías en la Fig. 4 muestra las tres imágenes capturadas del retardador estampado que se adquirieron cambiando los retardos de los LCR.El SoP de la luz de iluminación se estableció en RCP.Las imágenes de los componentes LP, RCP y LCP de 0, 90, 45 y -45 grados se obtuvieron en tres imágenes capturadas.De cada imagen capturada, las imágenes de los parámetros de Stokes se analizaron restando la imagen SoP ortogonal píxel por píxel.Estos parámetros se normalizaron utilizando una imagen \(S_0\) que se reconstruyó mediante la suma de imágenes SoP ortogonales.Los parámetros de Stokes normalizados reconstruidos \({\tilde{S}}_1=S_1/S_0\) , \({\tilde{S}}_2=S_2/S_0\) y \({\tilde{S}}_3 =S_3/S_0\) se muestran en la fila inferior de imágenes en la Fig. 4. Usando \({\tilde{S}}_1\) y \({\tilde{S}}_2\) , la variante espacial El patrón SoP fue capturado por el sistema PPPI.Para permitir que el patrón de SoP capturado sea analizado en detalle, luego calculamos el grado de polarización (DoP), el grado de polarización lineal (DoLP), el grado de polarización circular (DoCP), el ángulo de elipticidad y el ángulo de acimut usando los parámetros de Stokes normalizados reconstruidos.Estos parámetros se definen como:donde P, \(P_{\text{L}}\) , \(P_{\text{C}}\) , \(\varepsilon\) y \(\phi\) son las DoP, DoLP, DoCP , ángulo de elipticidad y ángulo de acimut, respectivamente.Los resultados se muestran en la Fig. 5. Para el caso de iluminación con luz polarizada (0LP y RCP), tanto \(\varepsilon\) como \(\phi\) mostraron valores variantes en el espacio que correspondían al retardo y al eje rápido de el retardador estampado.Por el contrario, no se obtuvo ningún patrón en el caso de iluminación con luz no polarizada.Los resultados del análisis de polarización para las muestras de la Fig. 3b-c también se muestran en las Figs.6, 7 y 8, respectivamente.Intensidad, grado de polarización, grado de polarización lineal, grado de polarización circular, ángulo de elipticidad y propiedades del ángulo azimutal calculados a partir de los parámetros de Stokes del retardador modelado obtenido usando el sistema PPPI.Acimut (a) calculado numéricamente y (b) ángulo de elipticidad trazados como funciones del eje rápido y retardo del retardador.Intensidad, grado de polarización, grado de polarización lineal, grado de polarización circular, ángulo de elipticidad y ángulo azimutal calculados a partir de los parámetros de Stokes de la caja del CD obtenidos mediante el sistema PPPI.Nos enfocamos en la Fig. 5 para permitir la discusión de la efectividad del sistema PPPI.El retardador modelado preparado era una placa ondulada en la que el eje óptico giraba continuamente alrededor del centro del elemento.A partir de los resultados que se muestran en la Fig. 5, los tres tipos de iluminación de polarización (0LP, RCP y luz no polarizada) tienen las siguientes características.Primero, en el caso de la iluminación 0LP, debido a que la elipticidad y el ángulo azimutal cambian según la anisotropía del objeto, es posible visualizar información sobre la distribución espacial de esta anisotropía.Sin embargo, no es posible distinguir entre los ejes rápido y lento de la anisotropía, y la sensibilidad al cambio de polarización se pierde cuando el azimut de polarización del componente LP iluminado se orienta paralelo u ortogonal al eje óptico.Luego, en el caso de iluminación RCP, la dirección y la magnitud de la anisotropía del objeto se pueden visualizar desde \(\phi\) y \(\varepsilon\), respectivamente.El acimut de polarización es proporcional al acimut del eje óptico asimétrico, y los acimutes de todos los ejes ópticos son sensibles, lo que significa que el acimut de la distribución espacial anisotrópica se puede restaurar con precisión.Específicamente, el ángulo de acimut obtenido es igual a un patrón que se gira con respecto a la distribución del eje rápido original en 45 grados.Por el contrario, en el caso de iluminación con luz no polarizada, el SoP de la luz es insensible a la anisotropía.Aquí, discutimos