[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

q*8^9
38  
应用示例简述 CtS*"c,j  
+v/_R{ M  
1. 系统细节 ]oj 2  
 光源 {2A/@$?  
— 高斯光束 7i`8 c =.  
 组件 p3&w/K{L6w  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 \f.ceh;!  
 探测器 ZdfIe~Oni  
— 视觉感知的仿真 #7GbG\  
— 电磁场分布 ~]3y667  
 建模/设计 =JY9K0S~  
— 场追迹： .>_p7=a  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 {'T=&`&OF  
x pT85D  
2. 系统说明 1jpcoJ@s  
F.zn:yX5  
qdWsP9}q  
3. 模拟 & 设计结果 %[b~4,c1  
> -OQk"o  
4. 总结 8V?O=3<a  
s${ew.eW  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 6"b =aPTi  
0& 54xP  
第1步 1*,f  
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。 [kaj8  
y ~7]9?T  
第2步 ^^1
rjh1I  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。
r&U5w^p  
g4^=Q'j-  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 A@^Y2:pY  
Ep)rEq6  
应用示例详细内容 V*U{q%p(  
eTw sh]  
系统参数 fO|oV0Rw  
kdcr*7w  
1. 该应用实例的内容 UsP1bh4  
Wz',>&a  
>,wm-4&E  
2. 设计&仿真任务 4Hc+F(  
/{QR:8}-Q  
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。 !Nua  
)%FRBO]  
3. 参数：输入近乎平行的激光束
6qp2C]9=  
dz3chy,3  
os9X)G  
4. 参数：SLM像素阵列 /Sy:/
BQ  
J0K25w  
MZ]#9/  
5. 参数：SLM像素阵列 6HeZ<.d
&  
g:V8"'  
tj7{[3~-[  
应用示例详细内容 0Rgo#`7l  
I
Y jt*p5  
仿真&结果 KElzYZl8  
csABfxi
b  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ;iEr+  
 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)。 M`{~AIqd(  
 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。 |:Q`9;  
XpS].P9  
2. VirtualLab的SLM模块 ;]XKe')  

Twl>Pn>  
98O0M#|d  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 walQo^<  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 ` 9iB`<  
] /w:5o#  
3. SLM的光学功能 P4H%pm{-  
kIR?r0_<G6  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 BTi:Bcv k  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 c0}* $e  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 KPW2e2{4@  
<B"M} Y>_P  
TX/Ng+v S  
gN./u   
%z9eVkPI~  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 U5_1-wV  
rsSE*(T t  
01~&H8 =  
PH$fDbC8  
4Og&w]  
4. 对比：光栅的光学功能 #RIo63
  
 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。 ur*@TIvD  
 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。 rwYlg:  
 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)。 --X1oC52A  
 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。 dG{D2~#  
 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。 oz54IO  
.@7J8FS*  
!w+A3Z>V  
r0 mXRZC  
f/!
^QL{  
5. 有间隔SLM的光学功能 X0IXj%\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。 gt~hUwL  
~k}>CNTr  
+aa( YGL  
7J:zIC$u>  
qhNY<  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 YbX3_N&  
7soiy A  
Hjho!np  
6. 减少计算工作量 `/+%mKlC|[  
SiBhf3   
采样要求： ?z "fp$  
 至少1个点的间隔(每边)。 Sw<V/t  
 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。 !%pY)69gv  
aN\psg  
采样要求： bu&x& M*  
 同样，至少1个点的间隔。 WGG Va  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 
#+X|,0p  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 G|WO  
auzrM4<tz  
 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。 Q"2t:  
 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。 KZK9|121  
 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)。 fevLu[,  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 }4 p3m]  
JjH#,@'.  
v&.`^O3W  
b7X-mkF  
,}9G|$  
7. 指定区域填充因子的仿真 0)c9X[sG  
CTqAhL 4}  
 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。 >,ThIwRN  
 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。 ]6PX4oK_t  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 n9qO;X4&  
 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)。 vSu|!Xb]  
^iWcuh_n  
~S5wfx&  
8. 总结 o_!=-AWV  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 CA0SH{PdW&  
XET'XJWF%  
第1步 _;8aiZt|u  
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。 _.Ey_K_1  
)kMA_\$,  
第2步 @@
!Mt~\  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 95`Q=I|i  
扩展阅读 !^o(?1  
扩展阅读 yQ^k%hHa  
 开始视频 I|RMxx y;  
-    光路图介绍 SAuZWA4g[