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ÓPTICA PURA Y APLICADA. www.sedoptica.es Opt. Pura Apl. 45 (2) 121‐130 (2012) ‐ 121 ‐ © Sociedad Española de Óptica Sección Especial: Optoel’11 / Special Section: Optoel’11 El método de descomposición polar en el estudio polarimétrico de la luz difundida por perfiles deterministas y medios densos The polar decomposition method in the polarimetric study of light scattered by deterministic profiles and dense media J. M. Sanz (∗) , J. M. Saiz, F. Moreno (S) , F. González Grupo de Óptica, Departamento de Física Aplicada, Universidad de Cantabria. Avda. Los Castros, 39005 Santander, Spain. (*) Email: [email protected] S: miembro de SEDOPTICA / SEDOPTICA member Recibido / Received: 28/09/2011. Revisado / Revised: 16/11/2011. Aceptado / Accepted: 29/11/2011. RESUMEN: En este trabajo el método de Descomposición Polar (DP) es utilizado en la interpretación de matrices de Mueller (mMs) experimentales obtenidas en medidas polarimétricas empleando distintos medios difusores. Se muestra como la información polarimétrica puede ser expresada en función de una serie de parámetros con una interpretación física directa. En particular, para perfiles 2D micro‐ estructurados en superficies planas, el parámetro de retardo ߜes un claro indicador de la presencia de estructuras tanto sobre la superficie como inscritas en ella. Por otra parte, en sistemas difusores más complejos, como son los medios densos, altamente difusores y no deterministas, la extracción de la despolarización mediante la DP permite realizar un estudio sobre los parámetros característicos de los componentes puros del sistema y obtener la actividad óptica subyacente del mismo. Estos resultados constituyen un claro ejemplo de las capacidades de la DP en el análisis de las mMs. Palabras clave: Descomposición Polar, Matriz de Mueller, Polarimetría, Scattering, Polarización. ABSTRACT: In this research, the Polar Decomposition (PD) method is applied to experimental Mueller Matrices (Mms) measured for light scattering systems. Polarization information is expressed through a set of parameters of easier physical interpretation than pure Mms. Particulary, for 2D microstructured systems on flat surfaces, the first derivative of the retardation parameter, is a clear indication of the presence of structures either built‐on or dug‐in the surface. On the other hand, in more complex scattering systems, like dense media ‐highly scattering and non deterministic‐, PD can separate the depolarization from the pure polarimetric information. These results constitute an example of the capabilities of the PD approach to Mm analysis. This is able not only to extract the depolarization effect but also to analyze the remaining (pure) matrix. Key words: Polar decomposition, Mueller Matrix, Polarimetry, Scattering, Polarization. REFERENCIAS Y ENLACES / REFERENCES AND LINKS [1]. G. Videen, W. S. Bickel, “Light‐scattering Mueller matrix for a rough fiber”, Appl. Opt. 31, 3488‐3492 (1992). [2]. S. N. Savenkov, L. T. Mishchenko, R. S. Muttiah, Y. A. Oberemok, I. A. Mishchenko, “Mueller polarimetry of virus‐infected and healthy wheat under field and microgravity conditions”, J. Quant. Spectrosc. Ra. 88, 327‐343 (2003). [3]. J. J. Gil, E. Bernabeu, “Obtainment of the polarizing and retardation parameters of a non‐depolarizing optical system from the polar decomposition of its Mueller matrix”, Optik 76, 67‐71 (1987).

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Opt. Pura Apl. 45 (2) 121‐130 (2012)  ‐ 121 ‐  © Sociedad Española de Óptica 

Sección Especial: Optoel’11 / Special Section: Optoel’11 

El método de descomposición polar en el estudio polarimétrico de la luz difundida por perfiles deterministas y medios densos 

 The polar decomposition method in the polarimetric study of light 

scattered by deterministic profiles and dense media   

J. M. Sanz(∗), J. M. Saiz, F. Moreno(S), F. González Grupo de Óptica, Departamento de Física Aplicada, Universidad de Cantabria. Avda. Los Castros, 39005 Santander, 

Spain. 

(*) Email: [email protected]     S: miembro de SEDOPTICA / SEDOPTICA member 

Recibido / Received: 28/09/2011. Revisado / Revised: 16/11/2011. Aceptado / Accepted: 29/11/2011. 

