Algoritmos simplificados de hologramas computacionais: I – para geração de imagens 3D

Abstract

A holografia é uma técnica óptica (interferométrico-difrativa) que permite o registro e a reconstrução de imagens 3D de objetos, pois um holograma carrega as informações de intensidade e fase de um objeto ‘holografado’. Para seu estudo e realização, aplicam-se ferramentas ópticas convencionais, teóricas e experimentais. Por outro lado, a evolução das computadores em velocidade de processamento e armazenamento de dados, vem possibilitando a viabilidade dos hologramas computacionais, dos chamados hologramas gerados por computador (HGC). Atualmente, a implementação experimental dos HGCs é feita através dos novos dispositivos optoeletrônicos como os moduladores espacias de luz (SLM), as câmeras CMOS e CCDs de alta resolução, além dos novos materiais fotossensíveis; permitindo assim, o registro e reconstrução óptica de frentes de onda de objetos tridimensionais e de feixes ópticos especiais. Desta forma, o propósito destes trabalhos é apresentar e disponibilizar a comunidade acadêmica, científica e de outras áreas do saber os nossos estudos e algoritmos (rotinas) de geração holográfica computacional de uma forma acessível e didática. Especificamente, neste primeiro artigo, o propósito é estudar holografia gerada por computador (HGC) a partir de algoritmos simplificados (software) de imagens 3D virtuais; bem como, apresentar resultados de simulação de construção (gravação) e reconstrução numérica (leitura) de HGCs de imagens simples 2D e 3D usando MATLAB. Estes apresentam interessantes possibilidades de realização experimental através de sua reconstrução óptica (reprodução) utilizando dispositivos SLMs para obtenção de imagens 3D.

Algoritmos simplificados de hologramas computacionais: II – para geração de feixes e vórtices ópticos

“…A técnica holográfica, que foi descrita primeiramente por Dennis Gabor (Prêmio Nobel em 1971) em 1948 em seu trabalho "A new microscopic principle", permite resgistrar toda a configuração espacial, intensidade (amplitude) e profundidade (fase) da luz espalhada por um objeto num meio de registro holografico [23][24][25][26]43].…”

“…O quarto termo u 4 está relacionado com a imagem conjugada do objeto. No entanto, neste caso, o quarto termo inclui um fator exp(4πiξ r ), o que indica que a onda conjugada é desviada do eixo z à um ângulo aproximadamente duas vezes maior que o ângulo com o feixe de referência [23][24][25][26]43].…”

“…As técnicas que envolvem processos numéricos computacionais de registro e reconstrução holográficos são chamadas de holografia computacional, onde os hologramas gerados por computador (HGCs) realizam um registro numérico e a holografia digital realiza uma reconstrução numérica [43]. Os HGCs podem ser usados para reproduzir as frentes de onda de objetos tridimensionais e feixes ópticos com amplitude e distribuição de fase prescrita [11-13, 22, 43].…”

“…Por outro lado, é possivel aumentar a eficiência de difração do holograma implementando uma modulação de fase, que é feita controlando o índice de refração, espessura ou polarização do meio onde está registrado o holograma, mantendo a transmissão de amplitude homogênea. Um holograma binário de fase introduz variações de fase 0 e π nas áreas transmissivas e opacas da rede de difração, e agora todas as áreas do holograma deixam passar luz, de modo que a eficiência de difração de hologramas de fase é muito maior do que o holograma de amplitude [43].…”

“…Por outro lado, como podemos ver em inúmeros trabalhos sobre as técnicas holográficas [22][23][24][25][26][27][28][29][30]43], embora as expectativas de sistemas holográficos eficientes e de alta qualidade ainda não possam ser viabilizadas tecnologicamente, as técnicas holográficas vêm se caracterizando como excepcionais ferramentas para diversas áreas da óptica. O desenvolvimento de dispositivos optoeletrônicos cada vez mais rápidos e de alta resolução, como: as câmeras CMOS e CCD (Coupled Charge Device) e os moduladores espaciais de luz (SLMs), baseados em cristal liquido (LCDs) ou micro-espelhos (DMDs); fontes lasers eficientes, sistemas ópticos e opto-mecânicos de excelente qualidade e estáveis.…”