Ein räumlicher Lichtmodulator (Spatial Light Modulator, SLM) ist ein optisches Gerät, das die Eigenschaften des Lichts – in der Regel seine Phase, Amplitude oder Polarisation – in einer zweidimensionalen Ebene dynamisch manipuliert. Er besteht aus einer Pixelanordnung (häufig auf der Grundlage von Flüssigkristallen oder Mikrospiegeln), die eine präzise Formung der Wellenfronten ermöglicht.

SLMs werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter:

• Strahlformung,
• Holografie,
• adaptive Optik,
• optische Fallen (optical trapping) und
• Experimente der Atomphysik, wie zum Beispiel Atominterferometrie.

Bei reinen Phasen-SLMs (meist auf Flüssigkristallbasis) wird die Phase des einfallenden Lichts Pixel für Pixel moduliert, indem der Brechungsindex durch eine angelegte Spannung gesteuert wird.

Für fortschrittliche Berechnungsmethoden – wie Wellenfrontrekonstruktion, digitale Holografie oder SLM-Kalibrierung – ist die Genauigkeit der Lichtfeldmessungen entscheidend. Deckglasschichten auf Standardsensoren können unkontrollierte Phasenverschiebungen, interne Reflexionen und Dispersionseffekte verursachen. Diese Artefakte verzerren die Wellenfront und beeinträchtigen die Zuverlässigkeit der aufgezeichneten Intensitäts- oder Interferenzmuster. Bei der Entwicklung von Algorithmen, die auf phasenempfindlicher Detektion oder inversen Lichtausbreitungsmodellen beruhen, wie im Hogan Lab an der Stanford University, können selbst Ungenauigkeiten im Subwellenlängenbereich zu erheblichen Fehlern führen.

Durch die Verwendung von deckglasfreien (bare-die) Sensoren werden diese unerwünschten optischen Effekte eliminiert, was Folgendes ermöglicht:

• genauere Modellierung des Lichtwegs,
• direkte Abtastung von Nahfeld- oder Hoch-NA (numerische Apertur)-Optiken und
• verbesserte räumliche Auflösung und Kalibrierungsgenauigkeit bei SLM-basierten Experimenten.

Weitere Informationen zur Bestimmung einer geeigneten SLM-Phase finden Sie in dem folgenden Theoriepapier:

High-fidelity holographic beam shaping with optimal transport and phase diversity.

Über die Forschungsgruppe

Das von Prof. Jason Hogan geleitete Hogan Lab an der Stanford University konzentriert sich auf die Atominterferometrie zur Erforschung grundlegender physikalischer Phänomene wie der allgemeinen Relativitätstheorie, der Suche nach dunkler Materie und dem Nachweis von Gravitationswellen.

• die Steuerung optischer Wellenfronten in Atominterferometern,
• die Erzeugung holographischer optischer Potentiale,
• und die Verbesserung der Kohärenz und Kontrolle in interferometrischen Einrichtungen mit langer Basislinie.

Sie haben dazu beigetragen, holografische Techniken mit SLMs zu entwickeln, um hochstabile und flexible Lichtfelder zu erzeugen, die eine genauere Manipulation der atomaren Flugbahnen ermöglichen. Diese Arbeit ist grundlegend für Großprojekte wie MAGIS-100, ein 100-Meter-Atominterferometer, das Gravitationswellen im mittleren Frequenzbereich aufspüren und neue physikalische Phänomene erforschen soll.

Ihre Forschung unterstreicht die Bedeutung fortschrittlicher photonischer Kontrolle – wie sie von hochauflösenden SLMs geboten wird – um die Grenzen der Quantensensorik und grundlegender Messungen zu erweitern.

Weitere Informationen finden Sie auf der Website des Hogan Lab an der Stanford University.