Hologramas podem ser produzidos utilizando-se técnicas tradicionais de holografia ou podem ser gerados também por computador, conhecidos como hologramas gerados por computador (HGCs). A maioria destes hologramas opera usando luz monocromática. Por outro lado, os hologramas podem também operar com luz branca. Estes elementos de luz branca são usados em diversas aplicações, como segurança, para verificar a autenticidade dos cartões de crédito e outros documentos, porque seus processos de fabricação são difíceis e caros de serem reproduzidos. Entretanto, os hologramas de luz branca convencionais operam baseados na reflexão da luz, e apresentam alguns efeitos indesejáveis, como distorções cromáticas, como o efeito rainbow. Neste trabalho foi proposto um elemento óptico difrativo de luz branca gerado por computador. O elemento é calculado baseado na técnica de halftoning e na coerência espacial parcial de uma fonte de luz branca estendida. Os elementos da fase são produzidos através de técnicas de fabricação bem estabelecidas de circuitos integrados, e as simulações óticas são apresentadas. Não há necessidade de métodos iterativos. Os resultados das reconstruções ópticas e simuladas deste elemento de luz branca são muito semelhantes e produzem imagens nítidas, não sendo observadas distorções cromáticas. O elemento de luz branca ainda não foi descrito na literatura, e algumas de suas aplicações podem ser um correlator óptico ou arte holográfica. Este trabalho foi realizado no laboratório de óptica do departamento da engenharia elétrica do EESC, e financiado por CAPES (Coordenadoria de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior). / Holograms can be produced using traditional holography techniques or may be also generated by computer, which are known as CGHs(Computer-generated holograms). Most of these holograms operate using monochromatic light. On the other hand, holograms can also operate with white light. These white light holograms are used in several applications, such as security, to verify the autencity of credit cards end other documents, because their fabrication processes are dificult to reproduce and are expensive. However, convencional white light holograms operate based on reflection of light, and present some undesirable effects, like chromatic distortions, such as rainbow effect. In this work it was proposed a computer-generated phase optical difractive element designed to operate under white light illumination. The element is calculated based on the halftoning technique and in the partial spatial coherence of a white light extended source. Phase elements are manufactured using well-established integrated circuits fabrication techniques and optical simulations are shown. No iterative methods are necessary. Simulated and optical reconstructions results are very similar and produce good clear images, and no chromatic distortions are observed. The white light element was not yet described on literature, and some of its applications may be an optical correlator or holographic art. This work was carried at the laboratory of optics of the department of electrical engineering of the EESC, and supported by CAPES (Coordenadoria de Aperfeiçoamento dePessoal de Nível Superior).

Hologramas podem ser produzidos utilizando-se técnicas tradicionais de holografia ou podem ser gerados também por computador, conhecidos como hologramas gerados por computador (HGCs). A maioria destes hologramas opera usando luz monocromática. Por outro lado, os hologramas podem também operar com luz branca. Estes elementos de luz branca são usados em diversas aplicações, como segurança, para verificar a autenticidade dos cartões de crédito e outros documentos, porque seus processos de fabricação são difíceis e caros de serem reproduzidos. Entretanto, os hologramas de luz branca convencionais operam baseados na reflexão da luz, e apresentam alguns efeitos indesejáveis, como distorções cromáticas, como o efeito rainbow. Neste trabalho foi proposto um elemento óptico difrativo de luz branca gerado por computador. O elemento é calculado baseado na técnica de halftoning e na coerência espacial parcial de uma fonte de luz branca estendida. Os elementos da fase são produzidos através de técnicas de fabricação bem estabelecidas de circuitos integrados, e as simulações óticas são apresentadas. Não há necessidade de métodos iterativos. Os resultados das reconstruções ópticas e simuladas deste elemento de luz branca são muito semelhantes e produzem imagens nítidas, não sendo observadas distorções cromáticas. O elemento de luz branca ainda não foi descrito na literatura, e algumas de suas aplicações podem ser um correlator óptico ou arte holográfica. Este trabalho foi realizado no laboratório de óptica do departamento da engenharia elétrica do EESC, e financiado por CAPES (Coordenadoria de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior). / Holograms can be produced using traditional holography techniques or may be also generated by computer, which are known as CGHs(Computer-generated holograms). Most of these holograms operate using monochromatic light. On the other hand, holograms can also operate with white light. These white light holograms are used in several applications, such as security, to verify the autencity of credit cards end other documents, because their fabrication processes are dificult to reproduce and are expensive. However, convencional white light holograms operate based on reflection of light, and present some undesirable effects, like chromatic distortions, such as rainbow effect. In this work it was proposed a computer-generated phase optical difractive element designed to operate under white light illumination. The element is calculated based on the halftoning technique and in the partial spatial coherence of a white light extended source. Phase elements are manufactured using well-established integrated circuits fabrication techniques and optical simulations are shown. No iterative methods are necessary. Simulated and optical reconstructions results are very similar and produce good clear images, and no chromatic distortions are observed. The white light element was not yet described on literature, and some of its applications may be an optical correlator or holographic art. This work was carried at the laboratory of optics of the department of electrical engineering of the EESC, and supported by CAPES (Coordenadoria de Aperfeiçoamento dePessoal de Nível Superior).

