Effects on the polarization due to Fast Steering Mirrors

Autor: Stepanyan, Narek
Přispěvatelé: Álvarez Herrero, Alberto, Martín López, Sonia, Universidad de Alcalá
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2022
Předmět:
Zdroj: e_Buah Biblioteca Digital Universidad de Alcalá
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Popis: En los instrumentos polarimétricos de imagen es necesario introducir un sistema de estabilización de imagen para la adecuada adquisición de las medidas. Esto se realiza mediante un sistema de control en lazo cerrado en el que un espejo, denominado Fast Steering Mirror (FSM), realiza los movimientos de rotación adecuados para estabilizar la imagen mediante actuadores piezoeléctricos que cambian su inclinación (tip-tilt). Es bien conocido que el estado de polarización de un haz cambia, en general, al ser reflejado por un espejo y este cambio viene determinado por el tipo de recubrimientos (i.e.: metálicos, dieléctricos...) y el ángulo de incidencia. Todo ello viene caracterizado por la matriz de Mueller del espejo y es parte de la calibración del instrumento. Sin embargo, el espejo de estabilización cambia su ángulo con el tiempo por lo que producirá efectos de polarización residual sistemática y despolarización. Tradicionalmente se ha asumido que estos efectos son despreciables y no se han tenido en consideración, sin ninguna evaluación en detalle. Esta problemática es extensible a cualquier instrumento polarimétrico que disponga de sistemas de apuntamiento de este tipo. En este trabajo se desarrollan los modelos matemáticos necesarios y se analizan diversos casos prácticos, para poder alcanzar las máximas prestaciones polarimétricas de estos instrumentos. En particular, se ha estudiado el caso del instrumento SO/PHI (Polarimetric and Helioseismic Imager on Solar Orbiter) a bordo de la misión Solar Orbiter de la Agencia Espacial Europea y NASA, así como el caso de instrumentos para la distribución de claves cuántica (QKD, Quantum Key Distribution) que disponen de sistemas FSM similares. De los resultados obtenidos se deduce que los FSM producen cambios en los estados de polarización y despolarización del haz incidente en los instrumentos polarimétricos y, por tanto, deben tenerse en cuenta. La magnitud de estos efectos depende de forma crítica en el ángulo de incidencia nominal, el rango de movimiento de los FSM durante la operación y los tiempos de integración de los detectores del instrumento. Aunque habitualmente, de forma no cuantitativa, se han elegido los parámetros de diseño adecuados en los casos de los sistemas estudiados, los modelos desarrollados en este trabajo permiten definir los requisitos de los FSM durante su diseño para evitar estos efectos indeseados durante el funcionamiento de los instrumentos.
In polarimetric imaging instruments it is necessary to introduce an image stabilization system for the proper acquisition of measurements. This is achieved through a closed-loop control system in which a mirror, called Fast Steering Mirror (FSM), performs the appropriate rotational movements to stabilize the image using piezoelectric actuators that change its tilt (tip-tilt ). It is well known that the polarization state of a beam changes, in general, when it is reflected by a mirror and this change is determined by the type of coatings (i.e.: metallic, dielectric...) and the angle of incidence. All of this is characterized by the mirror’s Mueller matrix and is part of the instrument’s calibration. However, the stabilizing mirror changes its angle over time so it will produce systematic residual polarization and depolarization effects. These effects have traditionally been assumed to be negligible and have not been taken into consideration, without any detailed evaluation. This problem is also applicable to any polarimetric instrument that has pointing systems of this type. In this work, the necessary mathematical models are developed and various practical cases are analyzed, in order to achieve the maximum polarimetric performance of these instruments. In particular, the case of the SO/PHI (Polarimetric and Helioseismic Imager on Solar Orbiter) instrument on board the Solar Orbiter mission of the European Space Agency and NASA has been studied, as well as the case of instruments for the distribution of quantum keys ( QKD, Quantum Key Distribution) which have similar FSM systems. On the basis of the obtained results, it is clear that in polarimetric instruments in which FSMs are used the polarization and depolarization state of the incident beam changes, therefore these variations must be taken into account. The magnitude of these effects critically depends on the nominal angle of incidence, the range of motion of the FSMs during operation, and the integration times of the instrument’s detectors. Although usually, in a non-quantitative way, the appropriate design parameters have been chosen in the cases of the studied systems, the models developed in this work allow defining the requirements of the FSM during their design to avoid these undesired effects during the operation of the systems. instruments. instrumentos.
Máster Universitario en Ingeniería Electrónica
Databáze: OpenAIRE
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