[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

EAHdt=8W{  
应用示例简述 6=96^o*  
*;T'=u_lR  
1. 系统细节 JFq<sY!  
 光源 Fb ~h{  
— 高斯光束 {vk%&{D0)  
 组件 |h6,.#n  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 |@VhR(^O$  
 探测器 ),H1z`c&I  
— 视觉感知的仿真 E85TCS1  
— 电磁场分布 SeuDJxqopD  
 建模/设计 &yI>A1  
— 场追迹： :;\x
yy}A  
 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。 2fXwJG'  
y5XFJj  
2. 系统说明 BZIU@^Q_Y[  
0^)~p{Zh  
t"OP*  
3. 模拟 & 设计结果 _Td#C1g3  
.g94|P  
4. 总结 5Rp mR  
ErFt5%FN.O  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 eN`G2eE  
JW"`i   
第1步 Q_dMuoI  
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。 9A87vs4[  
%3. np  
第2步 v=cX.^
L  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 x6ayFq=  
OTNI@jQ)  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 3GrIHiCr  
.3#Xjhebvu  
应用示例详细内容 w|NId,#f  
(M{>9rk8  
系统参数 I9xkqj  
L uW""P/  
1. 该应用实例的内容 _C19eW'  
a'd=szt  
Bn.5ivF3  
2. 设计&仿真任务 nWhf  
jvpv1>KYV  
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。 KOoV'YSC[(  
x:h)\%Dg<  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 =J]M#6N0  
Z$%!H7w  
/%)(Uz  
4. 参数：SLM像素阵列 /lhk} y^  
f8G<5_!K_  
4~8-^^  
5. 参数：SLM像素阵列 /1uGsE+[  
~Q5]?ZNX  
KTwP.!<v  
应用示例详细内容 )1$H7|  
Nq|y\3]  
仿真&结果 @Kw&X
Ke`  
?b93! Q1  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM p#3G=FV  
 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)。 Hs{x Z:  
 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。 wA6E7vi'  
DghqSL^s  
2. VirtualLab的SLM模块 HrMbp  

_;:_ !`
 
s,l*=<  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 R<%{I)  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 KC%&or  
"z=~7g  
3. SLM的光学功能 RD;A  
V#R; -C  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 OMd:#cWsQ  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 "KSdC8MS  
 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。 s6#e?5J  
C5jt(!pi  
zU!d(ge.E  
:nfy=*M#  
J)|I/8!#  
 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。 hS>=pO+y  
}lCQ+s!  
C~'.
3Q6  
73_-7'^mQ  
[57`V&c5  
4. 对比：光栅的光学功能 .[s6PzQy  
 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。 Dtyw]|L\H  
 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。 GiXs`Yt|  
 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)。 $ f||!g  
 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。 fzAkUv
o  
 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。 N P5K1:  
JXR]G  
r=p^~tuyxr  
/b/  6*&  
J,s:CBCGL  
5. 有间隔SLM的光学功能 B]mMwqM#  
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。 : #so"O  
P m&^rC;  
w'7J`n:{]  
W7{^/s5r  
nT(AO-Ue^  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ps:E(\  
DJqJ6z:'  
sE!g!ht  
6. 减少计算工作量 }]<|`FNc  
gv i!|!M=  
采样要求： c `.BN(  
 至少1个点的间隔(每边)。 H\a\xCP3  
 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。 j0w@ \gO<  
N^k& 8  
采样要求： ikb77?.  
 同样，至少1个点的间隔。 txQr|\4k  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 ZF8`=D`:R  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 yf-2E_yB  
L:Mjd47L  
 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。 7(P4KvkI  
 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。 'MNCJ;A@V  
 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)。 AsvH@
\\  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 6z:/ma^  
P8;1,?ou  
:h!'\9  
%|>D{q6C  
m'k>U4  
7. 指定区域填充因子的仿真 /s+S\ djk  
#B#xSmak  
 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。 sD&V_ &i  
 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。 LB9W.cA   
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 C}DIm&))  
 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)。 xr7M#n  
 5PC:4  
<'7s3  
8. 总结 !\O!Du  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 }U4mXkZF  
@2-;,VL3  
第1步 1KR4Wq@  
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。 |WfL'_?$  
6s ~!B{Q  
第2步 $xF[j9nM  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 u,N<U t  
扩展阅读 1+Ik\  
扩展阅读 VWzuV&;P  
 开始视频 \w(0k^<7  
-    光路图介绍 wbh=v;