Worldlex Wiki La polarimétrie est la mesure et l'interprétation de la polarisation des ondes transversales , notamment des ondes électromagnétiques , telles que les ondes radio ou lumineuses . Elle est généralement appliquée aux ondes électromagnétiques qui ont traversé un matériau ou qui ont été réfléchies , réfractées ou diffractées par celui-ci, afin de caractériser cet objet.
La polarimétrie peut également être intégrée à l'analyse numérique des ondes. Par exemple, les radars prennent souvent en compte la polarisation des ondes lors du post-traitement afin d'améliorer la caractérisation des cibles. Dans ce cas, la polarimétrie permet d'estimer la texture fine d'un matériau, de déterminer l'orientation de petites structures au sein de la cible et, lorsque des antennes à polarisation circulaire sont utilisées, de calculer le nombre de réflexions du signal reçu (la chiralité des ondes à polarisation circulaire s'inverse à chaque réflexion).
Astronomie
La polarimétrie est utilisée dans de nombreux domaines de l'astronomie pour étudier les caractéristiques physiques de sources telles que les noyaux actifs de galaxies et les blazars , les exoplanètes , les gaz et poussières du milieu interstellaire , les supernovae , les sursauts gamma , la rotation stellaire 3 les champs magnétiques stellaires, les disques de débris , la réflexion dans les étoiles binaires et le rayonnement de fond diffus cosmologique . Les observations de polarimétrie astronomique sont réalisées soit par imagerie polarimétrique, où la polarisation est mesurée en fonction de la position dans les données d'imagerie, soit par spectropolarimétrie, où la polarisation est mesurée en fonction de la longueur d'onde de la lumière, soit par polarimétrie à large bande d'ouverture.
Biomédical
La polarimétrie de la matrice de Mueller (MMP) a été étudiée pour des applications d'imagerie biomédicale, où elle est utilisée pour caractériser la structure des tissus en fonction des interactions lumière-matière dépendantes de la polarisation. Des études préliminaires ont démontré la faisabilité de la caractérisation ex vivo du cancer par imagerie polarimétrique de Mueller, par exemple dans le tissu colique humain, où le contraste polarimétrique s'est avéré corrélé aux modifications pathologiques.
apprentissage automatique
Des études ultérieures ont combiné la polarimétrie de la matrice de Mueller avec des méthodes d'apprentissage automatique pour la segmentation d'images et l'identification de tumeurs dans des tissus cérébraux humains ex vivo. Ces études indiquent que les caractéristiques polarimétriques issues des décompositions de Lu-Chipman et l'utilisation directe des images de la matrice de Mueller comme entrées de réseaux neuronaux convolutifs permettent de distinguer les tissus tumoraux des tissus sains, ce qui pourrait s'avérer pertinent pour l'imagerie peropératoire.
Lors de l'analyse de données polarimétriques de la matrice de Mueller par des méthodes basées sur les données, les techniques d'augmentation d'image classiques, telles que les rotations spatiales et les réflexions, peuvent enfreindre les contraintes physiques de polarisation. Des stratégies d'augmentation prenant en compte la physique ont donc été proposées ; elles appliquent des transformations cohérentes à la fois à la géométrie de l'image et aux éléments de la matrice de Mueller. Ces approches préservent la validité physique des données augmentées et ont démontré leur capacité à améliorer les performances d'apprentissage lors de l'entraînement de réseaux neuronaux profonds sur des jeux de données polarimétriques de taille limitée.
gemmologie
Les gemmologues utilisent lentilles polarisantes superposées et séparées par un espace. Une source lumineuse est intégrée au polariscope, sous la lentille polarisante inférieure, et orientée vers le haut. La gemme est placée sur cette lentille et peut être examinée en l'observant à travers la lentille supérieure. Pour manipuler le polariscope, le gemmologue peut faire pivoter les lentilles polarisantes manuellement afin d'observer différentes caractéristiques de la gemme. Les polariscopes utilisent leurs filtres polarisants pour révéler les propriétés d'une gemme et son influence sur les ondes lumineuses qui la traversent.
On peut d'abord utiliser un polariscope pour déterminer les propriétés optiques d'une gemme et identifier si elle est simplement réfractante (isotrope), biréfractante anomale (isotrope), biréfractante (anisotrope) ou composée d'agrégats. Si la pierre est biréfractante et n'est pas composée d'agrégats, le polariscope permet de préciser sa figure optique, c'est-à-dire si elle est uniaxiale ou biaxiale. Cette étape peut nécessiter l'utilisation d'une loupe , également appelée conoscope. Enfin, un polariscope peut servir à détecter le pléochroïsme d'une gemme, bien qu'un dichroscope soit souvent préférable à cet effet, car il permet de visualiser les couleurs pléochroïques côte à côte, facilitant ainsi leur identification.