 

RESUMEN: 

En este trabajo el método de Descomposición Polar (DP) es utilizado en la interpretación de matrices de Mueller (mMs) experimentales obtenidas en medidas polarimétricas empleando distintos medios difusores.  Se muestra  como  la  información  polarimétrica  puede  ser  expresada  en  función  de  una serie  de  parámetros  con  una  interpretación  física  directa.  En  particular,  para  perfiles  2D  micro‐estructurados en superficies planas, el parámetro de retardo   es un claro indicador de la presencia de estructuras tanto sobre la superficie como inscritas en ella. Por otra parte, en sistemas difusores más complejos, como son los medios densos, altamente difusores y no deterministas, la extracción de la despolarización mediante  la DP permite realizar un estudio sobre  los parámetros característicos de  los  componentes  puros  del  sistema  y  obtener  la  actividad  óptica  subyacente  del mismo.  Estos resultados constituyen un claro ejemplo de las capacidades de la DP en el análisis de las mMs. 

Palabras clave: Descomposición Polar, Matriz de Mueller, Polarimetría, Scattering, Polarización. 

ABSTRACT: 

In this research, the Polar Decomposition (PD) method is applied to experimental Mueller Matrices (Mms) measured for light scattering systems. Polarization information is expressed through a set of parameters  of  easier  physical  interpretation  than  pure  Mms.  Particulary,  for  2D  microstructured systems on flat surfaces, the first derivative of the retardation parameter,  ,  is a clear  indication of the presence of structures either built‐on or dug‐in the surface. On the other hand, in more complex scattering systems, like dense media ‐highly scattering and non deterministic‐,  PD can separate the depolarization  from  the pure polarimetric  information. These  results  constitute  an  example of  the capabilities  of  the PD approach  to Mm analysis. This  is  able not only  to extract  the depolarization effect but also to analyze the remaining (pure) matrix. 

Key words: Polar decomposition, Mueller Matrix, Polarimetry, Scattering, Polarization. 

 

REFERENCIAS Y ENLACES / REFERENCES AND LINKS 

[1].  G. Videen, W. S. Bickel, “Light‐scattering Mueller matrix for a rough fiber”, Appl. Opt. 31, 3488‐3492 (1992). 

[2].  S. N. Savenkov, L. T. Mishchenko, R. S. Muttiah, Y. A. Oberemok, I. A. Mishchenko, “Mueller polarimetry of virus‐infected and healthy wheat under field and microgravity conditions”, J. Quant. Spectrosc. Ra. 88, 327‐343 (2003). 

[3].  J. J. Gil, E. Bernabeu, “Obtainment of the polarizing and retardation parameters of a non‐depolarizing optical system from the polar decomposition of its Mueller matrix”, Optik 76, 67‐71 (1987). 

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[4].  S. Y. Lu, R. A. Chipman, “Interpretation of Mueller matrices based on polar decomposition”, J. Opt. Soc. Am. A 13, 1106‐1113 (1996). 

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[17]. J.  de  la  Peña,  J.  Saiz,  P.  Valle,  F.  González,  F. Moreno,  “Tracking  scattering minima  to  size metallic particles on flat substrates”, Part. Part. Syst. Char. 16, 113‐118 (1999). 

[18]. H. van de Hulst, Light Scattering by Small Particles, Dover, New York (1981). 

[19]. J. L. de la Peña, F. González, J. M. Saiz, F. Moreno, P. J. Valle, “Sizing particles on substrates. A general method for oblique incidence”, J. Appl. Phys. 85, 432‐438 (1999).   

1. Introducción 

Para  un  sistema  difusor  iluminado  por  un  haz 

luminoso  de  longitud  de  onda  determinada,  la 

matriz  de  Mueller  (mM)  es  un  resultado 

polarimétrico  completo  ya  que  contiene  toda  la 

información  sobre  la  intensidad  y  el  estado  de 

polarización  de  la  luz  emergente.  Esto  implica 

que  la  medida  de  la  mM  de  un  sistema  es  una 

herramienta  para  caracterizar  el  compor‐

tamiento  del  mismo  que,  si  bien  no  es  única, 

puede  formar  parte  de  la  resolución  del 

denominado  problema  inverso.  Existen 

numerosos trabajos que abordan las conexiones 

entre  la  mM  de  un  sistema  y  sus  propiedades, 

tanto  ópticas  como  geométricas  [1,2].  Sin 

embargo,  en  la  mayoría  de  los  casos  los 

elementos  de  la  mM  presentan  la  información 

encriptada  de  manera  que  ésta  no  se  puede 

relacionar  fácilmente  con  las  propiedades  del 

sistema,  salvo  que  se  realice  algún  tipo  de 

transformación  en  ella.  Siguiendo  esta  idea,  el 

método de Descomposición Polar  (DP) aplicado 

a  las matrices  de Mueller  (mMs)  [3]  ha  ganado 

protagonismo  en  los  últimos  años.  Un  caso 

particular  es  la  DP  Directa  [4],  en  la  cual  se 

introducen 3 matrices en el orden siguiente: 

∆ .  1

Estas  matrices  representan  acciones 

independientes  del  sistema  sobre  las 

propiedades  polarimétricas  de  la  luz  difundida. 

