[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

3Gt'<E|"  
应用示例简述 H BmjB=  
+MOUO$;fGt  
1. 系统细节 8oY0?|_Bx  
 光源 G%anot  
— 高斯光束 pTmG\wA~$  
 组件 t09,X  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 $cH'9W}3K  
 探测器 4;|&}Ij  
— 视觉感知的仿真 Y(/VW&K&:  
— 电磁场分布 3Nw9o6`U  
 建模/设计 :$[m[y7i  
— 场追迹： bdqo2ZO  
 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。 XaD}J:Xq  
@ky
5XV  
2. 系统说明 k+-u4W  
~@R=]l"  
hvGb9  
3. 模拟 & 设计结果 =Ze~6vS,  
uZId.+Rk  
4. 总结 9n!3yZVSe  
VX&K
GG.6  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 *8"5mC;"  
<H)h+?&~d  
第1步 $K\\8$Z  
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。 Qd]-i3^0  
` M"Zq  
第2步 =g/K>B  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 [ OMcSd|nf  
yS
7[=S  
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=C$
fj  
o?^j1\^  
应用示例详细内容 )y.J2_lI8  
rtf>\j+  
系统参数 i/oaKpPN  
ngEjbCV+  
1. 该应用实例的内容 0?SdAF[:z  
!=cW+=1  
{:od=\*R  
2. 设计&仿真任务 9+=U&*  
~b8U#'KD  
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。 d'^jekh  
#)=P/N1  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 dB_\0?jJ-  
1>57rx"l  
T -C2V$1  
4. 参数：SLM像素阵列 wvJm)Mj+  
%S.R@C[3  
 z{``v|K  
5. 参数：SLM像素阵列 A#2Fd7&  
"=9L7.E)  
A(Ugam~}  
应用示例详细内容 8K6yqc H  
.\{GU9|nO  
仿真&结果 -`iZBC50  
(Pc:A!}  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM "-A@>*g  
 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)。 uQ9P6w=Nt  
 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。 :%xiH%C>  
XLg6?Nu  
2. VirtualLab的SLM模块 ?8b?{`@V  

Bz9!a
k~4  
DDc?GY:
 
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 =<iK3bPkU  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 sh:sPzQ%Jv  
d1``}naNw  
3. SLM的光学功能 %@kmuz??  
=4m?RPb~b  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 VCNg`6!x  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 gG~UsA  
 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。 ~F+{P4%`<  
HeNg<5v%Y  
EFqWnz  
-+#\WB{AI  
F^3Q0KsT  
 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。 <i%.bfQ/-  
+VI2i~  
\;.\g6zX  
68+9^  
 $3W[fC  
4. 对比：光栅的光学功能 ~*- eL.  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 xuv%mjQ  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 +i4S^B/8i  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 5yuj}/PZ  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 sD_Z`1  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 >j|.pi  
uv/I`[@HK8  
T7'njaLec  
imZi7o  
.MXznz  
5. 有间隔SLM的光学功能 ltO:./6v  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 UMma|9l(i  
-*_D!  
FL,jlE_  
?nn`ud?f  
i"_)91RA  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 mawomna  
\rF6"24t6  
P|!GXkS  
6. 减少计算工作量 4askQV &hj  
\A6MVMF8  
采样要求： SsIy;l  
 至少1个点的间隔(每边)。 +%OINMo.A  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 IgI*mDS&b  
|h\e(_G\  
采样要求： +?w 7Nm`  
 同样，至少1个点的间隔。 &BY%<h0c  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 rr>QG<i;G  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。
X};m\Bz  
8V`NQS$  
 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。 [2pp)wq  
 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。 D^baXp8  
 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)。 Kyt.[" p  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 5bY
U(]  
#g#vDR!  
: ^F+mQN  
GpMKOjVm|  
5Q#;4  
7. 指定区域填充因子的仿真 x%pC.0%  
OL4I}^*,  
 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。 +dX1`%RR[  
 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。 ZR.1SA0x?O  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 Sf);j0G,D  
 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)。 jL(=<R(~y  
|NJe4lw+?  
SpPG  
8. 总结 orVsMT[A  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 *Z>Yv37P  
]( V+ qj
 
第1步 M#LQz~E  
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。 3~z4#8=  
es]\xw  
第2步 hb9e6Cc  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 &$?e D{  
扩展阅读 >J_{mU  
扩展阅读 %jdV8D#Q  
 开始视频 ^m;dEe&@F  
-    光路图介绍 7}OzTup