[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

;p"XCLHl  
应用示例简述 67:<X(u+!  
@"7dk.|  
1. 系统细节 2EcYO$R!  
 光源 '\YhRU  
— 高斯光束 aJ_Eh(cF  
 组件 JNg5?V;.U  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 VCtiZ4  
 探测器 M!DoR6  
— 视觉感知的仿真 utS Mx(  
— 电磁场分布 SF=|++b1f  
 建模/设计 5j01Mx A  
— 场追迹： RtM.}wv;  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 g]Ny?61  
hQxe0Pdt  
2. 系统说明 gUtbCqDS  
rAdcMFW  
d~$t{46  
3. 模拟 & 设计结果 g%P4$|C9i  
GV[BpH  
4. 总结 8~+Msn:  
({b/J0<@D  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 $iJ #%&D  
5h7DVr!  
第1步 J(VZa_  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 /VZU3p<~  
sgsMlZ3/  
第2步 ]F-6KeBc  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 2`eu
3vA  
;.a)
r  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Z|wDM^Lf  
=#fvdj  
应用示例详细内容 MT gEq  
%LW~oI.  
系统参数 .lS6KBf@  
R:<AR.)K  
1. 该应用实例的内容 m_f^#:  
Bv*h?`Q  
1'B?f# s  
2. 设计&仿真任务 86VuPV-  
`Yve  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 Nh-*Gt?  
5toNEDN  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 w$H
C!  
qm_E/B  
jGPs!64f)  
4. 参数：SLM像素阵列 % m$Mnx  
_<Tz1>j=  
014!~c  
5. 参数：SLM像素阵列 GMI>$$<  
H#akE\,  

@)wXP@7  
应用示例详细内容 D=]P9XDvb.  
eU*hqy?0  
仿真&结果 J],BO\ECH  
~8E rl3=5{  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ]~,'[gWb  
 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)。 Hu.d^@V  
 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。 Ok\UIi~  
Yr@@ty  
2. VirtualLab的SLM模块 S8t9Ms: k  

J{I?t~u  
#,
C{?0!  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 EA72%Y9F  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 I115Rp0  
\!Pm^FD .  
3. SLM的光学功能 S5M t?v|K  
XZJx3!~fm  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 NU"X*g-x^  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 dXQWT@$y!E  
 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。 >d|W>|8e  
=s<QN*zJB0  
aQuENsB  
_1QNO#X  
bcg)K`'N  
 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。 JM0)x}]+  
IAQ=d4V&  
,;;~dfHm  
pK%'S  
[a2/`ywdV  
4. 对比：光栅的光学功能 4l:+>U@KU  
 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。 YjT #^AH  
 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。 v?J2cL  
 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)。 e%#f9i  
 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。 "wc $'7M  
 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。 7}MWmS^8j  
=W?c1EPLCx  
l\)Q3.w  
l1msXBC  
@g{ " E6  
5. 有间隔SLM的光学功能 ?0F#\0  
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。 `1dr$U  
X9>ujgK   
l}{O  
]d0Dd")n  
lB3X1e9  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 49yN|h;c!  
>ObpOFb%  
7u;B[qH  
6. 减少计算工作量 pc #^{-  
$kdfY'u  
采样要求： Z|.z~53;  
 至少1个点的间隔(每边)。 ;:OJQFu%4  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 am=56J$ig  
x!J L9  
采样要求： 9%8T09I!  
 同样，至少1个点的间隔。 F+X3CB,f  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 Mg].#  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 h6#  
QP'* )gjO7  
 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。 %(i(ZW "  
 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。 jWQB~XQY  
 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)。 y]k`}&-~  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ({)_[dJ'  
jhHb[je~{4  
6*%lnd+_  
}I]9I _S  
0xsvxH"*  
7. 指定区域填充因子的仿真 >Kxl+F  
>?5`F
C  
 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。 X6PfOep  
 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。 8.@yD^
'  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ~"(1~7_  
 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)。 wvfCj6}S&  
u931^~Ci  
:=* -x  
8. 总结 {^~{X$YI  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 3B,nHU  
BR|dW
4\  
第1步 0X@5W$x  
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.*qZ\;K  
{KR/
TQ?A  
第2步 8`*(lKiL  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Vi]D](^!  
扩展阅读 d;f,vN(  
扩展阅读 ar{Yq  
 开始视频 b{(:'.  
-    光路图介绍 SN11J+