[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

Vf$1Sjw  
应用示例简述 v4D!7t&v"  
!]G jIT]Oh  
1. 系统细节 jceHKl  
 光源 GZS{
&w!  
— 高斯光束 [WYJrk.  
 组件 m|mG;8}pI  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ]| z")gOE  
 探测器 ~T7\8
K+ $  
— 视觉感知的仿真 /3s@6Ex}E  
— 电磁场分布 )%BT*)x  
 建模/设计 Xj(>.E{~H  
— 场追迹： {o {#]fbO%  
 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。 jOtzx"/)rE  
6# R;HbkO  
2. 系统说明 B6uf;Yc  
GajI\_o  
T%w(P ^qk  
3. 模拟 & 设计结果 t9]r  
0OEtU5lf`y  
4. 总结 ;2BPPZ  
\wTW?>oZ  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 yG4MUf6  
aC4m{F[  
第1步 dbd"pR8v  
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。 bu;vpNa  
/lru"R D  
第2步 a9L0f BRy  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 R4yJ.f  
J09ZK8 hK  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 %$^$'6\77  
7;~2e  
应用示例详细内容 wAPO{3  
%bN"bxv^  
系统参数 =g1D;  
r!>es;R8  
1. 该应用实例的内容 %uF:)  
7~:>WMv
9  
=GLYDV  
2. 设计&仿真任务 []!tT-Gzy  
- f+CyhR"*  
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。 2zwuvgiZ  
EccFx7h  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ?! !;XW
 
G6f%/m`  
^j1Gmv)  
4. 参数：SLM像素阵列 {3jm%ex  
!:&2+%  
zv>ZrFl*  
5. 参数：SLM像素阵列 Id; mn}+~  
^o,y5,  
M,I68  
应用示例详细内容 &0?DL  
uV/)Gb*j  
仿真&结果 N.kuE=X  
w}fqs/)w  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM }x>}:"P;W  
 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)。 9*"[pt+tA  
 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。 MAl{66  
,!xz*o+#@  
2. VirtualLab的SLM模块   eYPt  

x A@|I#  
`@W3sW/^  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 \>&@lA  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 Q5T(;u6  
})h'""i&xn  
3. SLM的光学功能 N^)<)?  
e-YGuWGN7  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 }?\#_BCjx(  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 9J't[( u|u  
 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。 ZP]2/;h  
WoC\a^V  
P*?d
6v,r  
gwZ+GA  
h Kp,4D>2_  
 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。 A?%XO %  
E` :ZH  
lyMJW}T+>  
Off: ~  
!07FsPI#{  
4. 对比：光栅的光学功能 eWq
Vh[
  
 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。 b7F3]W<`&  
 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。 4DG 9`5.  
 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)。 G~Q*:m  
 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。 bqf]$}/8k  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 4okHAv8;  
,4h!"c  
R(n0!h4  
k}+MvGq  
%BT)oH}  
5. 有间隔SLM的光学功能 giA~+m~fN  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 Rz])wBv e  
g(z#h$@S  
Cz$Hk;3\6  
=l?"=HF  
8_sU8q*s  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 wnZ*k(  
.3g\[p   
ZipK;!9by  
6. 减少计算工作量 umHs"d  
&})4?5  
采样要求： KqG$zC^N  
 至少1个点的间隔(每边)。 }SJLBy0  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 s`$_  
z!Pdivx  
采样要求： }AeE|RNc  
 同样，至少1个点的间隔。 i&SBW0)  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 F?+Uar|-a  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 }y-AoG  
Kr+Bty  
 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。 Xbsj:Ko]]U  
 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。 }X W#?l  
 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)。 <whPM  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 =."WvBKg  
s/p>30Fg  
v=yI#
5  
[XY:MUe  
j_YZ(: =  
7. 指定区域填充因子的仿真 5e~{7{  
.ON$vn7  
 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。 6r-<XNv)0  
 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。 MlcoOi!  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 {KQ-Ce-6  
 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)。 4)>\rqF+v  
7=M'n;!Mh  
U mx  
8. 总结 "351s3ff  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 q5K/+N^2?  
s'fcAh,c6  
第1步 (/rIodHJO  
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。 ~)
\1g0  
nH3b<k;S  
第2步 O.40^u~
 
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 _R!!4Hp<Q  
扩展阅读 l8n[8AT1  
扩展阅读 `X]2iz
 
 开始视频 J|
64b  
-    光路图介绍 bMK'J