Resumen de Holographic light shaping through acousto-optic deflectors
La invención del láser en la década de 1960 desencadenó una nueva era de tecnologías ópticas que revolucionó muchos campos de la industria y la investigación. Al mismo tiempo, surgió una nueva demanda de tecnologías que permitieran controlar dinámicamente las propiedades ópticas de un rayo láser y dar forma a la luz láser en patrones arbitrarios.
Esta necesidad llevó al desarrollo de moduladores espaciales de luz, que son elementos difractivos programables que dan forma a la luz láser en distribuciones de intensidad bien definidas a través de la modulación de la amplitud o de la fase óptica. Su capacidad para mostrar hologramas generados por ordenador los ha convertido en una herramienta indispensable en una amplia gama de aplicaciones de óptica y fotónica, ya que permiten reconstruir frentes de onda ópticos a partir de modelos digitales sin la necesidad de contrapartes físicas. Este control más versátil sobre un frente de onda óptico permite funcionalidades complejas, tales como modelado de haces holográficos, corrección de aberraciones, aplicaciones de óptica adaptativa y micro-manipulación óptica, por nombrar solo algunas.
Existen varias tecnologías de moduladores espaciales de luz con capacidades inherentes que definen sus posibles aplicaciones. La alta eficiencia lumínica y las excepcionales capacidades de modulación de los moduladores espaciales de luz basados en cristales líquidos (LC-SLM) han encontrado una miríada de aplicaciones y representan el estándar actual para la modulación dinámica de la luz basada en hologramas digitales. Sin embargo, hay varias aplicaciones que requieren otras capacidades distintas a las que ofrecen los LC-SLM. La modulación de luz ultrarrápida, las aplicaciones de alta potencia láser y la formación de patrones de alta calidad son difíciles de lograr con dispositivos de cristal líquido, por lo que se necesitan alternativas a esta tecnología predominante.
Un candidato interesante para la modulación espacial de la luz de alto rendimiento son los deflectores acusto-ópticos (AOD). Estos dispositivos se utilizan comúnmente para la deflexión a alta velocidad de un haz de luz, pero también se ha demostrado en unos pocos precedentes dispersos que son capaces de modulación holográfica de luz. Los deflectores acusto-ópticos se basan en una tecnología sustancialmente diferente a la de los LC-SLM, lo que complica su uso como moduladores espaciales de luz completos. Pero al mismo tiempo, brindan capacidades de modulación de luz prometedoras, tales como umbrales de potencia óptica muy altos, tasas de modulación de varios kilohercios y una modulación de frente de onda continua (no pixelada), que potencialmente los convierte en un complemento o incluso en un competidor de las tecnologías de modulación espacial de luz existentes.
El alcance de esta tesis es la investigación y aplicación de las capacidades de modulación holográfica de un sistema modulador espacial de luz basado en deflectores acusto-ópticos. Dicho sistema se implementa en el marco de este trabajo como una configuración de transformada óptica de Fourier común con hardware listo para usar. El principal esfuerzo en la implementación es el desarrollo de métodos de cálculo para hologramas acusto-ópticos y de sus correspondientes señales de direccionamiento electrónicas, que por un lado deben considerar las capacidades y limitaciones específicas de los AOD, y por otro lado deben proporcionar una alta eficiencia luminosa de los hologramas mostrados así como una alta calidad de reconstrucción de los patrones formados. Por tanto, se discuten la unidimensionalidad de la modulación acusto-óptica y las restricciones de separabilidad resultantes para la modulación AOD bidimensional, y se investigan diferentes estrategias de reconstrucción para patrones bidimensionales arbitrarios. Además, se analizan varios efectos de degradación de la imagen y se proponen los métodos de corrección correspondientes. Especialmente se analiza en detalle la reducción inherente de artefactos coherentes a través del movimiento de hologramas acusto-ópticos.
Las capacidades de un SLM acusto-óptico así implementado se demuestran mediante la reconstrucción de patrones láser arbitrarios con una fidelidad percibida de imagen muy alta. Mediante la combinación de diferentes métodos de corrección, también se logran reconstrucciones de alta velocidad de patrones separables a velocidades de varios kilohercios, que eventualmente entran en juego en un microscopio de iluminación estructurado.
