[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

W20- oZ8  
应用示例简述 z^gz kXx7  
n1|]ji[c  
1. 系统细节 [wSoZBl  
 光源 4J,6cOuW4  
— 高斯光束 ?z M  
 组件 o/
,%rA4  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 fXnTqKAfu6  
 探测器 `m1stK(PO  
— 视觉感知的仿真 +1qvT_  
— 电磁场分布 TuCHD~rb  
 建模/设计 "Ke_dM  
— 场追迹： `::j\3B&Y-  
 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。 O<!^^7/h0  
JYjc^m  
2. 系统说明 (AA@sN  
Rq(+zL(f  
5C*Zb3VG4  
3. 模拟 & 设计结果 6k,@+@]t.  
vr47PM2al  
4. 总结 _`QMEr?  
,agkV)H  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 4ybOK~z  
2\$<&]q  
第1步 .-s!} P"  
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。 /-<]v3J  
Gg6cjc=dC  
第2步 2mj>,kS?c  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 UBM8l  
"[A&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。 G@ybx[_[@  
\iEJ9V  
应用示例详细内容 )`5-rm~*  
BI#(L={5  
系统参数 tvzO)&)$  
Obc,   
1. 该应用实例的内容 .q]K:}9!\  
Jz;`L3m  
c:z}$DK&'  
2. 设计&仿真任务 R'K /\   
t@cBuV`9c  
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。 =|-xj h  
a3Z()|t>  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 Pd  6  
=8r,-3lC;  
$[=`*m  
4. 参数：SLM像素阵列 0Z%<H\Z  
71&`6#  
Q"xDRQA  
5. 参数：SLM像素阵列 nzYFa J+  
;NJM3g0I  
Git2Cet  
应用示例详细内容 y7*^H  
d7c m?+  
仿真&结果 XnvaT(k7Y  
hU2N{Ac  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM +fIyeX  
 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)。 N)z] F9Kg  
 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。 Y50$2%kM  
8>:2li  
2. VirtualLab的SLM模块 H @E-=Ly  

uqy~hY  
.Qj`_q6=  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 t;ga>^NA"  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 gD fVY%[Z  
|@)ij c4i  
3. SLM的光学功能
tX}Fb0y  
9=~jKl%\vJ  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 XlNB9\"5  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 [ 06B)|s  
 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。 xhMdn3~U  
t!Av[K  
|y=D^NTG  
}`^<ZNkb/  
|b7>kM}"  
 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。
1Kebl  
DFjkp;`1  
!*#=7^#  
IWpUbD|kC  
7y`
~T+  
4. 对比：光栅的光学功能 `0 F"zu  
 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。 f%auz4CZz  
 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。 ~E`A,  
 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)。 @fYA{-ZC  
 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。 \S2'3SDd/  
 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。 d ly 0874  
)I}G:bBa  
y.oJzU[p%  
,>jm|BTD {  
nocH~bAf2  
5. 有间隔SLM的光学功能 ,!py n<_  
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。 O 1X !  
p9sxA|O=y  
mg;AcAS.o,  
{DO9{96w4  
WK^qYfq|  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 Ua3ERBX{  
6qA{l_V  
^ pR&  
6. 减少计算工作量 
mLYB6  
Q\z*q,^R  
采样要求： ?8nG F%p  
 至少1个点的间隔(每边)。 ";.
3+z  
 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。 Z,&ywMm/G  
|3cR'|<Ual  
采样要求： liB>~DVC  
 同样，至少1个点的间隔。 pV+;/y_
 
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 O&0R ~<n  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 TPzoU" qh  
Te/)[I'Tn  
 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。 s`2o\]  
 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。 %~[F^  
 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)。 cK } Qu  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 u@3w$"Pv1  
>y@w-,1he  
']NM_0  
vtT:c.~d  
*]=)mM#  
7. 指定区域填充因子的仿真 }bTMeCgI  
C!P6Z10+j  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 Mf63 59  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 wDG4rN9x  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 Glr.)PA  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 G7
<X l}  
6bn-NY:i  
N@>S>U8C  
8. 总结 G#C)]4[n  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 S'e2~-p0F  
]9:G
3vq  
第1步 5*r6#[S\  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 \CGcP  
!]nCeo  
第2步 (qrT0D6  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 2S4z$(x3  
扩展阅读 73.b9mF  
扩展阅读 .wSAysiQ|P  
 开始视频 L5W>in5(  
-    光路图介绍 1d"P) 3dQ