En concreto,  ∆ es la matriz de despolarización, 

 es  la matriz de retardo y   es  la matriz de 

diatenuación.  Si  conseguimos  probar  que  un 

comportamiento  particular  del  sistema  está 

relacionado  con  alguno  de  los  parámetros 

contenidos  en  estas  matrices,  entonces 

tendremos  abierta  una  vía  directa  para  el 

análisis  del  sistema.  Dado  que  la  DP  es  una 

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transformación  algebraica  de  la  mM,  todos  los 

resultados  obtenidos  pueden  ser  aplicados  a  la 

polarimetría  convencional  por  medio  de  una 

manipulación  adecuada  de  los  elementos  de  la 

mM  . 

La  DP  viene  siendo  utilizada  en  distintas 

disciplinas, como la medicina [5], la polarimetría 

de  imagen  [6]  o  en  la  caracterización  de 

componentes  polarimétricos  [7]  y  superficies 

estructuradas  [8].  En  este  estudio,  la  DP  se 

aplicará a dos tipos de sistemas: 

1‐ Estructuras  2D  deterministas  en  superficie, construidas sobre substrato plano o inscritas 

en  el  mismo  (nos  referiremos  a  ellas, 

siguiendo  la  terminología  anglosajona,  como 

ribs  o  grooves,  respectivamente).  Conside‐

ramos  que  este  tipo  de  sistemas  es 

determinista  desde  el  punto  de  vista  de  su 

construcción  y  por  la  ausencia  de  dinámica 

interna. 

2‐ Medios  densos  en  volumen,  altamente 

difusores,  despolarizadores  y  que  presentan 

actividad  óptica.  Estos  sistemas  constituyen 

una muestra novedosa del potencial de la DP, 

tanto  por  su  complejidad  como  por  la 

similitud entre su análisis y el que puede ser 

llevado  a  cabo  en  tejidos  biológicos  “in‐

vivo”[9]. 

El  objetivo  del  trabajo  es  obtener, mediante 

la aplicación de  la DP, una forma sistemática de 

caracterizar  ambos  tipos  de  sistemas  siguiendo 

una  regla  sencilla. Más aún, buscamos que para 

un sistema particular no sea necesario el análisis 

de  varias  muestras  ni  la  comparación  con 

resultados  numéricos  a  fin  de  caracterizar  sus 

propiedades geométricas y ópticas. 

 

2. Montaje experimental 

2.1. Polarímetro de compensador dual 

rotatorio (DRCP) 

El  DRCP  desarrollado  en  nuestro  laboratorio 

consiste  en  una  fuente  de  iluminación  láser  de 

He:Ne , un generador de estados de polarización 

(PSG),  compuesto  por  un  polarizador  y  una 

lámina  /4  rotatoria,  un  portamuestras,  un analizador  de  estados  de  polarización  (PSA), 

compuesto  por  una  lámina  /4  rotatoria  y  un analizador,  y  un  detector.  Para  controlar  el 

tamaño del spot láser (0.6 mm en la posición de 

la muestra) y la divergencia del haz se situó una 

lente de focal larga tras el láser y antes del PSG. 

Las  láminas  de  cuarto  de  onda  rotan  de  forma 

síncrona con una relación de velocidades 5:2, de 

forma  que  la  intensidad  de  luz  transmitida 

describe un ciclo de Fourier [10] relacionado con 

el azimut polarizador de entrada y los azimuts y 

retardos de ambas  láminas giratorias. Este ciclo 

de  Fourier  puede  ser  utilizado  para  obtener  la 

mM de una muestra situada entre el PSG y el PSA 

por  medio  de  una  transformada  inversa  de 

Fourier  (bien  sea  mediante  una  medida  de 

difusión, transmisión o reflexión). La muestra se 

halla  situada  en  una  plataforma  giratoria  para 

controlar  el  ángulo  de  incidencia,  y  el  par  PSA‐

Detector  se  encuentra  localizado  en  el  brazo 

motorizado  de  un  motor  giratorio  para 

seleccionar  el  ángulo  de  difusión.  Asimismo,  se 

puede controlar la inclinación de la muestra y su 

posición mediante una plataforma rotatoria con 

control de  la  inclinación y un posicionador XYZ, 

para  permitir  un  alineamiento  preciso  (la  Fig. 

1(a) muestra una visión esquemática del PDRC). 

La medida y análisis de un ciclo de Fourier para  

 

 

Figura 1: (a) Dispositivo Experimental: Los posicionadores (incidencia de la luz sobre la muestra y láminas rotatorias) y la medida son controlados mediante computadora. (b) Configuración de difusión para una muestra 2‐ribs. 

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la  obtención  de  la  mM  se  realiza  en  5’.  La 

resolución  angular  del  PDRC  es  0.25º  y  el  paso entre medidas de difusión es 1º. 

