Dynamic synthesis of 3D light field with a high space bandwidth product from the superposition of mutually coherent multiple diffracted wavefields generated by a set of programmable spatial light modulators - Dynamic Light Field Synthesis (DynaLiFeS)

• Applicant: Professor Dr. Ralf Bernhard Bergmann
• Subject Area: Measurement Systems
• Term: from 2010 to 2014
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 183097842

Die Erzeugung eines dynamischen, synthetischen Wellenfeldes ist für viele Anwendungen, beispielsweise für optische Pinzetten oder für holografische Displays, interessant. Ein solches Wellenfeld kann mit Hilfe von Lichtmodulatoren (SLMs) erzeugt werden, indem das zugehörige inverse Problem, d. h., die Berechnung des gewünschten Wellenfeldes als Resultat der komplexen Transmissionsfunktion des SLMs gelöst wird. Allerdings ist nach dem Stand der Technik die Qualität dieses synthetischen Wellenfeldes im Vergleich zu holografischem Film schlecht, da die bisher verfügbaren SLMs ein sehr geringes Orts-Bandbreite-Produkt (SBP) besitzen und bedingt durch ihre diskrete Struktur zusätzlich unerwünschte Beugungseffekte zeigen.Prinzipiell könnte, durch die kohärente Kombination mehrerer mittels SLMs erzeugter Wellenfelder, das geringe SBP eines einzelnen SLMs kompensiert werden. Diese kohärente Überlagerung von Wellenfeldern entspricht nicht der nach dem Stand der Technik bekannten inkohärenten, stereoskopischen Kombination verschiedener mittels SLMs erzeugter Wellenfelder, wie sie für den Einsatz als 3D-Display bereits demonstriert worden ist.Ziel des Projektes ist es daher, zu untersuchen, unter welchen Randbedingungen eine Lösung des inversen Problems für die Kombination unabhängig voneinander erzeugter Wellenfelder möglich ist. Das so erzeugte Wellenfeld soll nicht von einem Wellenfeld zu unterscheiden sein, welches mit einem denkbaren SLM mit hohem SBP generiert wird.Da das gewonnene Wellenfeld aus einer Kombination unabhängig voneinander gebeugter Wellenfelder besteht, werden zunächst Artefakte sichtbar. Diese Artefakte sind eine Folge der technischen Gegebenheiten der individuellen SLMs sowie der Abstände und Justierung der SLMs zueinander. Somit ist die kohärente Überlagerung mehrerer Wellenfelder nicht trivial, da das zugehörige inverse Problem oft nicht lösbar.Die kohärente Wellenfeldüberlagerung wird zunächst prinzipiell durch die Kombination zweier mittels SLMs erzeugter Wellenfelder sowohl numerisch als auch experimentell gezeigt. Gleichzeitig werden die durch die diskrete Struktur bedingten unerwünschten Beugungseffekte der SLMs mit Hilfe zu entwickelnder, statischer, optisch - diffraktiver Elemente in einem kompakten Aufbau kompensiert. Anschließend wird ein Demonstrator, der ein kohärentes, synthetisches Wellenfeld mittels vier SLMs erzeugt, erstellt und seine Eigenschaften untersucht.

• DFG Programme: Research Grants