[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

#m17cDL  
应用示例简述 wX$|(Y}  
pKno~jja  
1. 系统细节 /EG'I{oC  
 光源 F]t=5 -O<  
— 高斯光束 xZ6x`BET-  
 组件 ~KRS0^  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 @]]&^ 7  
 探测器 li,rPUCt  
— 视觉感知的仿真 @+l=R|  
— 电磁场分布 F{.\i*$  
 建模/设计 ?T.=ym  
— 场追迹： vw4b@v-XQ3  
 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。 Eh)V
T{vp  
&=MVX>[  
2. 系统说明 `lQ;M?D  
zvVo-{6  
w$Fg0JS  
3. 模拟 & 设计结果 Rj4C-X4=  
YYT#{>&  
4. 总结 <_ENC>NP  
D6H?*4f]  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 R7U%v"F>`  
9K#3JyW*  
第1步 -cijLlz%+  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 e#,(a  
DIw_"$'At  
第2步 lx=tOfj8  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 #]6{>n1*+w  
6M.|W;  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 !\[JWN@v  
0#DE
h|?  
应用示例详细内容 7RWgc]@?>  
#\`kg#&  
系统参数 ;g? |y(xv  
NPrLM5  
1. 该应用实例的内容 _Z!@#y@j  
^!d0abA  
HFI0\*xn(  
2. 设计&仿真任务 dJ m9''T')  
`CH,QT7e  
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。 ZZ!">AN`^  
Eh ";irE  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 \Dy|}LE  
b0YEIV<$  
IhBc/.&RL  
4. 参数：SLM像素阵列 E_aBDiyDf  
9O:l0 l  
2jC`'8  
5. 参数：SLM像素阵列 /1v9U|j  
mHHlm<?]  
q:TNf\/o  
应用示例详细内容 *;]}`r  
L/r_MtN  
仿真&结果 Hj|&P/jY]*  
(nt`8 0  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM eu9*3'@A  
 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)。 iGu%_-S  
 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\l?+)S *  
gWGDm~+  
2. VirtualLab的SLM模块 Y55u-9|N  

P|bow+4  
QJRnpN/
 
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 .WqqP  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 >*8V]{f9  
)\=
xPfs  
3. SLM的光学功能 L;%w{,Ji  
+q'1P}e  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 (pd$?vRy  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 (+epRC  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 robg1  
lQHF=Jex  
:86:U 0^  
rBNVI;JZW  
<3x%-m+p4  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 ,;6V=ok  
hj9TiH/+  
#~|k EGt  
_(F-(X|  
(Z(S
?`')  
4. 对比：光栅的光学功能 KU/r"lMNlU  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 w,LmAWZ4Y  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 {uaDpRt  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 gCb+hQq\  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 5'I+%66?h$  
 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。 Oh*~+/u}q  
_TOWqV^  
p
)yP_P  
gmRc4o  
3!{imQT  
5. 有间隔SLM的光学功能 !S':G  
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。 #5@(^N5p`  
FOsd{Fw  
II=`=H{  
q()o|V  
hpF_@n  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 h#
hr'3bI1  
rM
DvnF  
PN l/}'  
6. 减少计算工作量 K=[7<b,:3  
9efDM  
采样要求： 6(bN*.  
 至少1个点的间隔(每边)。 +?{"Q#.>;  
 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。 Cdz&'en^  
JY#vq'dl|  
采样要求： <eG|`  
 同样，至少1个点的间隔。 szsVk#p  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 cmG27\cRO  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 _YF>Y=D-  
@ep.wW  
 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。 &)1.z7T  
 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。 )[Tm[o?Y.  
 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)。 xSmG,}3mF  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 SH?McBxS  
F] c\Qt  
-qIi.]/f"9  
JY,$B-l  

M*zpl}  
7. 指定区域填充因子的仿真 oRWje#4O  
U6M~N0)Yr  
 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。 xaMDec V  
 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。  ##rkyd  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 P51M?3&=l  
 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)。 <a6pjx>y  
Fc1!i8vv  
j&d5tgLB  
8. 总结 Fc5.?X-  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 JQ1MuE'  
MbRTOH  
第1步 V+E8{|dYL  
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。 R.^]{5  
q5(t2nNb  
第2步 k
s#3 o+  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 oP`l)
`  
扩展阅读 6m:$mhA5  
扩展阅读 DhyR
 
 开始视频 n~I-mR)"  
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