2.2. Elaboración de muestras 

2.2.a. Muestras planas 

Las muestras  planas  estudiadas  en  este  trabajo 

consisten en substratos con estructuras de perfil 

cuadrado.  Estas  estructuras  están  construidas 

sobre el substrato (ribs) o inscritas en el mismo 

(grooves). El diseño de las mismas obedece a las 

necesidades  de  generar  perfiles  2D 

deterministas que presenten, en mayor o menor 

grado,  una  fuerte pero bien  caracterizada gama 

de  fenómenos  de  interacción  con  la  luz 

(interferencia, difracción, difusión múltiple...). La 

gama de estructuras analizadas incluye aquellas 

con  una  o  dos  ribs/grooves  con  una 

altura/profundidad (h) de 1 o 2 μm, una anchura 

(w) que varía de 1 a 4 μm, y una distancia entre 

centros  (d)  que  va  de  4  a  8  μm.  La muestra  es 

una  oblea  de  Silicio  con  estructuras 

micrométricas  fabricadas  por  técnicas 

fotolitográficas.  Las  geometrías  han  sido 

analizadas  en  Si  o  en  Au,  introduciendo  el 

carácter metálico en las mismas por medio de la 

técnica  de  sputtering  y  depositando  así  una 

monocapa  nanométrica  controlada  de Au  sobre 

el  substrato  de  Si.  De  este  modo,  las  muestras 

ofrecen un completo conjunto de posibilidades y 

configuraciones  en  el  que  se  varía  la  altura  o 

profundidad,  el  ancho,  el  número  y  las 

propiedades  ópticas.  Las  Figs.  1(b)  y  2(a) 

muestran,  respectivamente,  la  configuración 

para  una  medida  de  difusión  y  una  imagen 

demicroscopía  electrónica  (SEM)  con  un 

esquema  dimensional  correspondiente  a  una 

muestra 2−ribs. 

2.2.b. Muestras en volumen 

Estas muestras pretenden simular el efecto de la 

interacción  de  la  luz  con  tejidos  orgánicos, 

ampliamente  analizados  en  biología  y medicina 

[11].  Para  su  elaboración  fueron  utilizadas 

cubetas de laboratorio Hellma de base cuadrada, 

con  una  capacidad  de  3.5 ml  y  10 mm de  lado. 

Dichas  cubetas  están  fabricadas  en  un  vidrio 

crown  tipo  UK5.  Las  suspensiones  fueron 

realizadas  a  partir  de  muestras  estándar 

comerciales  de  partículas  de  látex  de  3,3  μm, 

controlando  los  volúmenes,  tanto  de  las 

partículas  como  del  agua  ultrapura  utilizada, 

mediante  el  uso  de  una  micropipeta.  Existe  la 

posibilidad  de  introducir  propiedades  quirales 

en las muestras densas de partículas mediante la 

adición  de  glucosa  con  objeto  de  realizar 

medidas  en  medios  densos  que  presenten 

actividad  óptica,  situación  característica  en  el 

análisis  de  tejidos  biológicos  “in‐vivo”.  La 

glucosa  anhidra  utilizada  es  suministrada  por 

Sigma‐Aldrich, con un 96% de pureza. En la Fig. 

2(b)  se  muestra  una  fotografía  de  una 

suspensión  de  partículas  en  el  momento  de  su 

análisis. 

 

 

Figura  2:  (a)  Imagen  SEM  de  una  estructura  2‐ribs  con valores de h=1 μm, w=2 μm y d=6 μm. (b) Fotografía de una cubeta con una suspensión acuosa de partículas de  látex de 3,3 μm. 

 

3. Descomposición polar 

La  aplicación  de  la  DP  queda  justificada  tras 

comprobar,  por medio del critero de coherencia 

de  Cloude  [12],  que  las  matrices  medidas 

experimentalmente  eran  físicamente  realizables 

y,  por  tanto,  pertenecían  al  conjunto  de  mMs. 

Dichas  matrices  experimentales  fueron  post‐

procesadas  con  un  algoritmo  basado  en  el 

método  de  Descomposición  Polar  Directa  [4], 

que es un  tipo de PD en el que  la mM se define 

como  un  producto  de  una  matriz  de 

despolarización,  ∆, unamatriz de retardo,  , y 

una  matriz  de  diatenuación,  ,  actuando  de 

forma secuencial, como se muestra en la Eq. (1). 

La  primera  matriz  en  actuar  es  la  de 

diatenuación,  , , ,  [3]. Los parámetros 

  y    son  el  azimut  y  la  elipticidad  de  los  ejes 

principales  del  diatenuador,  respectivamente,  y 

 es la transmitancia a través del eje principal i. 

