Browsing by Author "Friberg, Ari"

Filter results by typing the first few letters
Now showing 1 - 13 of 13
  • Characterization of polarization fluctuations in random electromagnetic beams
    (2009-07) Shevchenko, Andriy; Setälä, Tero; Kaivola, Matti; Friberg, Ari
     A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä
    Two stationary, partially polarized electromagnetic beams with equal degrees of polarization may exhibit completely different time evolutions of the instantaneous polarization state. In this work, we derive a statistical quantity that describes the rate at which the field intensity in the beam, on average, is redistributed between the beam's polarization state at any time and the state orthogonal to it. This method allows one to treat the dynamical properties of the polarization fluctuations both theoretically and experimentally. We demonstrate the method by applying it to important special cases, such as fields obeying Gaussian statistics, black-body radiation pencils and depolarized laser beams. We also prove that a geometric approach introduced earlier is closely connected with the present model.
  • Connection Between Electric and Magnetic Coherence in Free Electromagnetic Fields
    (2005-10-26) Jouttenus, T.; Setälä, Tero; Kaivola, Matti; Friberg, Ari
     A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä
    We introduce quantitative measures for the description of the electric and magnetic coherence in a stationary, random electromagnetic field at two points, in a volume, and in the Fourier space. These quantities are applied to free electromagnetic fields, and several theorems regarding the relationship between the two types of coherences in such fields are established. Fields which are statistically homogeneous, and those which, in addition, are statistically isotropic are considered separately. Furthermore, the connection between the electric and magnetic coherence is exemplified for some specific statistically homogeneous fields.
  • Coordinate transformations in optical cloaking
    (2008) Miettunen, Juho
     Informaatio- ja luonnontieteiden tiedekunta | Bachelor's thesis
  • Degree of polarization for optical near fields
    (2002-07) Setälä, Tero; Shevchenko, Andrej; Kaivola, Matti; Friberg, Ari
     A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä
    We investigate an extension to the concept of degree of polarization that applies to arbitrary electromagnetic fields, i.e., fields whose wave fronts are not necessarily planar. The approach makes use of generalized spectral Stokes parameters that appear as coefficients, when the full 3×3 spectral coherence matrix is expanded in terms of the Gell-Mann matrices. By defining the degree of polarization in terms of these parameters in a manner analogous to the conventional planar-field case, we are led to a formula that consists of scalar invariants of the spectral coherence matrix only. We show that attractive physical insight is gained by expressing the three-dimensional degree of polarization explicitly with the help of the correlations between the three orthogonal spectral components of the electric field. Furthermore, we discuss the fundamental differences in characterizing the polarization state of a field by employing either the two- or the three-dimensional coherence-matrix formalism. The extension of theconcept of the degree of polarization to include electromagnetic fields having structures of arbitrary form is expected to be particularly useful, for example, in near-field optics.
  • Elektronisuihkun ja plasman välisestä vuorovaikutuksesta. Teoriaa ja simulointikokeita
    (1975) Friberg, Ari
     Helsinki University of Technology | Master's thesis
  • Holografisten optisten elementtien valmistus dikromaattiselle gelatiinille
    (1989) Cantell, Aaro
     Helsinki University of Technology | Master's thesis
  • Finite element modelling of light propagation in strongly scattering media
    (1999) Heino, Jenni
     Helsinki University of Technology | Master's thesis
    Fotonimigraatiotomografia on verrattain uusi kehitysasteella oleva optinen lääketieteellinen kuvantamistekniikka. Fotonimigraatiotomografiassa kudoksen pinnalle tuodaan valokuidun avulla lähi-infrapuna-alueen valoa ja kudoksen läpäisseen tai takaisin heijastuneen valon ominaisuuksia mitataan. Mittausten perusteella pyritään muodostamaan kuva väliaineen optisista parametreista. Tämän työn tarkoituksena on kehittää malli valon etenemiselle kudoksessa optista tomografiaa varten. Valon etenemiseen vaikuttavat optiset parametrit ovat kudoksen sironta- ja absorptiokertoimet. Monissa kudoksissa valo siroaa voimakkaasti ja etenemistä voidaan mallintaa diffuusioprosessina. Diffuusioyhtälö johdetaan lähtien radiatiivisesta siirtoyhtälöstä tarvittavat oletukset ja