[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

Hb!A\;>  
应用示例简述 ^*NOG\BK@  
k3 '5Ei  
1. 系统细节 a<pEVV\NB~  
 光源 _=5\$6  
— 高斯光束 }q/[\3  
 组件 usugjx^p  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 9mv6  
 探测器 kx0w?A8-  
— 视觉感知的仿真 ^> d"D  
— 电磁场分布 tN)Vpb\J  
 建模/设计 z_&T>ME  
— 场追迹： G~lnX^46"  
 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。 %eu_Pr
6X  
(yeN> x}_  
2. 系统说明 -fz(]d  
RoD9  
~bjT,i  
3. 模拟 & 设计结果 t1l
4mdp  
#b=*hi`E  
4. 总结 1rmN)  
NjA\*M9  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 =?B[oq  
`O,"mm^@U  
第1步 PPtJ/ }\  
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。 n22OPvp  
f2$<4Hhmm  
第2步 H%Sx*|  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 6<Zk%[7t  
wMiRN2\^  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 e]d\S]5  

u z>V  
应用示例详细内容
6FI`0j=~  
]n|lHZR  
系统参数 ]O68~+6  
~\+mo  
1. 该应用实例的内容 SL% Ec%9Y  
<
dhBO  
^t)alNGos  
2. 设计&仿真任务 A `=.F  
cA B^]j  
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。 ^$\#aTyFK  
1\Vp[^
#Vx  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 6~(
iLtd#  
jowR!rqf  
(@u"  
4. 参数：SLM像素阵列 >:U{o!N`#_  
T`^LWc"  
;hU~nj+{  
5. 参数：SLM像素阵列 =Cr F(wVO"  
4}=Z+tDu>  
h|&qWv  
应用示例详细内容 bMF`KRP2  
V}"w8i+D?  
仿真&结果 [kg*BaG:  
!xZ`()D#  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM N]@e7P'9F  
 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)。 ig,v6lqhM  
 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。 ~bk+JK- >  
!F*CEcB  
2. VirtualLab的SLM模块 ,
!g%`
@u  

E?P:!V=_  
yE),GJ-m\<  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 O0#9D'{  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 3P2L phW  
HvVS<Ke  
3. SLM的光学功能 c1Ta!p{%  
W_N!f=HW  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 *6%r2l'kZ  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 f)K1j{TZ  
 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。 'gwh:8Xc  

0xg6  
('.r_F  
@#5PPXp  
VN9C@ ;'$  
 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。 cH%#qE3  
O:,Fif?;  
t{)J#8:g  
BPzlt  
Enj],I  
4. 对比：光栅的光学功能  =:-x;  
 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。 &-0eWwMW  
 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。 ${%*O}$  
 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)。 UA}oOteG  
 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。 ?]L:j  
 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。 0if~qGm=!  
c,I|O' &k  
U$(AZ|0  
RI%ZT  
$w$
4RQk3n  
5. 有间隔SLM的光学功能 RGim):1e  
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。 5#U*vGVT
 
n7S~nk  
"Q~-C|x  
&t\KKsUtd  
U0:tE>3`  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 yXx}'=&!0  
y$e'-v  
{~ngI<  
6. 减少计算工作量 <v)Ai;l,  
wz P")}[0  
采样要求： |H4/a;]~  
 至少1个点的间隔(每边)。 w<]Wg^dyQ  
 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。 b}[W[J}`  
/#M|V6n  
采样要求： wb }W;C@  
 同样，至少1个点的间隔。 f`jRLo*L  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 X>#!s Lt  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 3wBc`vJ!  
3'WS6B+  
 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。 H[{ch t h  
 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。 J8"Cw<=O  
 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)。 ega
< {t  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 |'2E'?\/x  
Pxj?W'|  
F:CqB|  
`~"l a>}  
N(]>(S o  
7. 指定区域填充因子的仿真 UEJX0=  
PQ2u R  
 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。 [lsr[`SJ<  
 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。 $e! i4pM  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 \7}X^]UVx  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 shlL(&Py  
8yH) 8:w  
TCSm#?[B  
8. 总结 wK[xLf  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 {}ZQK  
EV@xUq!x.  
第1步 :/9@p  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 nJYcC"f  
1_7}B4  
第2步 @Zs}8YhC  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 eD*"#O)W  
扩展阅读 AG#5_0]P~  
扩展阅读 ^z$
-NSlI  
 开始视频 5M~\'\;  
-    光路图介绍 Nvs8t%