Si  la matriz de diatenuación es normalizada a la 

transmitancia  total  para  la  luz  despolarizada 

, ambas transmitancias a lo largo de los ejes 

del  diatenuador  pueden  ser  relacionadas  como 

1  [13]: 

, , , , , .  2

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La  segunda matriz  por  orden  de  actuación,  , 

contiene  el  parámetro  de  retardo,   (que 

representa  la  capacidad  del  sistema  para 

introducir un desfase entre ambas componentes 

ortogonales  o  estados  propios  del  retardador), 

un  parámetro  azimutal,    (que  representa  el 

origen de orientación de  los estados propios), y 

la rotación,   [9]. MR puede ser expresada como 

[15]: 

′ ,

1 0 0 00 cos 2 sin 2 0

0 sin 2 cos 2 00 0 0 1

. 3  

Particularmente, el retardo   puede ser obtenido 

a través de una expresión polarimétrica general: 

tan .  4

La  última matriz  en  orden  de  actuación  es  ∆. 

Esta  matriz  informa  sobre  los  procesos  de 

despolarización de  la  luz que  tienen  lugar en el 

sistema,  frecuentemente asociados a  fenómenos 

de  difusión  múltiple  y  otros  procesos 

incoherentes [8]: 

∆ , ,

1 0 0 0

.  5

En  ∆  aparecen  nueve  parámetros  de 

despolarización,  tres  de  ellos    asociados  al 

retardo,  otros  tres    relacionados  con  una 

polarizancia  selectiva,  y  los  tres  últimos  ( , 

parámetros principales de despolarización [15]) 

que constituyen la matriz diagonal y describen la 

capacidad de despolarización del despolarizador 

a  través  de  sus  ejes  principales  [4].  Se  aprecia 

como, en sistemas despolarizantes con  ≃ 0 y 

≃ → 0, la incertidumbre en   aumenta (Eq. 

(4)). 

Algunas  operaciones  matriciales  son 

aconsejables antes de la aplicación de la DP. Con 

objeto  de  saber  si  el  sistema  es  o  no 

despolarizante, es necesario aplicar el criterio de 

pureza [15], que se resume en la Eq. (6). Éste nos 

revela el  tipo de matriz bajo análisis: La Eq.  (6) 

es  la  igualdad  si M  es  una mM  pura,  si  bien  el 

término de la izquierda es igual a   cuando M 

es la matriz de un despolarizador total. 

4 .  6

De forma general, una mM pura tiene un máximo 

de  7  grados  de  libertad, mientras  que  una mM 

despolarizante  puede  tener  hasta  16.  Podemos 

utilizar  la DP para determinar de  forma directa 

el número de parámetros mínimo necesario para 

describir el sistema, que coincide con el número 

de  grados  de  libertad  del  mismo  cuando  se 

resuelven las dependencias internas de la mM. Si 

una matriz experimental no es una mM pura,  la 

DP  introduce  una  nueva  descripción 

polarimétrica  del  sistema  con  más  de  7 

parámetros  independientes  con  un  estricto 

sentido físico. 

 

4. Resultados 

4.1. Perfiles deterministas 

La  resolución  del  problema  inverso  para  la 

difusión  de  luz  por  sistemas  planos 

estructurados  debe  presentar  una  clara 

distinción  tanto  entre  los  distintos  tipos  de 

estructuras  (sobre  substrato  o  inscritas  en  el 

mismo) como en la estimación de los principales 

parámetros  involucrados,  i.e. w, h  y d.  La  teoría 

básica  de  la  difracción  ofrece  una  comparación 

simple entre  los patrones de una rendija simple 

y doble. Sin embargo, la relación entre el patrón 

difraccional  y  experimental  de  una  groove  se 

corresponde con la misma relación para una rib 

más  pequeña  [16].  En  el  caso  de  estructuras 

dobles,  tales  diferencias  aparecen  sólo  para 

ángulos de difusión altos. Este  tipo de acuerdos 

(comparación con rendijas) son frecuentemente 

utilizados  en  la  determinación  del  tamaño  de 

partículas  aplicada  a  esferas  y  fibras  [17].  Sin 

embargo,  el  parámetro  h  debe  ser  tenido  en 

cuenta  (tanto  para  conocer  la  altura  de  la 

estructura  como  para  distinguir  entre  ribs  y 

grooves). Debido a esto se hace necesario el uso 

de soluciones numéricas donde se simulen w, h y 

d, y que permitan variar el signo de h, lo cual no 

se puede garantizar a priori. En el mejor de  los 

casos  el  proceso  es  complejo  y  diferente  para 

cada tipo de geometría.  

 

 

 

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Fig. 3: Elementos de la matriz de Mueller vs. ángulo de difusión (de −90º a 90º) para una rib de Si (h=1 μm, w=1 μm) y una groove de Si (h=1 μm, w=3 μm). 