approksimaatiot esittäen. Optisessa kuvantamisessa mittaukset voidaan suorittaa taajuusalueessa moduloimalla lähteen intensiteettiä. Väliaineeseen syntyy tällöin diffuusi fotonitiheysaalto, jonka vaihetta ja amplitudia mittaamalla saadaan tietoa kudoksen sironta- ja absorptio-ominaisuuksista. Työssä on esitetty taajuusalueen diffuusioyhtälön ja mittaussuureiden välinen yhteys, sopivat reunaehdot diffuusioyhtälölle sekä diffuusioyhtälön analyyttisia ratkaisuja yksinkertaisissa tapauksissa. Taajuusalueen diffuusioyhtälön numeeriseksi ratkaisemiseksi on kehitetty kaksiulotteinen elementtimenetelmään perustuva malli. Diffuusioyhtälö on diskretoitu Galerkinin formulaatiota käyttäen. Elementtimenetelmälaskuja varten on toteutettu reunanpuolitukseen perustuva verkon generoija. Elementtimenetelmän toteutukseen liittyen systeemimatriisien kokoaminen, reuna- ja lähde-ehtojen toteutus ja mittaussuureiden laskeminen esitetään yksityiskohtaisesti. Elementtimenetelmän tuloksia verrataan diffuusioyhtälön analyyttiseen ratkaisuun puoliäärettömässä homogeenisessa aineessa. Elementtimenetelmän ja analyyttisen ratkaisun suhteellinen poikkeama on tässä työssä muutamia prosentteja. Elementtimenetelmää käyttäen suoritetaan numeerinen herkkyystarkastelu mittaussuureiden ja väliaineen optisten parametrien väliselle riippuvuudelle. Elementtimenetelmään perustuva malli valon etenemiselle on suhteellisen nopea ja sopii käytettäväksi optisen tomografian iteratiivisissa rekonstruktioalgoritmeissa.
  • Undulaattorisäteilyn mittaus ja karakterisointi
    (1989) Sarakontu, Mikko
     Helsinki University of Technology | Master's thesis
  • Polarization changes in plane wave transmission through a slab of metamaterial
    (2010) Latja, Eetu
     Informaatio- ja luonnontieteiden tiedekunta | Bachelor's thesis
  • Polarization time and length for random optical beams
    (2008-09-11) Setälä, Tero; Shevchenko, Andriy; Kaivola, Matti; Friberg, Ari
     A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä
    We investigate the dynamics of the instantaneous polarization state of stationary, partially polarized random electromagnetic beamlike fields. An intensity-normalized correlation function of the instantaneous Poincaré vector is introduced for the characterization of the time evolution of the polarization state. This polarization correlation function enables us to define a polarization time and a polarization length over which the polarization state remains substantially unchanged. In the case of Gaussian statistics, the polarization correlation function is shown to assume a simple form in terms of the parameters employed to characterize partial coherence and partial polarization of electromagnetic fields. The formalism is demonstrated for a partially polarized, temporally Gaussian-correlated beam, and black-body radiation. The results are expected to find a range of applications in investigations of phenomena where polarization fluctuations of light play an important role.
  • Reparametrisaatioinvarianssi kvanttiteoriassa
    (1989) Hietamäki, Antero
     Helsinki University of Technology | Master's thesis
  • Temporal phase-contrast ghost imaging
    (2020-12-17) Hannonen, Antti; Shevchenko, Andriy; Friberg, Ari; Setälä, Tero
     A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä
    We introduce a phase-contrast ghost-imaging scheme for the characterization of temporal phase objects in terms of intensity correlations at two photodetectors. The technique is analogous to Zernike's phase-contrast imaging method and is based on utilizing a suitable filter function which renders the small-amplitude phase variations visible in the intensity correlation function. The approach is insensitive to temporal distortions and offers a promising method to analyze the phases of optical pulses.
  • Universality of electromagnetic field correlations within homogeneous and isotropic sources
    (2003-02-27) Setälä, Tero; Blomstedt, Kasimir; Kaivola, Matti; Friberg, Ari
     A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä
    We investigate the structure of second-order correlations in electromagnetic fields produced by statistically stationary, homogeneous, and isotropic current distributions. We show that the coherence properties of such fields within a low-loss or nondissipative medium do not depend on the source characteristics, but are solely determined by the propagation properties, and that the degree of coherence of the field is given by the sinc law. Our analysis reproduces the known results for blackbody fields, but it applies to a wider class of sources, not necessarily in thermal equilibrium. We discuss the physics behind the universal behavior of the correlations by comparing the results with those obtained by an electromagnetic plane-wave model.