LCPOM: Präzise Rekonstruktion von polarisierten optischen Mikroskopiebildern von Flüssigkristallen

Bei der Untersuchung mit polarisierten optischen Mikroskopen (POM) zeigen Flüssigkristalle Interferenzfarben und komplexe Muster, die von der mikroskopischen Orientierung des Materials abhängen. Diese Orientierung kann durch die Anwendung äußerer Felder manipuliert werden, ein Merkmal, das die Grundlage für Anwendungen in optischen Anzeige- und Sensortechnologien bietet. Die Farbmuster selbst haben einen hohen Informationsgehalt. Traditionell wurden jedoch Berechnungen des optischen Erscheinungsbilds von Flüssigkristallen unter der Annahme durchgeführt, dass eine einkanalige Lichtquelle verwendet wird und auf einer monochromatischen Skala gemeldet wird. In dieser Arbeit wird die ursprüngliche Jones-Matrix-Methode erweitert, um die farbigen Bilder zu berechnen, die entstehen, wenn ein Flüssigkristall einer Mehrwellenlängenquelle ausgesetzt wird. Durch die Berücksichtigung der Materialeigenschaften, einschließlich der lokalen Orientierung, des sichtbaren Lichtspektrums und der CIE (International Commission on Illumination) Farbabgleichsfunktionen, zeigen wir, dass der vorgeschlagene Ansatz farbige POM-Bilder erzeugt, die quantitativ mit experimentellen Daten übereinstimmen. Die Ergebnisse werden für eine Vielzahl von Systemen präsentiert, einschließlich radialer, bipolarer und cholesterischer Tröpfchen, wobei die Ergebnisse der Simulationen mit experimentellen Bildern verglichen werden. Die Auswirkungen der Tropfengröße, der topologischen Defektstruktur und der Tropfenorientierung werden systematisch untersucht. Die hier vorgestellte Technik erzeugt Bilder, die direkt mit Experimenten verglichen werden können, und erleichtert damit die Bemühungen im Bereich des maschinellen Lernens, die darauf abzielen, LC-Mikroskopiebilder zu interpretieren, und ebnet den Weg für das inverse Design von Materialien, die spezifische interne Mikrostrukturen als Reaktion auf äußere Reize erzeugen können.