[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

a-A+.7  
应用示例简述 [G[{l$Eit  
\v3>Eo[  
1. 系统细节 [{p?BTs  
 光源 H"GE\  
— 高斯光束 Ed&,[rC  
 组件 pL}j ZTo  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ym*#ZE`B!  
 探测器 zHoO?tGf  
— 视觉感知的仿真 JeTrMa2  
— 电磁场分布 5@>4)dk\  
 建模/设计 aU.0dsq  
— 场追迹： tct5*.|  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 a.}:d30  
MZMS?}.2  
2. 系统说明 kYA'PW/[)  
z@l!\m
-  
b!5tFX;J  
3. 模拟 & 设计结果 N7$DRG/<b
 
$Y 4ch ko  
4. 总结 *fvI.cKiGP  
_2gT1B  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Z!RRe]"y  
r6`^>c  
第1步 ksOANLRN  
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。 t`8e#n 9  
=Mu'+,dT  
第2步 U8QR*"GmT  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 1_j<%1{sZ  
-4y)qGb*?  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 xH`j7qK.  
bV )PT`-,  
应用示例详细内容 }OP%p/eY  
0'%+X|  
系统参数 f}lT|.)?VD  
CdzkMVH
  
1. 该应用实例的内容 )0n29  
))CXjwLj;  
Ic{'H2~4,  
2. 设计&仿真任务 +6#%P  
OHtgn  
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。 >d27[%  
rtYb"-&  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 zy5s$f1IA  
0XR;5kd%  
=N*%f%  
4. 参数：SLM像素阵列 5}X
<(q(  
v't6 yud  
@wEKCn|}o  
5. 参数：SLM像素阵列 a_ 9|xI  
8tT&BmT  
"9U+h2#]  
应用示例详细内容 ^
:cb $9F  
o&hKg#nO83  
仿真&结果 y?*[}S  
_>jrlIfc  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM A"\P&kqMV  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 _
#J_$CE#  
 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。 [U%ym{be^  
r3[t<xlFf  
2. VirtualLab的SLM模块 =qV4Sje|q  

aeuf, #  
XQ0#0<  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 "o^bN 9=  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 I8<Il^  
0okO+Q
U,a  
3. SLM的光学功能 ,u?wYW;  
uKR\Xo}  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 u|m[(-`  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ;Ch+X$m9  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 XI@6a9Uk  
e'k;
A{Oh  
1EC-e|M.  
{2}tPT[a(  
9:9N)cNvfX  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 n=<NFkeX  
~8H&m,{j  
#Dj"W8'zh  
_KSfP7VU  
#/n|@z'  
4. 对比：光栅的光学功能 8X}^~e  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 x38SSzG:L  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 2X qTyf<  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。  DrF  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 O3^98n2  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 +Fc ET  
(*Gi~?-  
'h!h!  
Hk<X  
olD@W UB  
5. 有间隔SLM的光学功能 V]l&{hl,  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 Ph(]?MG\_  
T7>48
eH  
.DgoOo%?"  
Pcs^@QP  
=&di
4'`  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 o|z+!,  
?o2;SY(-  
bn0"M+7)f  
6. 减少计算工作量 :3111}>c  
);Tx5Z}  
采样要求： =8$|_  
 至少1个点的间隔(每边)。 TqENaC#&  
 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。 <u6
c2!I{  
HBt|}uZ?6i  
采样要求： ?ada>"~GR_  
 同样，至少1个点的间隔。 6@"Vqm|HD  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 -rEeKt  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 C/mg46 v2W  
gbYLA a  
 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。 kVV\*"9y  
 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。 @PYW|*VS  
 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)。 r/UYC"K3  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 I["F+kt^^  
DY)D(f/&3  
kR<xtHW  
BhqhyX\D&y  
Qy4X#wgD  
7. 指定区域填充因子的仿真 ?wGiog<Q{  
fm3(70F\  
 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。 e{v,x1Y_z(  
 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。 Kg4QT/0VA  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 5,F;j<F  
 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)。 v*&Uk'4E  
$-m@KB  
uQeqnGp  
8. 总结 77+|#<J  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 * eA{[  
W\HLal  
第1步 A{4Dzm!  
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。 ~RcNZ\2y  
MB1sQReOO  
第2步 C>AcK#-x,{  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 1v;'d1Hg
;  
扩展阅读 4BHtR017r  
扩展阅读 j%#?m2J}  
 开始视频 uQ{=o]sy  
-    光路图介绍 0LS-i%0