[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

Y]hV-_2+Do  
应用示例简述 @][ a8:Y9I  
M' a&  
1. 系统细节 X!HDj<  
 光源 -08&&H  
— 高斯光束 0m]~J_  
 组件 x%_qJ]o  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 5{8x*PSl  
 探测器 $o/0A
 
— 视觉感知的仿真 R)
sp
 
— 电磁场分布 MMd0O X)P  
 建模/设计 $&ex\_W  
— 场追迹： #;5[('&[  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 XRClBTKF  
ZMdM_i?  
2. 系统说明 =Jsg{vI  
D?iy.Dg  
Uuwq7oFub  
3. 模拟 & 设计结果 PN1(j|  
NvQY7C  
4. 总结 CPc"  
)?!vJb"  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 #]5&mKi  
04I6-}6  
第1步 1zh$IYrd  
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。 [ c ~LY4:  
} l:mN  
第2步 54`bE$:+  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 #)W8.  
7$g*N6)Q  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 DQ}_9?3  
FBR$,j;Y  
应用示例详细内容 zF[3%qZE:T  
=fKhXd  
系统参数 ir9Q##f  
OVDMC4K2z!  
1. 该应用实例的内容 wJapGc!   
5W?yj>JR  
&4mfzpK  
2. 设计&仿真任务 G;PbTsW  
&,m'sQ  
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。 IeRl6r%:  
S(g<<Te  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 OvyB<r  
[(D}%+2   
*Gk<"pEeS  
4. 参数：SLM像素阵列 sf.E|]isW  
H]%mP|  
iFAoAw(  
5. 参数：SLM像素阵列 . 1{vpX  
jw`&Np2Q  
adRNrt*!  
应用示例详细内容 b9
W<1eqF  
oyKt({  
仿真&结果 ,xAM[h&  
cc2d/<:  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM xWC\954  
 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)。 USnD7I/b  
 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。 8>%jZ%`a  
z/eU^2V  
2. VirtualLab的SLM模块 beN>5coP%A  

7$q2v=tH_  
R`I8Ud4=  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ? e9XVQ*  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 h 7(H%(^_  
bWX[<rh'  
3. SLM的光学功能 aIzp\$NWVK  
>/kPnpJ  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 :=iM$_tp'  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 Ov~S2?E8  
 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。 0I(
GB;E  
=0@d|LeZ  
)|{1&F1  
 r
vwl  
1OiZNuI:E  
 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。 1A`?y& Ll  
C]\^B6l<  
6*(h9!_T1  
^B&ahk  
<6}f2^  
4. 对比：光栅的光学功能 s0`|G|.}  
 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。 4t%:O4 3e  
 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。 /QV. U.>G  
 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)。 |`q)/ 08b  
 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。 bgzT3KZ  
 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。 w{:Oa7_A  
ZVL-o<6  
<u x*r#a!d  
V~]'+A q>  
ard3yNQt  
5. 有间隔SLM的光学功能 }(g+:]p-  
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。 9GtVI^]  
(8@hF#N1  
+>i
<sk  
! 6p)t[s  
:~0^ib<v;  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 >F\rBc&  
mP5d!+[8  
njwR~aL`|  
6. 减少计算工作量 {-v\&w  
u':0"5}  
采样要求： LjH&f 4mY  
 至少1个点的间隔(每边)。 @8Q+=abz  
 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。 *OGXu07 !  
T^(n+lv  
采样要求： y_7XYT!w  
 同样，至少1个点的间隔。 d_WnK{  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 }^GV(]K  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 7QOC]:r  
P^_d$  
 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。 z)<pqN  
 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。 Q,,fDBN  
 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)。 tO+%b=Z^  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 j]F#p R}p  
X_tW#`  
sw qky5_K  
`~aLSpB65  
{HRxyAI!
 
7. 指定区域填充因子的仿真 G5QgnxwP2  
C_^R_  
 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。 `i>B|g-  
 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。 {^$"/hj  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ;5oH6{7_Z  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 ;aRWJG  
A]SB c2  
|E_+*1lq.  
8. 总结 ">D(+ xr!)  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 %dk$K!5D0  
,f/IG.  
第1步 <>*''^  
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。 gH{\y5%rO  
/=Uv  
第2步 _qzo):G.s  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 qYu!:xa8  
扩展阅读 73sAZa|  
扩展阅读 =<FZ
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 开始视频 :jKXKY+T  
-    光路图介绍 VGDEP!)-8