[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

9wdl1QS  
应用示例简述 mOfTq] @B  
%/w%A:y#&  
1. 系统细节 8c%_R23  
 光源 7'.]fs:  
— 高斯光束 /wU4^8Hz  
 组件 '+v[z=.8]  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ]XEUD1N;I  
 探测器 b=XXp`h~a  
— 视觉感知的仿真 dO4Jf9)  
— 电磁场分布 C_;A~iI7
 
 建模/设计 47!k!cHa  
— 场追迹： L\xR<m<,  
 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。 "Z)zKg  
J*4T|#0  
2. 系统说明 0DX)%s,KO  
YnlZyw!  
n;e.N:p  
3. 模拟 & 设计结果 th%T(D5
n  
5Kl;(0B9  
4. 总结 }U@(S>,%  
t5k=ngA  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 [r^WS;9n  
={\9-JJhE  
第1步 }#2I/
dn  
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!{,^Qb  
5M\bH'1  
第2步 " TC:O^X  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Qv]>L4PO  
LwcAF g|  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 P c'\  
M\9+?  
应用示例详细内容 ;%Kh~  
B-
h@\y  
系统参数 Rw^X5ByJE  
v.F|8 cG  
1. 该应用实例的内容 <xUX&J=;  
HL%|DCo  
^00C"58A  
2. 设计&仿真任务
`#?]g!  
O?0`QMY  
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。 H` h]y  
R%6KxN)+@  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 YL/B7^fd8  
PAXm  
Cy6%f?j  
4. 参数：SLM像素阵列 ufJHC06  
(w`j?c1  
\: R Akf<  
5. 参数：SLM像素阵列 Sb^o`~ Eh  
T@d4NF#  

oj[<{/,C9  
应用示例详细内容 Q-KBQc  
G%>M@nYUE  
仿真&结果 ^bEC
X<,H  
NmTo/5s  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM /L=Y8tDt
 
 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)。 L,
sFwOWY  
 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。 ;N!opg))d<  
\hP.Q;"MtO  
2. VirtualLab的SLM模块 ,Bl_6ZaL  

B#4'3Y-3  
a}[rk*QmZ  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 (};/,t1#$  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 D{6<,#P{w  
x!fgZr{  
3. SLM的光学功能 ))I[@D1b  
3
x>Y  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 `!<#'PR  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ~YXkAS:  
 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。 ;Q
idf}:  
;_m;:<  
mpD[k9`x#  
cC9haxW  
Gm=e;X;r  
 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。 LeYI<a@n@$  
rN'}IS@5  
|d=GAW v  
) .W0}  
FY pspv?4  
4. 对比：光栅的光学功能 ?;Z
nD(4?  
 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。 g#o9[su  
 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。 ,
;n[_f  
 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)。 Jt3*(+J>/  
 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。 :VE0eJ]J6  
 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。 -fOBM 4  
gUme({h&|  
Mg&<W#$K  
T1;>qgp4b  
XoGOY|2`6  
5. 有间隔SLM的光学功能 ie7P^:T|+  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 yh{U!hG  
De<i 8/^=  
`E|>K\  
k=9k4l  
L$ZsNs+  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 \zhCGDm1_  
68~5Dx  
DuIgFp  
6. 减少计算工作量 1^2]~R9,9  
dv?t;D@p!  
采样要求： zpg5
12\y  
 至少1个点的间隔(每边)。 x^McUfdr|  
 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。 zb.sh  
Tn?D~?a
*O  
采样要求： ld#YXJ;P.k  
 同样，至少1个点的间隔。 )lP(isFP  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 j9.%(*  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 GN+!o($  
{dlG3P='`f  
 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。 Nzb=h/;  
 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。 \vE-;,  
 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)。 P>Ru  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 0Z{u;FI  
%yK- Q,'O  
|(uo@-U  
9H2mA$2jnE  
o1H6E1$=  
7. 指定区域填充因子的仿真 w I[Hoi V  
% -.V6}V  
 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。 n>,? V3ly  
 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。 G6qFAepwi  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 q[x|tO  
 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)。 _p<wATv?7t  
5kCXy$"%  
)"%J~:`h}  
8. 总结 $|VdGRZ1  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 gp+@+i>b+[  
10_>EY`  
第1步 pv^:G;  
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。 p{&o{+c  
2#Qw  
第2步 L }R-|  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 jVna;o)  
扩展阅读 u ^M'[<{  
扩展阅读 dwb^z+   
 开始视频 tO3#kV\,  
-    光路图介绍 zek>]l`!