cuantitativamente el cambio de \(\phi\) y \(\varepsilon\) del retardador estampado.En el caso de nuestro experimento, el RCP que ilumina primero pasa a través del retardador estampado.La luz de salida volvió a pasar a través del retardador estampado debido a la retrodispersión en el papel negro.Como resultado, la luz de iluminación sufre el doble del valor de retardo del retardador estampado.Cuando un RCP pasa a través del retardador cuyos ejes rápidos están alineados en un ángulo de \(\psi\), un vector de Stokes del haz de salida se puede escribir comodonde \(\delta\) es el retardo del retardador.A partir de estos parámetros, podemos calcular numéricamente los ángulos de azimut y elipticidad usando las ecuaciones.(4) y (5).La Figura 6a muestra el ángulo azimutal trazado como funciones del eje rápido del retardador.A partir de este gráfico, el ángulo de acimut se puede escribir comoDe la ec.(7), encontramos que el ángulo azimutal corresponde al ángulo del eje rápido del retardador.Un sesgo del eje rápido es de ±45 grados, cuyo signo de sesgo depende de la magnitud del retraso.Por otro lado, la Fig. 6b muestra el ángulo de elipticidad representado como funciones de retardo del retardador.A partir de este gráfico, el ángulo de elipticidad se puede escribir comoDe la ec.(8), encontramos que el ángulo de elipticidad corresponde al retardo del retardador.El ángulo de elipticidad es independiente del eje rápido del retardador.Además, las ecuaciones deben seleccionarse según la magnitud del retardo.Por lo tanto, un par de \(\phi\) y \(\varepsilon\) obtenidos mediante iluminación con luz polarizada circularmente es la opción adecuada para permitir la visualización del eje principal y el patrón de birrefringencia de los objetos anisotrópicos, como lo indica la llama roja en la Fig. 5.Intensidad, grado de polarización, ángulo de elipticidad y ángulo de azimut calculados a partir de los parámetros de Stokes de un tubo negro envuelto en cinta negra que se adquirieron mediante el sistema PPPI.Intensidad, grado de polarización, ángulo de elipticidad y ángulo de azimut calculados a partir de los parámetros de Stokes del condensador soldado que se adquirieron utilizando el sistema PPPI.Con respecto a la Fig. 5, también consideramos la importancia de la medición de todos los parámetros de Stokes aquí, incluido \(S_3\) .En caso de que solo se midan \(S_0\) , \(S_1\) y \(S_2\), solo podemos reconstruir \(S_0\) , \(P_{\text{L}}\) y \(\phi\) .Debido a que al DoLP le falta la información de \(S_3\), \(P_{\text{L}}\) se reduce cuando se incluye un componente de luz polarizado circularmente dentro de la imagen capturada.Esto significa que la presencia de anisotropía provoca el deterioro de la DoLP.Como resultado, es imposible distinguir entre la anisotropía óptica y la despolarización pura provocada por la dispersión.Además, la magnitud de la anisotropía no se puede visualizar en este caso porque \(\varepsilon\) no se puede reconstruir.Por el contrario, el DoP es inmune a la ovalización del SoP, lo que significa que puede visualizar la despolarización pura obtenida correctamente.Por lo tanto, la medición de los parámetros de Stokes completos es esencial para permitir una visualización precisa de la información del objeto.La figura 7 muestra imágenes de polarización de una caja de CD adquiridas mediante el sistema PPPI.Como se describió anteriormente, \(\varepsilon\) y \(\phi\) representan la magnitud y la dirección de la anisotropía e indican que la caja de CD preparada tiene una anisotropía espacialmente distribuida provocada por la distorsión interna.El valor de \(P_{\text{L}}\) disminuye en el área que contiene los componentes de luz polarizados circularmente, que se indica con el marco amarillo.Por el contrario, podemos encontrar una región de forma de línea en la que P tiene un valor bajo, como lo indican los marcos rojos.Debido a que esta región muestra diferencias en el deterioro entre el DoP y el \(P_{\text{L}}\) , esta línea P baja