 

4.1.a. Análisis General de la mM 

En  la  Fig.  3  se muestra  la  evolución  angular  de 

los  elementos  de  la  mM  para  dos  casos  de 

estructuras  simples  de  Silicio  con  h=1  μm,  la 

primera con w=1 μm (rib) y la segunda con w=3 

μm (groove). Se aprecia una fuerte simetría en la 

matriz,  debida  a  la  geometría  de  difusión  del 

sistema  (idéntica  a  ambos  lados  del  plano  de 

difusión)  y  a  las  propiedades  de  las  mMs  para 

este tipo de sistemas [18]. Asimismo, existe una 

simetría angular en torno a 0º en cada elemento. No  obstante,  esta  dependencia  no  es  tan  buena 

como  la  esperada  para  estructuras  ideales, 

mostrando  la  presencia  de  inhomogeneidades 

debidas al proceso de fabricación de la muestra. 

Sin embargo, aparte de esto y a pesar de que  la 

matriz  debe  contener  toda  la  información 

polarimétrica  disponible  para  la  geometría 

estudiada  y  la  longitud  de  onda  utilizada,  su 

observación y uso no se puede realizar de forma 

directa. La forma de las figuras correspondientes 

a  los  elementos    y    (directamente 

relacionados con el Grado de Polarización Lineal 

de  la  luz  emergente)  ha  sido  utilizada  para 

caracterizar  el  tamaño  de  partículas  esféricas  y 

fibras  [19]  y,  aunque  existen  diferencias 

significativas  entre  los  patrones  corres‐

pondientes  a  la  rib  y  a  la groove,  no  existe  una 

forma  sistemática  que  nos  permita  diferenciar 

entre ambos casos. 

4.1.b. Análisis mediante PD 

En  la  Fig.  4(a)  (rib,  h=1  μm  y w=1  μm)  y  4(b) 

(groove,  h=1  μm  y  w=3  μm)  se  expone  la 

evolución  de  los  parámetros  resultantes  de  la 

aplicación de  la DP a  los  casos mostrados  en  la 

Fig.  3.  A  modo  de  comentarios  generales 

podemos decir que: 

i) Los efectos de despolarización (parámetros de 

la  tercera  fila  de  la  Fig.  4)  son  apreciables 

solo  cuando  la  intensidad  total  de  difusión, 

,  presenta  mínimos.  Estos  efectos  se 

muestran  como un  alejamiento de 1  (matriz 

identidad) de los parámetros  . 

ii) Las oscilaciones presentes en el parámetro t, 

similares  a  las  del  parámetro  ,  son  la 

única  contribución  destacable  de  los 

parámetros de diatenuación (primera fila) al 

análisis del sistema. 

iii) Los parámetros de azimut ( ) y rotación ( ) 

de  la  matriz  de  retardo  (primera  y  tercera 

gráfica de la segunda fila) son prácticamente 

nulos. 

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Fig. 4: Parámetros resultantes de la DP para estructuras equivalentes en Si (h×w en μm): Fila superior (Diatenuación:  ,  y t); Fila central (Retardo:  ,  y  ); Fila inferior (Despolarización: di, ai y zi). 

El  comportamiento más  interesante en estas 

gráficas  es  el  que  presenta  el  parámetro  de 

retardo,  .  Este parámetro,  relacionado con   

(i,j=2,3)  a  través  de  la  Ec.  (4),  muestra  una 

evolución  angular  particular  que  es 

completamente distinta para ambas estructuras: 

Cada gráfica presenta una pendiente dominante 

con signo contrario. Para la rib (y para todas las 

ribs  analizadas),  la  pendiente  dominante  es 

negativa  al  aproximarnos  a  la  especular, 

mientras  que  para  la  groove  (y  para  todas  las 

grooves  medidas)  la  pendiente  dominante  es 

positiva. En ambos casos la pendiente dominante 

es  compensada  por  pequeños  periodos 

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angulares  con  discontinuidades  o  fuertes  saltos 

de  pendiente  opuesta.  Para  analizar  en 

profundidad este comportamiento se muestra la 

Fig. 5, que  representa  la primera derivada de    

en función del ángulo de difusión analizado para 

los  casos  mostrados  en  las  Figs.  3  y  4.  La 

distribución de barras en blanco y negro bajo las 

figuras indica el signo para la pendiente de  . La 

importancia de este resultado reside en el hecho 

de que todas las muestras siguen la misma regla, 

con  independencia  del  ancho,  número  de 

elementos,  distancia  entre  ellos,  altura/ 

profundidad o material (Silicio u Oro), de forma 

que  la  presencia  de  una  elevación  (rib)  o  un 

enterramiento (groove) a escala micrométrica en 

una  muestra  plana  puede  ser  detectada 

siguiendo esta regla. 

