[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

fr kDf-P  
应用示例简述 T;K,.a8bU  
IH8^ fyQ`  
1. 系统细节 %>Z;/j|#r  
 光源 t:NTk(  
— 高斯光束 gp'9Pf;\[  
 组件 ,{P*ZK3u  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 4UD<g+|  
 探测器 7WK^eW"y8  
— 视觉感知的仿真 \o3)\ e]o  
— 电磁场分布 3`[f<XaL  
 建模/设计 yx?Z&9z <  
— 场追迹： SQx%CcW9d  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 0; GnR0  

!dQG 5v  
2. 系统说明 \x?q!(;G2  
|6/k2d{,(  
5q?2?j/h  
3. 模拟 & 设计结果 )7@f{E#w  
?RL[#d+y  
4. 总结 7pH`"$  
`F5iZWW1  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 m`luMt9  
9a}rE  
第1步 ??eSGQ|  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 pJ35M  
eaLSq  
第2步 JW[y  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 wz^Q,Od  
/W&Ro5-  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 z%-Yz-G9  
P__JN\{9  
应用示例详细内容 QCB2&lN\&L  
L1=+x^WQ  
系统参数 xL8r'gV@  
x<^+nTzN  
1. 该应用实例的内容 s;V~dxAiv  
h8@8Qw  
Sq^f}q  
2. 设计&仿真任务 .?{rd3[ec  
y)iT-$bQ  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 I\djZG$s;N  
S9/oBxGN  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 a+A^njk  
#x-@ >{1k&  
[>+R|;ln  
4. 参数：SLM像素阵列 VN!`@
Ci/  
Hl`S\  
4qMqAT  
5. 参数：SLM像素阵列 al>^}:  
uYjE)"  
egQB!%D  
应用示例详细内容 ~uy{6U{&I  
CqW:m*c  
仿真&结果 NIZN}DnP  
`K -j  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM *J^l r"%c  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 `4^-@}  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 x'IVP[xh`A  
o!:V=F  
2. VirtualLab的SLM模块 wdS4iQD  

6*yt^[W  
GIXxOea1  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 O?`=<W/R  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 /{Ff)<Q.Z  
Yq~$Q4  
3. SLM的光学功能 anDwv }  
yB][ 3?lv  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 #p'Xq }]  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 1, 5"sQ$  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 )P&>Tc?;z  
\XDc{c]  
"^sh:{  
SN w3xO!;&  
U*Q1(C  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 tBR"sBiws  
LxD >eA  
u,h,;'J  
yX%q7ex
 
zadn`B#2  
4. 对比：光栅的光学功能 l!r2[T]I@7  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 2R}9wDP  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 QuG=am?l`  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 =W+ h.?  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 =Xw
r*
FTr  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 8?p40x$m%  
iWCR5c=  
;F>$\"aG  
hC1CISm.U  
y3!r;>2k=  
5. 有间隔SLM的光学功能 -nBb -y  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 >%qk2h>  
z4qw*. 5  
~Sq!P  
+7yirp~`K  
eN*=wOh  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 hN0Y8Ia/5%  
ZUDdLJ  
;Y/{q B!  
6. 减少计算工作量 g&z)y  
_hM #*?}v  
采样要求： =m<; Jx5  
 至少1个点的间隔(每边)。 VD=}GY33=  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 >F@qFPN]  
)SkJgzvC  
采样要求： ~ ^)D#Lo  
 同样，至少1个点的间隔。 +w'"N  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 *,C[yg1P  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 FG-v71!h#  
,7` /D  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 z ^e99dz  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 +sN'Y/-  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 h6Femis  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 977%9z<h  
,`4chD  
.Vohd@s9l  
Vjv~RNGF  
87QK&S\  
7. 指定区域填充因子的仿真 z]/;?  
zWN/>~}U\  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 x2q6y  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 ;m/h?Y~  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 4CUoXs'  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 yH\3*#+  
hDO\Q7  
&E{CQ#k  
8. 总结 uL\b*rI  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 |@84l  
@D?KS;#  
第1步 U9?fUS  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 AXnuXa(j  
x,U'!F  
第2步 W^a-K  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 goE \C  
扩展阅读 {6_M$"e.  
扩展阅读 e(e_p#  
 开始视频 gdPPk=LD  
-    光路图介绍 J^!2F}: