[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

B9;,A;E};  
应用示例简述
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U%1  
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1. 系统细节 [u9S+:7"  
 光源 +~pc%3*  
— 高斯光束 M
Iua\:xT  
 组件 5>z:[OdY*  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 tKqCy\-q  
 探测器 gYH:EuY,  
— 视觉感知的仿真 XM5;AcD  
— 电磁场分布 4{;8 ]/.a  
 建模/设计 ][>M<J  
— 场追迹： U%B]N@  
 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。 :BZx)HxQ  
7$dc?K  
2. 系统说明 >aanLLO  
*v7& T  
w]+BBGYQKb  
3. 模拟 & 设计结果 3K'o&>}L  
l.NkS  
4. 总结 o4I!VK(C#s  
;HLMU36q  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 k~s>8N:&G  
A](}"Pi!n  
第1步 efAahH  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 L!}j3(I  
5KPPZmO  
第2步 da86Jj=k  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 <0,ah4C  
51(`wo>LS  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ^>R|R1&  
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应用示例详细内容 F*jjcUk  
Jv{"R!e"P  
系统参数 jiB>.te  
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1. 该应用实例的内容 :M?')  
Y|N vBr  
i\R\bv[9  
2. 设计&仿真任务 D(ntVR  
63dtO{:4  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 yW=hnV{  
6_}){ZR  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ~aq?Kk  
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_Dat>  
>p#d;wK4_  
4. 参数：SLM像素阵列  IOES3  
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5. 参数：SLM像素阵列 lo;9sTUHT  
E?5B>Jer#  
LVcy.kU@]  
应用示例详细内容 -N
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仿真&结果 Pv$"DEXA2  
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1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM &l}xBQAL  
 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)。 WF.$gBH"  
 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。 ,xM*hN3A  
uXW. (x7"f  
2. VirtualLab的SLM模块 }6{)Jv  

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X;*\-  
~322dG  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 5N</Z6f'o  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 XK9*,WA9r  
ia.B@u1/  
3. SLM的光学功能 +#"Ic:  
*wZV*)}  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ?|rw=%  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 -+2xdLa63  
 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。 M]zNW{Xt  
3K]0sr  
Jt^JE{m9%  
M@ZpgAfq  
Ox1QP2t6Y  
 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。 E6\~/=X=%  
EC\:uK  
@{GxQzo  
H4",r5qw:  
iK0J{
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4. 对比：光栅的光学功能 eeR@p$4i  
 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。 wbKBwI5w  
 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。 F&j|Y>m  
 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)。 jsht2]iq3K  
 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。 Z 2jMBe  
 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。 e~[z]GLO%  
1ORi]`  
*G"#.YvE  
dllf~:b  
X(q=,^Mp  
5. 有间隔SLM的光学功能 tF1%=&ss  
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。 tce8*:rNH  
Olh-(u:9+O  
AsF`A"Cdw<  
&8L\FAY0%9  
m|gd9m$,?  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 nezbmpL4  
Eu~wbU"%  
q)y8Bv|  
6. 减少计算工作量 P&,cCR>  
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w?  
采样要求： N2Hb19/k  
 至少1个点的间隔(每边)。 RIx6& 7$  
 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。 2{: J1'pC  
S*@0%|Q4r  
采样要求： hvZR4|k>  
 同样，至少1个点的间隔。 OEi9 )I  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 V2skr_1  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 X}^gmu<Vla  
;itg>\p3  
 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。 RL8wSK  
 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。 <OB~60h"  
 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)。 Mc^7FWkw  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 !}48;Pl  
Xh!Pg)|E  
P#oV ^  
W4Q]<<6&  
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7. 指定区域填充因子的仿真 1OS3Gv8jc~  
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 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。 p8J"%Jq}  
 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。 S3wH M  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 uS,$P34^oy  
 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)。 3f8Z?[Bb@  
?!-im*~w  
,Yz+?SmSZ&  
8. 总结 ``Rb-.Fq,  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 AW68'G*m  
C>ZeG Vq  
第1步 ! .}{ f;Ls  
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。 O,#[m:Ejb  
A[a+,TN{  
第2步 6>J#M  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 4f,x@:Jw  
扩展阅读 L,L7WObA  
扩展阅读 4VgDN(n0@  
 开始视频 NE"fyX`  
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