Polarimetric imaging and light depolarization physics : ultra-resolved speckle field polarimetry and opto-microwaves approaches.
Imagerie polarimétrique et physique de dépolarisation lumineuse : polarimétrie de champs de speckle ultra-résolus et approches optique-hyperfréquences
Résumé
Polarization is one of the physical properties of light, which is modified when light interacts with matter, but is undetectable to the naked eye and to standard image sensors. Polarimetric imagers have been designed for a long time to analyze this information and to highlight contrasts invisible to standard imagers. The Foton Institute has been developing for several years a polarimetric imaging technique, inspired by optical-hyperfrequency approaches, called "orthogonality breaking". The first part of this thesis details a rigorous calibration protocol of the coherent acquisition/demodulation chain, and validates a selective imaging of polarimetric properties of the imaged samples, called "induced" orthogonality breaking. In addition, in coherent imaging, one of the well-known macroscopic physical phenomena is spatial depolarization (volumetric and/or surface), which remains a subject of investigation at the "local" scale, i.e. at the scale of speckle grains formed during coherent light scattering by a complex and disordered object. Thus, to better understand this mechanism, we present the improvements (instrumental, methodological and in terms of data processing) that we have made to a highly resolved speckle field Stokes polarimetric imaging bench existing within the FOTON Institute. We demonstrate that the optimization of the acquisition protocol concerning the choice of the analysis states and the estimation method allows an accurate and fast determination of the polarimetric information, more robust in particular to experimental imperfections (systematic errors). Similar experiments have demonstrated the existence of a so-called "empolarization" phenomenon, where the resulting light from a depolarized coherent source with a depolarizing/diffusing medium becomes locally partially polarized. By combining the imaging bench and the optical-hyperfrequency imaging approach by orthogonality breaking, we succeeded in measuring polarimetric contrasts called orthogonality breaking, new at the speckle field scale. These new contrasts coupled to classical Stokes imaging allow us to bring a new and enlightening experimental interpretation of the "empolarization" phenomenon.
La polarisation est une des propriétés physiques de la lumière, modifiée lors d’une interaction entre celle-ci et la matière, mais indétectable à l’œil nu et aux capteurs d’image standards. Des imageurs polarimétriques ont été conçus de longue date pour permettre d’analyser cette information et mettre en évidence des contrastes invisibles aux imageurs standard. L’Institut Foton développe depuis plusieurs années une technique d’imagerie polarimétrique, inspirée d’approches optique-hyperfréquence, dite par « brisure d’orthogonalité ». La première partie de ce travail de thèse détaille un protocole de calibration rigoureux de la chaîne d’acquisition/démodulation cohérente, et valide une imagerie sélective de propriétés polarimétriques des échantillons imagés dite brisure d’orthogonalité « induite ». Par ailleurs, en imagerie cohérente, un des phénomènes physiques macroscopiques bien connu est celui de la dépolarisation spatiale (volumique et/ou surfacique) qui demeure un sujet d’investigation à l’échelle « locale », c’est-à-dire à l’échelle des grains de speckle (tavelures) formés lors de la diffusion lumineuse cohérente par un objet complexe et désordonné. Ainsi, pour mieux comprendre ce mécanisme, nous présentons les améliorations (instrumentales, méthodologiques et en termes de traitement de données) que nous avons apportées à un banc d’imagerie polarimétrique de Stokes de champ de speckle hautement résolu existant au sein de l’Institut FOTON. Nous démontrons que l’optimisation du protocole d’acquisition portant sur le choix des états d’analyse et de la méthode d’estimation permet une détermination précise et rapide de l’information polarimétrique, plus robuste notamment aux imperfections expérimentales (erreurs systématiques). Des expériences similaires ont démontré l’existence d’un phénomène dit de « repolarisation », où la lumière résultante d’une source cohérente dépolarisée avec un milieu dépolarisant/diffusant se retrouve localement partiellement polarisée. En combinant le banc d’imagerie et l’approche d’imagerie optique-hyperfréquences par brisure d’orthogonalité, nous sommes parvenus à mesurer des contrastes polarimétriques dit de brisure d’orthogonalité, inédits à l’échelle du champ de speckle. Ces nouveaux contrastes couplés à l’imagerie de Stokes classiques nous permettent d’apporter une interprétation expérimentale nouvelle et éclairante du phénomène de « repolarisation ».
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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