[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

Ep9W-n?}  
应用示例简述 i|`dWOVb  
3cdTed-MIh  
1. 系统细节 ~6YMD  
 光源 br-]fE.be  
— 高斯光束 8N&+7FK  
 组件 _g%TSumvq<  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ^9Qy/Er'  
 探测器 JjaoOe  
— 视觉感知的仿真 1#IlWEg  
— 电磁场分布 wX >*H  
 建模/设计 I9h ?;(  
— 场追迹： jTO), v:w  
 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。 Od f[*  
xvl3vAN9  
2. 系统说明 Ym%xx!9  
L:XC  
'3zc|eJt&  
3. 模拟 & 设计结果 ;AO#xv+#  
'5&s=M_  
4. 总结 4=<tWa|@9  
I:K"'R^  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ^[:p|U2mA  
q`-;AG|xF  
第1步 Pj}66.  
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。 k0Ol*L!p  
[!!Q,S"  
第2步 Tg!m`9s+  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 '%q$`KDb  
/c uLc^(X  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 'Ut7{rZ5  
0a80 LAK  
应用示例详细内容 89r DyRJ;  
/p8dZ
+X  
系统参数 "[y-
+)WTG  
ZK>WW  
1. 该应用实例的内容 ` ,SiA-3*  
E?_Z`*h  
|PC*=ykT3  
2. 设计&仿真任务 /~zai}  
z^T`x_mF  
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。 Q~Hy%M%R3  
#O+),,WS  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 :j
+ ZI3@  
s&RVJX>Rt  
xg3:}LQ  
4. 参数：SLM像素阵列 4^M  
~]QHk?[wc  
Hv2De0W  
5. 参数：SLM像素阵列 'FDef#P<  
]*AR,0N&  
V#iPj'*   
应用示例详细内容 p6;OL@\~  
K*~0"F>"0
 
仿真&结果 r,h%[JKM  
/Njd[=B  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM B

]Thn  
 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)。 )c)vTZy  
 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。 9b9$GyI  
{GQ^fu;q  
2. VirtualLab的SLM模块 , GP?amh  

E"5*Ei)^3  
!wNr3LG  
 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:d  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 K~R`%r_  
R^Y <RI  
3. SLM的光学功能 ee^{hQi  
NA~V
g8  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 g\&g N  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 eQ]~dA8>  
 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。 dZ0A3(t  
uC(V  
wY[+ZT  

PamO8^!G  
oU.R2\Q  
 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。 toBHkiuD  
E
? ;0)'h  
HK2[]G  
v@ lM3_rbO  
{+Rog/;S'  
4. 对比：光栅的光学功能 |l]XpWV  
 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。 [J?aD`{#O  
 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。 +[\FD; >  
 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)。 @emK1iwm  
 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。 ;'#8tGv=  
 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。 Ju1D =b  
Y,^@P  
$#9;)8J  
3cK I  
d,B:kE0Y  
5. 有间隔SLM的光学功能 z`f($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。 #_^Lb]jkM  
Ac2n  
l3ko?k  
ix)M`F%P3  
$QLcH;+7t  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 svcK?^ HTe  
L.*M&Ry  
[\v
}Ul  
6. 减少计算工作量 r\'A i6  
M_/7D|xl/T  
采样要求： $
5aV:Z3P  
 至少1个点的间隔(每边)。 OR~8sU  
 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。 A$Hfr8w1u  
$_"'&zQ'  
采样要求： ^/I 7|u]  
 同样，至少1个点的间隔。 OEA&~4&{7  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 SB H(y)  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 P}n_IV*@  
{?}E^5Z*g  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 sBvzAVBL  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 'YmIKIw  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 p6>Svcc  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 `T@i.'X  
4'/nax$Bx;  
i&bA2p3+d  
+
hg3I8q:  
/R]U}o^/(%  
7. 指定区域填充因子的仿真 %Nlt H/I  
^c"jH'#.L  
 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。 [8 ]z|bM  
 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。 xpV|\2C  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 H1|?t+oP  
 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)。 IA8f*]?  
=Y{(%sn  
!/'t5~x[  
8. 总结 ,<(}|go  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 _|kxY'_[8  
#L=x%8B  
第1步 sJL&:!}V>  
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。 j4gF;-m<  
k]F[>26k  
第2步 AVlhNIr  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 BO~0ON0  
扩展阅读 DR5\45v  
扩展阅读 kbX8$xTM  
 开始视频 _mqL8ho  
-    光路图介绍 T*Y~\~Jhu