Dois tipos diferentes de hologramas (Fresnel e Fourier) foram gerados por computador. O holograma de Fresnel foi escolhido para fazer parte de um arranjo experimental que teve como objetivo estimar a rugosidade de amostras metálicas. Para isso, um novo método de aplicação de um correlator óptico foi desenvolvido. Hologramas de Fourier geralmente fazem parte do correlator óptico de VanderLugt, o qual é muito utilizado no reconhecimento de padrões. A reconstrução numérica de hologramas de Fresnel gerados por computador, "distorcidos" por superfícies metálicas (também simuladas), serviram de base para que a reconstrução óptica de um holograma de Fresnel fosse utilizada, de forma inédita, no reconhecimento de padrões para estimar a rugosidade de amostras metálicas. / Two different types of holograms (Fresnel and Fourier) have been computer-generated. The Fresnel hologram has been chosen as part of an experimental set, which meant to estimate the roughness of the metalic samples. A new method for the aplication of an optical correlator has been developed. Fourier holograms are, generally, part of the VanderLugt optical correlator, that is very used for pattern recognition. The numerical reconstruction of the computer-generated Fresnel holograms, "distorted" by metalic surfaces (simulated as well), worked as the base for the utilization, in an original way, of the optical reconstruction of a Fresnel hologram, at the pattern recognition to estimate the roughness of the metalic samples.

Orientador: Prof. Dr. Marcos Roberto de Rocha Gesualdi / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Física, 2014. / Neste trabalho, realizando uma revisão teórica e experimental da geração de feixes não difrativos a partir dos fundamentos de teoria de difração, Hologramas Gerados por Computador (CGH) e Holograa, utilizando Moduladores Espaciais de Luz (SLM). Mostramos a possibilidade de geração de múltiplos feixes não difrativos de iguais ou diferentes simetrias utilizando a reconstrução holográca em SLM. Apresentamos de forma inédita a obtenção experimental de um novo conceito de feixe não difrativo que utiliza a superposição de feixes de Bessel cujo padrão longitudinal de intensidade pode ser escolhido a priori, a chamada Frozen Wave. Finalmente realizamos uma revisão teórica das propriedades de ondas em meios não lineares Fotorrefrativos, e a partir desse estudo desenvolvemos e montamos um arranjo de Holograa Fotorrefrativa e demonstramos experimentalmente a possibilidade de gerar feixes não difrativos utilizando essa técnica. Evidenciamos através dessa técnica uma nova possibilidade de geração de feixes não difrativos e em especial para geração de Frozen Waves. / In this work, we perform a theoretical and experimental review of genration non diractive beams since difraction theory, Computing Generation Hologram (CGH) and Holography using Spatial Light Modulator (SLM). We show the possibility to generate multiple non diractive beams with the igual or dierent symetry using a holographic reconstruction in SLM. We show for the rst time the experimental observation of a new nondifractive beam concepte that use Bessel beam superpositions whose intensite longitudinal shape can be chosen a priori, known as Frozen Wave. Finally, we made a theoretical review of the nonlinear Photorefractive properties, and of from this study we developed and mont a Photorefractive holography setup to show the nondiractive beam generation through this technique. Evidencing through this technique a new possibility to generate a non diractive beams and on special case to generate Frozen Waves.