no puede explicarse por las imágenes que contienen el componente de luz polarizado circularmente.Se puede considerar que la razón de este deterioro se debe a la estructura dispersa y la distribución de polarización variable en el espacio pronunciada.Cuando el SoP cambia espacialmente y de manera abrupta, con un período de modulación que es igual o menor que el tamaño de píxel único del sensor de imágenes, el píxel único recibe varios componentes de SoP simultáneamente.Esto provoca la despolarización dentro de un solo píxel porque la despolarización corresponde a la uniformidad temporal y espacial del SoP.Debido a que la estructura de dispersión no se puede determinar a partir de la imagen \(S_0\), consideramos que este deterioro se debe a un cambio de polarización pronunciado dentro de un solo píxel.Además, también consideramos la dependencia del SoP de la luz de iluminación.En el caso de iluminación con polarización lineal de 135 grados (135LP), el deterioro en forma de línea del DoP no se observa dentro de la región enmarcada en rojo, mientras que se observan despolarizaciones en los casos de iluminación 0LP y RCP.El eje principal de anisotropía causado por la distorsión se puede considerar paralelo o perpendicular a la dirección de 135 grados, lo que significa que la despolarización debida al fuerte cambio de polarización espacial no ocurre en el caso de iluminación de 135LP.Como se describe en los resultados para el retardador modelado, debido a que la sensibilidad al cambio de polarización se pierde cuando el azimut de polarización del componente LP iluminado se encuentra paralelo u ortogonal al eje óptico, el uso de luz polarizada circularmente como luz de iluminación para el sistema PPPI es preferido para permitir la visualización de la distorsión interna de un objeto a partir de las imágenes de P, \(\varepsilon\) y \(\phi\), para las cuales se desconoce el patrón del eje principal.Además, presentamos los resultados de PPPI de productos industriales (incluido un tubo negro envuelto en cinta negra [Fig. 3c] y un condensador soldado [Fig. 3d]) en las Figs.8 y 9, respectivamente.A partir de la imagen de la Fig. 3c, no es fácil identificar las diferencias entre el tubo y la cinta envuelta de la fotografía visible normal porque estas partes tienen el mismo tono de negro.En contraste, de la Fig. 8, cuando la iluminación RCP incide sobre la muestra, encontramos que las imágenes de polarización nos permitieron distinguir entre la porción de tubo negro y la porción de cinta envuelta del mismo color de la imagen del DoP y el ángulo de elipticidad. .La parte del tubo negro muestra una forma irregular periódica, mientras que la parte de la cinta negra muestra una forma suave;por lo tanto, consideramos que en este caso aparece una diferencia en la conversión de polarización que depende de la dispersión y la reflexión de Fresnel.Luego, nos enfocamos en los resultados del condensador soldado.De la Fig. 3d, no es fácil detectar el área soldada de mala calidad.Por el contrario, a partir de la imagen \(\varepsilon\) en la Fig. 9 [ver la posición del círculo rojo], también encontramos que el área soldada de mala calidad podría detectarse porque \(\varepsilon\) muestra signos opuestos para la mala y la mala calidad. zonas de buena calidad.Para mejorar el contraste de la imagen, volvemos a trazar la imagen \(\varepsilon\) como un mapa monocromático con una barra de color reescalada.Descubrimos que la parte soldada defectuosa se puede detectar extrayendo el área brillante de la imagen \(\varepsilon\).Esto significa que el cambio de escala de la imagen de polarización puede extraer un punto característico en la imagen capturada.Estos resultados indican que el sistema PPPI tiene potencial para ser aplicado a la inspección de productos.De manera similar al caso de la muestra del tubo negro, consideramos que esta diferencia en el ángulo de elipticidad es causada por la reflexión de Fresnel, debido a que las áreas soldadas de mala y buena calidad