Informational Limits in Optical Polarimetry and Vectorial Imaging

مرکز این پایان نامه، توصیف و بهره برداری از خواص الکترومغناطیسی نور در سیستم های تصویربرداری و اندازه گیری است. برای این منظور، یک رویکرد نظری اطلاعات برای فرمول‌بندی یک تعریف کمّی و کمّی از تفکیک قطبش، و ایجاد محدودیت‌های دقیق اساسی در سیستم‌های الکترومغناطیسی استفاده می‌شود. علاوه بر این، ابزارهای مدل‌سازی دقیقی برای انتشار میدان‌های الکترومغناطیسی دلخواه، از جمله میدان‌های تصادفی که ویژگی‌هایی مانند قطبش جزئی از خود نشان می‌دهند، از طریق اپتیک‌های دیافراگم عددی بالا توسعه داده شده‌اند. در نهایت این ایده‌ها برای توسعه، مشخص‌سازی و بهینه‌سازی تعدادی از سیستم‌های نوری موضعی به کار گرفته می‌شوند: تصویربرداری قطبی. ذخیره سازی داده های نوری چندگانه؛ و اندازه گیری های تک مولکولی این کار پیامدهایی برای همه سیستم‌های تصویربرداری نوری دارد که در آن قطبش نور نگران‌کننده است.

Central to this thesis is the characterisation and exploitation of electromagnetic properties of light in imaging and measurement systems. To this end an information theoretic approach is used to formulate a hitherto lacking, quantitative definition of polarisation resolution, and to establish fundamental precision limits in electromagnetic systems. Furthermore rigorous modelling tools are developed for propagation of arbitrary electromagnetic fields, including for example stochastic fields exhibiting properties such as partial polarisation, through high numerical aperture optics. Finally these ideas are applied to the development, characterisation and optimisation of a number of topical optical systems: polarisation imaging; multiplexed optical data storage; and single molecule measurements. The work has implications for all optical imaging systems where polarisation of light is of concern.