Orientador: Prof. Dr. Marcos Roberto da Rocha Gesualdi / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2016. / A holografia permite o registro e a reconstrução óptica de imagens 3D de objetos, pois um holograma carrega as informações de intensidade e fase da função da onda óptica espalhada pelo objeto. Com a evolução do armazenamento e da velocidade de processamento de dados em computadores, a viabilidade dos hologramas gerados por computador tem evoluído no decorrer dos anos. Na atualidade, a implementação experimental dos CGHs tem sido realizada por meio de novos dispositivos opto-eletrônicos, como os moduladores espaciais de luz, câmeras CMOS, e CCDs de alta resolução, além dos novos materiais fotossensíveis, permitindo o registro e reconstrução óptica de objetos tridimensionais e de feixes ópticos especiais. Por outro lado, as possibilidades do FPGA, um dispositivo lógico programável capaz de criar diferentes tipos de circuitos digitais, permite desenvolver um hardware capaz de melhorar os tempos de processamentos para a geração dos hologramas sintéticos. O objetivo deste trabalho é estudar a holografia gerada por computador a partir de algoritmos (software), a realização da reconstrução óptica destes hologramas usando dispositivos SLMs, bem como as possibilidades de implementação dos CGHs via FPGA (hardware) de cenas 3D virtuais. Desta forma, foram obtidos resultados de construção (gravação) numérica de CGHs de imagens estáticas e dinâmicas, 2D e 3D, via MATLAB e de reconstrução (reprodução) óptica usando dispositivos SLMs destas imagens estáticas e dinâmicas (cenas). / Holography allows three-dimensional recording and optical reconstruction of objects, as a hologram carries the information of the intensity and the optic wave¿s phase function spread over the object. With the evolution of data storage and processing speed in computers, the viability of creating holograms by computer has advance through the years. Today, the CGHs¿s experimental implementation has been performed by new optoelectronic devices, as special light modulators, CMOS cameras, e high resolution CCDs, besides new photosensitive materials, allowing recording and optical reconstruction of 3D objects and special optic beams. On the other hand, FPGA possibilities, a logic programmable device able to create different kind of digital circuits, enables the development of hardware to improve processing time when creating synthetic holograms. The main objective of this work is to study holography created by computer using algorithms (software), moreover the optical reconstruction of holograms utilizing SLMs devices, as the possibility of implementing CGHs by FPGA (hardware), of virtual 3D scenes. Therefore, results of numeric construction (recording) of CGHs of static and dynamic images were obtained, 2D and 3D, using MATLAB, and the optical reconstruction (reproduction) using SLMs devices of these images (scenes).

Dois tipos diferentes de hologramas (Fresnel e Fourier) foram gerados por computador. O holograma de Fresnel foi escolhido para fazer parte de um arranjo experimental que teve como objetivo estimar a rugosidade de amostras metálicas. Para isso, um novo método de aplicação de um correlator óptico foi desenvolvido. Hologramas de Fourier geralmente fazem parte do correlator óptico de VanderLugt, o qual é muito utilizado no reconhecimento de padrões. A reconstrução numérica de hologramas de Fresnel gerados por computador, "distorcidos" por superfícies metálicas (também simuladas), serviram de base para que a reconstrução óptica de um holograma de Fresnel fosse utilizada, de forma inédita, no reconhecimento de padrões para estimar a rugosidade de amostras metálicas. / Two different types of holograms (Fresnel and Fourier) have been computer-generated. The Fresnel hologram has been chosen as part of an experimental set, which meant to estimate the roughness of the metalic samples. A new method for the aplication of an optical correlator has been developed. Fourier holograms are, generally, part of the VanderLugt optical correlator, that is very used for pattern recognition. The numerical reconstruction of the computer-generated Fresnel holograms, "distorted" by metalic surfaces (simulated as well), worked as the base for the utilization, in an original way, of the optical reconstruction of a Fresnel hologram, at the pattern recognition to estimate the roughness of the metalic samples.