tienen formas superficiales diferentes entre sí.Dado que la forma de la superficie corresponde a la distribución del ángulo de incidencia espacial, el SoP de la luz reflejada se distribuye espacialmente debido a la diferencia de la reflexión de Fresnel en cada punto.Además, el signo del ángulo de elipticidad se invierte alrededor del ángulo de Brewster.Con base en estas propiedades, Tsuru et al.informó que la iluminación de luz polarizada circularmente puede permitir la derivación de los ángulos de inclinación y acimut de la faceta de un objeto a través de la determinación de los parámetros de la elipse de polarización reflejada33.Sin embargo, en este momento, no podemos demostrar teóricamente que esta consideración sea correcta, porque no tenemos un entorno para la simulación numérica de PPPI.Preparamos un entorno informático para simular imágenes de polarización para varios objetos bajo iluminación de luz polarizada basada en el método de dominio de tiempo de diferencia finita y, por lo tanto, informaremos el análisis cuantitativo para PPPI, incluidas las muestras actuales en trabajos futuros.Estos resultados positivos se obtuvieron en el caso de iluminación RCP, lo que indica que la iluminación de luz polarizada circularmente debería ser una herramienta poderosa para usar con el sistema PPPI.De hecho, los haces polarizados tienen numerosas ventajas para la iluminación de objetos desde el punto de vista de la detección óptica.Por ejemplo, la luz polarizada circularmente puede mantener su grado de polarización durante más tiempo a través de un mayor número de eventos de dispersión que la luz polarizada linealmente en entornos de dispersión frontal34,35.Basándose en esta característica, los investigadores han demostrado que la iluminación y detección de luz polarizada circularmente en condiciones de dispersión pueden producir imágenes con mayor contraste para objetos que mantienen su grado incidente de polarización36,37,38.Además, Tsuru informó que la iluminación de luz polarizada circularmente puede permitir la derivación de los ángulos de inclinación y acimut de la faceta de un objeto a través de la determinación de los parámetros de la elipse de polarización reflejada33.Además, Nishizawa et al.reportaron discriminación espacial del cáncer utilizando luz polarizada circular dispersada por tejidos biológicos39,40.Desde estas perspectivas, la proyección de haz polarizado circularmente será útil en la obtención de imágenes de polarización.La investigación de PPPI de objetos bajo condiciones de eventos de dispersión se informará en trabajos futuros.Además, en vista de la aplicación, es importante investigar la diferencia en PPPI dentro del rango de visible a infrarrojo cercano.La dependencia de la longitud de onda de PPPI para varios objetos se informará en el futuro.En este estudio, hemos desarrollado un sistema PPPI para su uso en el régimen NIR.El sistema PPPI consta de un proyector de polarización y una cámara de polarización.El componente del proyector de polarización puede iluminar un objeto con luz NIR polarizada de forma rectangular.Debido a que el patrón de proyección se forma mediante el escaneo temporal de un rayo láser usando un espejo MEMS, las imágenes capturadas son inmunes al ruido moteado.La cámara de polarización se montó utilizando dos LCR y un LCPG.El LCPG se fabricó a partir de cristal líquido polimerizado y un cristal líquido de polímero fotorreticulable con retardo que se optimizó aproximadamente a 976 nm.La viabilidad y practicabilidad del sistema PPPI desarrollado se demostraron experimentalmente para cajas que incluyen una placa birrefringente estampada, una caja de CD y productos industriales.En el caso de la placa birrefringente estampada, confirmamos que la dirección del eje óptico y su retardo se visualizaron utilizando el sistema PPPI.En el caso de que la caja del CD tuviera estrés interno, encontramos que su patrón de estrés interno podía ser visualizado por el sistema PPPI.En los casos de la