Modalités d'imagerie combinées
En 2003, un imageur spectropolarimétrique visible-proche infrarouge (VNIR) doté d'un filtre accordable acousto-optique (AOTF) a été présenté . Cet imageur hyperspectral et spectropolarimétrique fonctionne dans les régions spectrales allant de l'ultraviolet (UV) à l'infrarouge lointain (LWIR). Dans les AOTF, un transducteur piézoélectrique convertit un signal radiofréquence (RF) en une onde ultrasonore . Cette onde traverse ensuite un cristal fixé au transducteur et, à son entrée dans un absorbeur acoustique, est diffractée. La longueur d'onde des faisceaux lumineux résultants peut être modifiée en ajustant le signal RF initial . L'imagerie hyperspectrale VNIR et LWIR offre des performances supérieures à celles des imageurs hyperspectraux classiques . Cette technologie a été développée au Laboratoire de recherche de l'armée américaine .
Les chercheurs ont présenté des données du système visible et proche infrarouge (VISNIR) (0,4-0,9 micromètre) nécessitant un signal RF d'une puissance inférieure à 1 W. Les données expérimentales rapportées indiquent que les signatures polarimétriques sont spécifiques aux objets manufacturés et absentes des objets naturels. Les chercheurs affirment qu'un système double, collectant à la fois des informations hyperspectrales et spectropolarimétriques, représente un avantage pour la production d'images destinées au suivi de cibles.
L’imagerie et la détection infrarouges polarimétriques permettent de mettre en évidence et de distinguer différentes caractéristiques d’une scène et de fournir des signatures uniques pour différents objets. Une structure métallique nanoplasmonique à fréquence modulée, utilisée pour la détection polarimétrique dans les deux bandes infrarouges moyennes et longues, peut révéler des caractéristiques uniques des différents matériaux, objets et surfaces détectés.
Instrumentation
Un polarimètre est l' instrument scientifique de base utilisé pour effectuer ces mesures, bien que ce terme soit rarement utilisé pour décrire un processus de polarimétrie réalisé par un ordinateur, comme c'est le cas dans le radar à synthèse d'ouverture polarimétrique .
La polarimétrie permet de mesurer diverses propriétés optiques d'un matériau, notamment la biréfringence linéaire , la biréfringence circulaire (également appelée rotation optique ou dispersion rotatoire optique), le dichroïsme linéaire , le dichroïsme circulaire et la diffusion . Pour mesurer ces différentes propriétés, de nombreux polarimètres ont été conçus, certains anciens et d'autres encore utilisés aujourd'hui. Les plus sensibles sont basés sur des interféromètres , tandis que les polarimètres plus classiques utilisent des agencements de filtres polarisants , de lames d'onde ou d'autres dispositifs.
Mesure de la rotation optique
Les échantillons optiquement actifs , tels que les solutions de molécules chirales, présentent souvent une biréfringence circulaire . La biréfringence circulaire provoque une rotation de la polarisation de la lumière polarisée plane lorsqu'elle traverse l'échantillon.
En lumière ordinaire, les vibrations se produisent dans tous les plans perpendiculaires à la direction de propagation. Lorsqu'un rayon lumineux traverse un prisme de Nicol, ses vibrations dans toutes les directions, sauf celle de l'axe du prisme, sont bloquées. La lumière émergeant du prisme est dite polarisée rectilignement, car ses vibrations sont unidirectionnelles. Si deux prismes de Nicol sont placés de manière à ce que leurs plans de polarisation soient parallèles, les rayons lumineux émergeant du premier prisme pénètrent dans le second. Par conséquent, aucune perte de lumière n'est observée. Cependant, si le second prisme est tourné de 90°, la lumière émergeant du premier prisme est bloquée par celui-ci et aucune lumière n'émerge. Le premier prisme est généralement appelé polariseur et le second, analyseur .
Un polarimètre simple permettant de mesurer cette rotation se compose d'un long tube à extrémités plates en verre , dans lequel est placé l'échantillon. À chaque extrémité du tube se trouve un prisme de Nicol ou un autre polariseur. La lumière est projetée à travers le tube, et le prisme situé à l'autre extrémité, relié à un oculaire, est mis en rotation jusqu'à atteindre la zone de pleine luminosité, la zone de semi-obscurité, la zone de demi-luminosité ou la zone d'obscurité totale. L'angle de rotation est alors lu sur une échelle graduée. Le même phénomène est observé après un angle de 180°. La rotation spécifique de l'échantillon peut alors être calculée. La température peut affecter la rotation de la lumière ; il convient donc d'en tenir compte dans les calculs.
où:
- [α] λ T est la rotation spécifique.
- T est la température.
- λ est la longueur d'onde de la lumière.
- α est l'angle de rotation.
- l représente la distance parcourue par la lumière à travers l'échantillon, la longueur du trajet.