Neste trabalho desenvolvemos duas séries de EODs operando em regime simultâneo de modulação das componentes de fase e de amplitude de uma frente de luz (Modulação Complexa Completa MCC). A primeira destas séries foi constituída por Hologramas de Fourier calculados através do Algoritmo Iterativo da Transformada de Fourier (Iterative Fourier Transform Algorithm IFTA) e a segunda, por Hologramad de Fresnel cujo cálculo da propagação da luz foi obtido por filmagem linear espacial proveniente da solução da Equação de Helmholtz no domínio da frequência. Nos dois casos, a Modulação Complexa Completa foi implementada fisicamente empregando, para realizar a modulação de fase, um micro-relevo gravado em um filme de DLC (Diamond Like Carbon) depositado sobre um substrato de vidro. Sobre este relevo foi implementada a modulação de amplitude, através da deposição de um filme de alumínio, no qual foram realizadas micro-aberturas diferentes cujas áreas eram proporcionais à amplitude em cada pixel. Nos Hologramas de Fourier, uma diferente espessura do filme DLC localizada sobre cada pixel foi responsável pela modulação do valor de fase relativo àquele ponto. Nos Hologramas de Fresnel, a combinação de duas espessuras diferentes do filme de DLC em cada pixel foi responsável pela modulação do valor de fase relativo a cada ponto. Os elementos foram caracterizados física e opticamente e produziram imagens de reconstrução totalmente livres de ruídos do tipo speckle. Também em caráter de avaliação dos resultados foi efetuada a comparação entre as imagens de reconstrução óptica produzidas pelos Hologramas de Fresnel com MCC com as produzidas por Hologramas de Fresnel convencionais em regime de modulação de fase. / In this work, we developed two sets of DOESs able to modulate both phase and amplitude components of light simultaneously (Complete Complex Modulation CCM). The first set is composed of Fourier Holograms calculated by Iteractive Fourier Transform Algorithm (IFTA). The second set is composed by Fresnel Holograms, which light propagation was calculated by spatial linear filtering obtained from the solution of the Helmholtz Equation in the frequency domain. In both cases, Complete Complex Modulation was physically implemented by a micro-relief, for phase modulation, recorded on a Diamond Like Carbon (DLC) film deposited on a glass substrate. Amplitude modulation was implemented on a aluminum fim layer deposited on this relief. In this layer, micro-appertures proportional to the amplitude on each pixel, were recorded. Phase modulation in each pixel of the Fourier Holograms was achivied by different thicknesses of the DLC film. For Fresnel Holograms, phase modulation was achieved by combining two different thicknesses of DLC film inside each pixel. The elements were physically and optically characterized and produced reconstruction images completly free of speckle like noise. The optical reconstruction images produced from Fresnel Holograms working in CCM regime and convencional phase-only modulated Fourier Holograms were compared.

Neste trabalho desenvolvemos duas séries de EODs operando em regime simultâneo de modulação das componentes de fase e de amplitude de uma frente de luz (Modulação Complexa Completa MCC). A primeira destas séries foi constituída por Hologramas de Fourier calculados através do Algoritmo Iterativo da Transformada de Fourier (Iterative Fourier Transform Algorithm IFTA) e a segunda, por Hologramad de Fresnel cujo cálculo da propagação da luz foi obtido por filmagem linear espacial proveniente da solução da Equação de Helmholtz no domínio da frequência. Nos dois casos, a Modulação Complexa Completa foi implementada fisicamente empregando, para realizar a modulação de fase, um micro-relevo gravado em um filme de DLC (Diamond Like Carbon) depositado sobre um substrato de vidro. Sobre este relevo foi implementada a modulação de amplitude, através da deposição de um filme de alumínio, no qual foram realizadas micro-aberturas diferentes cujas áreas eram proporcionais à amplitude em cada pixel. Nos Hologramas de Fourier, uma diferente espessura do filme DLC localizada sobre cada pixel foi responsável pela modulação do valor de fase relativo àquele ponto. Nos Hologramas de Fresnel, a combinação de duas espessuras diferentes do filme de DLC em cada pixel foi responsável pela modulação do valor de fase relativo a cada ponto. Os elementos foram caracterizados física e opticamente e produziram imagens de reconstrução totalmente livres de ruídos do tipo speckle. Também em caráter de avaliação dos resultados foi efetuada a comparação entre as imagens de reconstrução óptica produzidas pelos Hologramas de Fresnel com MCC com as produzidas por Hologramas de Fresnel convencionais em regime de modulação de fase. / In this work, we developed two sets of DOESs able to modulate both phase and amplitude components of light simultaneously (Complete Complex Modulation CCM). The first set is composed of Fourier Holograms calculated by Iteractive Fourier Transform Algorithm (IFTA). The second set is composed by Fresnel Holograms, which light propagation was calculated by spatial linear filtering obtained from the solution of the Helmholtz Equation in the frequency domain. In both cases, Complete Complex Modulation was physically implemented by a micro-relief, for phase modulation, recorded on a Diamond Like Carbon (DLC) film deposited on a glass substrate. Amplitude modulation was implemented on a aluminum fim layer deposited on this relief. In this layer, micro-appertures proportional to the amplitude on each pixel, were recorded. Phase modulation in each pixel of the Fourier Holograms was achivied by different thicknesses of the DLC film. For Fresnel Holograms, phase modulation was achieved by combining two different thicknesses of DLC film inside each pixel. The elements were physically and optically characterized and produced reconstruction images completly free of speckle like noise. The optical reconstruction images produced from Fresnel Holograms working in CCM regime and convencional phase-only modulated Fourier Holograms were compared.