[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

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R$tX  
应用示例简述 W2BZG(dm  
{Jc.49  
1. 系统细节 a.2Xl}2o5  
 光源 2 9#jKh  
— 高斯光束 -dS@l'$  
 组件 7S2"e[-x  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 G|b I$   
 探测器 ipC <p?PpR  
— 视觉感知的仿真 Qs,4PPEg  
— 电磁场分布 yJ4ZB/ZQ  
 建模/设计 <DZ$"t  
— 场追迹： {s>V'+H(F  
 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。 "\+.S]~  
s63!]LDr  
2. 系统说明 GK
=b  
U:0Ma6<  
g.pR4Mf=Z  
3. 模拟 & 设计结果 =Q*x=}NH  
L;-V Yo#  
4. 总结 C}qHvwFm  
H/y,}z  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Y_<-.?jf  
oA?EJ~%  
第1步 cH6++r  
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。 -B& Nou
 

e}+Zj'5  
第2步 Wv||9[Rd  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 *yv@B!r  
s:3b.*t<  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ?I$-im  
ERy=lP~gV  
应用示例详细内容 F*T$n"^  
G#fF("Ndu`  
系统参数 l5#SOo\  
NFyKTA6  
1. 该应用实例的内容 l b;P&V  
qKrxln/T  
Zs4NN2~  
2. 设计&仿真任务 Y/sZPG}4  
V8Ri2&|3  
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。 M!aJKpf  
iK=QP+^VN  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 cn Ohj  
wXtp(YwlH  
L{rd',  
4. 参数：SLM像素阵列 'Y.6sB  
#{?~XS  
{[
3xi`0-  
5. 参数：SLM像素阵列 pp{2[>  
_+X-D9j(l  
THARr#1b};  
应用示例详细内容 l
0U23i  
b:cy(6G(  
仿真&结果 <_c8F!K)T  
IdM~' Q>\  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM loC~wm%Ql  
 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)。 [8~P Pc^  
 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。 Sy']fGvx  
Nv^byWqu  
2. VirtualLab的SLM模块 `?
O0)  

+I?k8',pi  

u-_1)'  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 w2
 r  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 &B]1 VZUp  
}m'n1tm;  
3. SLM的光学功能 ~oJ"si  
QIg'js$W  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 u
Xk]  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 lF_"{dS_6(  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 ?
(n v_O  
Y2;2Exp^  
p!5'#\^f  
L^r & .N\  
e,&#,O  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 lB0`|UEb (  
^,#
my<{  
>lfuo  
GGf<9!:  
.`Q^8|$-K  
4. 对比：光栅的光学功能 RWGf]V]6  
 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。 /M+Du,  
 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。 EY:IwDA.}  
 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)。
D$7#&2y  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 U`lK'..  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 z:@:B:E  
X^Z!!KTH  
|JP19KFx'B  
Bp3E)l  
H]pI$t3~  
5. 有间隔SLM的光学功能 IvT><8<G  
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。 AYgXqmH~+  
fx(h fz  
^lAM /   
}f]Y^>-Ux  
OQ7 `n<I<)  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 I#&r5Q  
;8eKAh  
IO:*F0  
6. 减少计算工作量 D:;idUO  
?oFd%|I  
采样要求： Jjm#ofv  
 至少1个点的间隔(每边)。 gf
1+yJ^d!  
 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。 'gvR?[!t  
l6y}>]  
采样要求： qh:Bc$S  
 同样，至少1个点的间隔。 Aeb(b+=  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 sVK?sBs]  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 USEb} M`  
S0)JIrrHC  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 dF\#:[B  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 Q-n8~Ey1a  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 pYx,*kG:HW  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ,VHqZ'6  
1|(Q|  
=c'4rJ$+  
$2Whb!7Z(  
6e%@uB}$  
7. 指定区域填充因子的仿真 jYFJk&c  
RqtBz3v  
 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。 I I+y  
 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。 `oJQA$UD  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ujZ`T0  
 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)。 Zgo~"G  
y%SxQA+\  
\</!kY*3@t  
8. 总结 XP:A"WK"  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 IWQ0I&tzdx  
T&?g)  
第1步 4,e'B-.  
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。 (-21h0N[V  
n^Ca?|} ,  
第2步 YV<y-,Io  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Lwr's'ao.  
扩展阅读 x9"Cm;H%  
扩展阅读 "XR=P> xk  
 开始视频 X0VSa{  
-    光路图介绍 3m1(l?fp