[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

r5>1n/+6  
应用示例简述 vtA%^~0  
~K7$ZM  
1. 系统细节 ^MXW,xqb  
 光源 SsY:gp_  
— 高斯光束 h/iL/Q=  
 组件 ^t2b`n60  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 F|wT']1Y  
 探测器 qh]D
=i  
— 视觉感知的仿真 z^FJ  
— 电磁场分布 )/p=ZH0[  
 建模/设计 iaV%*  
— 场追迹： d,5,OJY2f  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 -4;$NiB?  
#n_gry!5  
2. 系统说明
Y\ C"3+I  
(zmLMG(R
 
~WW!P_wI,  
3. 模拟 & 设计结果 !*\J4bJe  
]4X08Cm^  
4. 总结 _?I6[Mz  
.rcXx
V@f  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ?!Wh ^su-  
)Y](Mj!D  
第1步 v;WfcpWq2  
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。 JeXA*U#  
yADX^r(  
第2步 Ai*+LSG  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ,Qh9}I7;C  
hU~up a<dD  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 uBUT84i  
@UK%l :L  
应用示例详细内容 W[G5+*i  
:#zVF[Y(2  
系统参数 8=-/0y9,  
cD5N'3  
1. 该应用实例的内容  oB8LJZ;  
d1>L&3HKx  
2)\gIMt%  
2. 设计&仿真任务 n|'}W+  
}nK=~Wcu\  
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。 ;39~G T  
<ht^Ck  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 f5`q9w_c  
#ULzh&yO  
<"z9(t(V\%  
4. 参数：SLM像素阵列 }I"k=>Ycns  
Da)H/3ii  
iGw\A!}w\  
5. 参数：SLM像素阵列 p;<aZ&@O  
VD90JU]X<  
68()2v4X  
应用示例详细内容 cR6Rb[9 N  
y;VmA#k`  
仿真&结果 w?JM;'<AYQ  
7.nNz&UG]5  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM (J5M+K\H  
 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)。 *s%M!YM  
 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。 b\Mb6s  
ayZWt| iHA  
2. VirtualLab的SLM模块 v@1f,d  

9`Y\`F#}q  
}Sh3AH/  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 [<JY[o=
 
 必须设置所设计的SLM透射函数。 0/JTbf. CX  
`G<|5pe  
3. SLM的光学功能 T( CTU/a-,  
A,;[9J2\&  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 @ [<B:Tqo  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 
5gZ*  
 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。 ja%IGaH;s  
3Lm7{s?=Z-  
|o#pd\  
@
0D  
LrhQG  
 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。 0[92&:c,  
$|o[l.q2  
bmw"-W^U[  
q\d/-K  
4v#A#5+O E  
4. 对比：光栅的光学功能 PcEE@W9  
 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。 Og:aflS  
 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。 . sv uXB  
 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)。 (BZd%!  
 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。 o>y@1%aU  
 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。 [g@.dr3t  
t|v_[Za}Z  
{KqERS& g  
&&TAX  
B18?)LA  
5. 有间隔SLM的光学功能 Df}3^J~JX  
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。 WjF#YW\  
tREC)+*\  
r~;TId} #  
9@8)ZHf  
?dQ#%06mn  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 PHg(O:3WG  
gacE?bW'  
7DB!s@"  
6. 减少计算工作量 AfJ.SNE  
;s w3MRJ  
采样要求： P+(Ys[J3  
 至少1个点的间隔(每边)。 WbHI>tt  
 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。 M*<Bp   
vU!<-T#  
采样要求： )"&\S6*!  
 同样，至少1个点的间隔。 5`f\[oA  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 >5bd!b,  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 4 moVS1  
E>NL/[1d  
 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。 b)+;@wa~  
 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。 l1D"*J 2`  
 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)。 cQ`+ A|q  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ^ZG 3{>  
!K/
zFYl  
<'92\O  
@EGUQ|WL^  
k4BiH5\hA  
7. 指定区域填充因子的仿真 )Ga 3Ji}'  
ul ag$ge  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 Q=.j>aM+_  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 S0mF%"  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 )!C|DSw  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 m|k:wuzqK  
FW!1 0K?  
Iw;J7[hJ&$  
8. 总结 TDj
jaO  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 nY=]KU  
uf}Q{@Ab  
第1步 D>I|(B!.p8  
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。 q@&.)sLPgO  
,?>:Cdz4  
第2步 *Q:EICDE7  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 GeCyq%dN  
扩展阅读 x\!Uk!fM  
扩展阅读 .5YIf~!59  
 开始视频 t 4tXLI;'  
-    光路图介绍 PU{7s