placa birrefringente y la caja del CD, el uso de luz polarizada circularmente para la proyección de polarización proporcionó el SoP más efectivo para visualizar la información de anisotropía de los objetos de interés.Además, el sistema PPPI puede identificar diferentes porciones de material de un objeto, incluso si son del mismo color.Además, el sistema PPPI mostró que se podía detectar un área soldada de mala calidad a partir de una imagen de polarización capturada.Estos resultados indican que el sistema PPPI tiene potencial para ser aplicado a la inspección de productos.Por lo tanto, el sistema PPPI desarrollado en este trabajo debería expandir el rango de aplicaciones potenciales de la imagen de polarización a áreas que incluyen LiDAR, inspección de productos y bioimagen.En la Fig. 10 se muestra una fotografía del sistema PPPI ensamblado experimentalmente. Como NIR-LD, usamos un LD estabilizado con rejilla de Bragg de fibra que opera a 976 nm (BL976-SAG300; Thorlabs Inc.).Como sensor de imagen y CL, usamos una cámara CMOS (DCC3240M; Thorlabs Inc.) y una lente de enfoque fijo de infrarrojos de onda corta (SWIR) (HS2514V-SW; Myutron Inc.).Para eliminar las ondas de luz visible, utilizamos un filtro de paso largo con una longitud de onda de corte de 900 nm (FELH0900; Thorlabs Inc.).Como LCR, utilizamos dos retardadores variables de cristal líquido con un radio de apertura de 20 mm (LCC1223-C; Thorlabs Inc.).Utilizamos un LCPG que se fabricó con una película de cristal líquido de polímero fotorreticulable41 y un cristal líquido polimerizado (LC242; BASF Inc.).El retardo del LCPG se optimizó a aproximadamente 976 nm.La eficacia de difracción y el ángulo de difracción medidos del LCPG preparado fueron del 99 % y 2,06 grados, respectivamente.En vista del uso del divisor de haz de polarización circular, la ER del LCPG se definió como \(P_{{+1}}=I^{\text{RCP}}_{{+1}}/I^{ \text{LCP}}_{{+1}}\) y \(P_{{-1}}=I^{\text{LCP}}_{{-1}}/I^{\text{RCP }}_{{-1}}\) , donde el superíndice y el subíndice indican el SoP de la luz incidente en el LCPG y su orden de difracción, respectivamente.De acuerdo con esta definición, medimos la ER del LCPG preparado como \(P_{{+1}}=294\) y \(P_{{-1}}=386\), donde las elipticidades del incidente RCP y las vigas LCP son 97,5 % y 97,3 %.La cámara de polarización se colocó en la dirección normal al plano del objeto.La distancia entre la cámara CMOS y el plano del objeto se fijó en 300 mm.Para eliminar cualquier luz reflejada de las superficies de la muestra, proyectamos luz polarizada desde una dirección de 15 grados desde la normal del plano del objeto.Se colocó papel negro (T743-1.0; Thorlabs Inc.) detrás de las muestras para asegurar que la luz retrodispersada del papel negro se reflejara en la cámara CMOS.Para comparar la técnica PPPI propuesta con PI convencional bajo iluminación de luz no polarizada (UPL), también medimos la imagen de polarización después de reemplazar el conjunto compuesto por el LD, el espejo MEMS, el P y el QWP con un LED (M970L4; Thorlabs Inc. .) con una longitud de onda central de 980 nm, un filtro de paso de banda (FB980-10; Thorlabs Inc.), una lente colimadora y una apertura rectangular.La apertura rectangular se usó para iluminar un área rectangular usando luz no polarizada.El ángulo de iluminación para esta luz no polarizada también se fijó en 15 grados.También medimos la precisión de nuestro sistema para reconstruir la información de polarización.Los resultados se muestran en Información complementaria.Fotografías del sistema PPPI ensamblado experimentalmente.Los conjuntos de datos generados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente a pedido razonable.Tyo, JS, Goldstein, DL, Chenault, DB y Shaw, JA Revisión de la polarimetría pasiva de imágenes para aplicaciones de detección remota.aplicaciónOptar.45, 5453–5469 (2006).Artículo ADS PubMed Google ScholarTwietmeyer, KM, Chipman, RA, Elsner, AE, Zhao, Y. & VanNesdake, D. 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