Para evaluar esta propiedad, se ha calculado 

la  diferencia  entre  el  número  de  medidas  con 

pendiente  local  positiva  o  negativa  a  ambos 

lados de la especular (en incidencia normal y con 

pasos  angulares  de  10).  Se  puede  definir  un 

nuevo parámetro, Υ , como: 

Υ1 Δ

|Δ |

Δ

|Δ |,  7

donde N es el número total de pasos, y el primer 

( 0)  y  segundo  ( 0)  sumatorio  se 

corresponden  con  las  regiones  de  difusión  a 

derecha  e  izquierda  de  la  especular.  De  este 

modo  Υ   ∈  [−1,  1],  y  su  valor  ‐positivo  o 

negativo‐  será  un  indicador  de  la  presencia  de 

ribs  o  grooves,  respectivamente.  Los  valores 

cercanos a cero presentarían una incertidumbre 

en  el  tipo  de  estructura  analizada.  La  Tabla  I 

presenta  todos  los  valores  del  parámetro  Υ  

obtenido  a  través  de  la DP para  las  estructuras 

analizadas  (h=1  μm).  El  único  caso  (h=1  μm  y 

w=1 μm, groove) que no verifica el criterio afecta 

a  una  muestra  con  severos  defectos  de 

fabricación en su perfil. En la mayor parte de los 

casos  analizados  (>85%)  Υ   predice 

correctamente  el  tipo  de  estructura  con 

|Υ |≥0.13, y en 2/3 de  los casos  la predicción 

es realizada con |Υ |≥ 0.40. 

 

 

Fig. 5: Pendiente de   para una rib/groove obtenida a partir de la DP. El signo dominante de la pendiente se muestra con barras negras. 

 

 

 

Tabla I 

Valores de Υ  para estructuras 2D de perfil cuadrado con h=1 μm (w y d en μm). * h=2 μm 

Ribs  Silicio[w]  1  3  4  3 3 3 3 3  4* [d]  ‐  ‐  ‐  4 5 6 7 8  ‐* Υ   0.92  0.76 0.62  0.45 0.52 0.45 0.49 0.36  0.13* Ribs  Oro[w]  1  3  4  3 3 3 3 3  4* [d]  ‐  ‐  ‐  4 5 6 7 8  ‐* Υ   0.50  0.57 0.60  0.43 0.45 0.55 0.43 0.43  0.20* 

Grooves  Silicio[w]  1  3  4  3 3 3 3 3  4*  1[d]  ‐  ‐  ‐  4 ‐5 6 7 8  ‐*  2Υ   0.14  ‐0.65 ‐0.76  ‐0.63 ‐0.36 ‐0.62 ‐0.62 ‐0.16  ‐0.04*  ‐0.43Grooves  Oro[w]  1  3  4  3 3 3 3 3  4* [d]  ‐  ‐  ‐  4 5 6 7 8  ‐* Υ   0.12  ‐0.33 ‐0.46  ‐0.42 ‐0.09 ‐0.01 ‐0.40 ‐0.21  ‐0.13* 

 

 

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Si consideramos la posibilidad de aplicar este 

criterio a un elemento de la mM relacionado con 

, como  , para todos los casos analizados   

muestra  incertidumbre  cuando  el  análisis  de  la 

pendiente  de    muestra  valores  concluyentes. 

Obviamente,  esta  regla  obtenida  a  través  del 

parámetro    de  la  DP  puede  ser  obtenida 

mediante  el  uso  correcto  de  los  elementos   

(i,j  =2,3;  ver  Ec.  (4)),  como  ocurrirá  con 

cualquier condición establecida a partir de la DP. 

La  ventaja de  la DP  reside  en  su potencial  para 

obtener  condiciones  relevantes  debido  al 

significado  físico  inequívoco de cada uno de  los 

parámetros  involucrados;  en  otras  palabras, 

estas  condiciones  se  obtienen  después  del 

procesado de la información mediante la DP. 

4.2. Medios densos 

La simulación del comportamiento de los tejidos 

biológicos  para  la  obtención  de  datos  “in  vivo”, 

está  siendo  el  objeto  de  diversos  análisis 

polarimétricos  recientes  en  grupos  de 

investigación  dedicados  a  biología  y  medicina 

[5,11].  El  carácter  quiral  y  de medio  denso  (es 

decir, dispersor y selectivamente absorbente) de 

los  tejidos  puede  ser  simulado  mediante 

disolución de sales o azúcares en sustancias que 

contienen  partículas  en  suspensión.  La  fase  en 

suspensión otorga el carácter denso y la fase en 

disolución  la  actividad  óptica.  En  este  apartado 

pretendemos  mostrar  cómo  la  DP  es  capaz  de 

establecer una relación entre el comportamiento 

de  estos  medios  ( ‐glucosa  en  agua,  con  y  sin 

partículas en suspensión) a través del parámetro 

  de  la  DP  a  pesar  del  alto  grado  de 

despolarización en la luz difundida. 

En  la  Fig.  6  se  exponen  los  resultados 

obtenidos  para  el  comportamiento  angular  de 

los parámetros principales de despolarización di 

extraídos  de  la  medida  de  la  mM  de  un  medio 

denso  con  ‐glucosa  en  concentración 1M  (a) y 

sin  ‐glucosa  (b).  Las  trazas de despolarización 

son  evidentes  en  ambos  casos  (di<1)  y 

fundamentalmente debidas a efectos de difusión 

múltiple.  Sin  embargo,  en  la  Fig.  7  se  muestra 

cómo la variación del giro óptico (parámetro de 

rotación,  ,  procedente  de  la  DP)  al  analizar  la 

mM para  los casos anteriores presenta un valor 

no  nulo  y  relativamente  constante  únicamente 

en el medio con  ‐glucosa ( ∼0.4º). 

Si la medida que se realiza es de transmisión 

(Fig.  8),  se  puede  ver  como  el  comportamiento 

del parámetro   de la DP es prácticamente lineal 

con la concentración de glucosa en agua y, lo que 

es más importante, que el valor del parámetro se 

mantiene  constante  al  añadir  una  alta 

concentración  de  partículas  difusoras  al medio. 

La aplicación de  la DP permite,  no  sólo  separar 

las  componentes  de  despolarización  en  la 

medida,  sino  también  observar  directamente  la 

quiralidad del medio puro. 

 

 

Fig.  6:  Evolución  de  los  parámetros  principales  de despolarización,  di,  en  función  del  ángulo  de  difusión  para una muestra densa de partículas de látex: (a) Concentración de glucosa 1M, (b) Sin glucosa. 

 

 

Fig.  7:  Evolución  del  parámetro    en  función  del  ángulo  de difusión  para  una muestra  densa  de  partículas  de  látex:(a) Concentración de glucosa 1M, (b) Sin glucosa. 

 

 

Fig. 8: Evolución del parámetro   en medidas de transmisión en función de la concentración de glucosa (puntos negros) y de la presencia de partículas de látex en el medio (triángulos rojos). 

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5. Conclusiones 

En  este  trabajo  se  ha  utilizado  la  DP  para  la 

interpretación  de  mMs  experimentales 

obtenidas  mediante  un  polarímetro  DRCP.  Las 

muestras  analizadas  consisten  en  perfiles 

cuadrados  2D  sobre  superficies  o  inscritos  en 

ellas,  y  en  medios  densos  altamente  difusores 

con propiedades quirales. De forma específica, la 

aplicación de la DP sobre las mMs de la difusión 

producida  por  los  defectos  micrométricos 

superficiales  de  perfil  cuadrado  nos  ha 

permitido  establecer  un  criterio  polarimétrico 

(basado  en  la  pendiente  de  )  para  distinguir 

entre ambos tipos de microdefectos superficiales 

(ribs  o  grooves)  de  forma  sistemática,  con 

independencia del tamaño o composición de los 

mismos. Asimismo, su aplicación en el análisis de 

muestras en volumen altamente despolarizantes 

nos  ha  permitido  separar  las  componentes  de 

despolarización  en  la  medida  y  analizar 

directamente  las  propiedades  remanentes  del 

medio puro  (en este  caso  su quiralidad a partir 

del parámetro  ). 

Como  consecuencia  de  este  estudio,  la  DP 

aplicada  a  las  mMs  experimentales  ha 

demostrado ser una excelente herramienta para 

el  análisis  y  procesado  de  la  información 

polarimétrica,  ya  que  puede  aislar  los  efectos 

producidos por las variaciones en una propiedad 

particular  del  sistema.  Además,  como  la  DP  es 

una  herramienta  algebraica,  los  criterios 

obtenidos a partir del mismo se pueden aplicar a 

la polarimetría convencional, mediante el uso de 

estimaciones  correctas  del  parámetro 

involucrado (por ejemplo   a partir de la Ec. (4)). 

Estos  resultados  son  un  excelente  ejemplo  del 

potencial  de  la  DP,  ya  que  no  solo  nos  permite 

extraer  y  analizar  la  despolarización,  sino 

también  caracterizar  la  matriz  (pura) 

remanente.  

 

Agradecimientos 

El  trabajo  aquí  presentado  ha  sido  financiado 

por  el  Ministerio  de  Educación  dentro  del 

proyecto  FIS2010‐21984.  Las  muestras 

fotolitográficas  han  sido  suministradas  por 

TEKNIKER (Eibar, España).