[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

5\\a49k.p  
应用示例简述 2c4x=%  
eV)'@8p
 
1. 系统细节 #I] ^Wo  
 光源 qmWn$,ax  
— 高斯光束  Re^~8q[  
 组件 \.,qAc\[  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 d]<S/D'i  
 探测器 l\%LT{$e  
— 视觉感知的仿真 %?WR9}KU0  
— 电磁场分布 ?OFl9%\ V  
 建模/设计 [/iT D=O,  
— 场追迹： JLFZy\  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 /yn%0Wish  
ne(zGJd  
2. 系统说明 L}x,>hbT  
 ]H_|E  
<JNiW8 PG  
3. 模拟 & 设计结果 UoSzxL  
gvl3NQQ%t  
4. 总结 ;LjTsF'  
n13#}i{tm  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 L/sMAB  
1QPS=;|)  
第1步 MrGq{,6C  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 )%T<Mw2u  
nnol)|C{5Y  
第2步 U81--'@y  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ;"N4Yfl
z  
q+}KAk|]V  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。
;ZVT[gi*  
p,'Z{7HG  
应用示例详细内容 HX&G  k  
Sl7x>=  
系统参数 Sq Y$\&%  
FC BsC#
 
1. 该应用实例的内容 |*5803h  
8\H*Z2yF+  
^+'[:rE  
2. 设计&仿真任务 ~Y.I;EPKt  
yy*8Aw}  
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。 -fm1T|>#  
{Jx-Zo>'  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 8M,AFZ>F  
`z)q/;}fC  
;p_@%*JAx  
4. 参数：SLM像素阵列 p6Ie?Gg  
;)'@kzi  
a#L:L8T;j  
5. 参数：SLM像素阵列 c1
x{$  
yJRqX]MLA  
<jwQ&fm)/R  
应用示例详细内容 AIU=56+I\  
NZW)$c'  
仿真&结果 (O@fgBM  
:{Mr~Co*  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM N3rq8Rk  
 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)。 h%*@82DKK  
 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。 ](2\w9i%  
HkL`- c0  
2. VirtualLab的SLM模块
818,E  

^S%xaA9  
wdo(K.m  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 fb*h.6^y9  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 _yN&+]c  
M8{J  
3. SLM的光学功能 rY,zZR+@  
JOUZ"^v  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 9(AY7]6  
 为此，将区域填充因子设置为60%。
k+5l  
 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。 y:Ne}S*ncE  
=euMOs  
f'WRszrF  
p-o8Ctc?V  

KKcajN  
 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。 \0,8?S  
Hq;*T3E  
kIwq%c;  
epm ~
 
8W"Xdv{  
4. 对比：光栅的光学功能
5!Ho[  
 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。 #i'wDvhol  
 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。 B{hV|2  
 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)。 3n3$?oV  
 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。 ?[!_f$50]P  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 %)#yMMhR  
Bag_0.H&m  
\TS.9 >\  
jb83Y>  
&WJ;s*  
5. 有间隔SLM的光学功能 Min{&?a  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 'Y22HVUX  
'TO/i:{\  
VoC|z
Rd_  
q5G`N>"V  
B".3NQ  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 =v(&qh9Q2  
's\rQ-TV  
^O
rO&w|  
6. 减少计算工作量 9 Eqv^0u  
FG5YZrONx  
采样要求： 1deK}5'  
 至少1个点的间隔(每边)。 J;S Z"I'  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 XES$V15  
R q .2  
采样要求： 9|l6.$Me/  
 同样，至少1个点的间隔。 RH^;M-'  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 08_<G`r  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 Mt*eC)~Yx  
q-r5zGI  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 0 } |21YED  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 (gEz<}Av.  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 },%,v2}  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 Ij?Qs{V  
1B`JvNtd  
J?/NJ-F  
|[iEi  
q rF:=?`E  
7. 指定区域填充因子的仿真 0~Iq9}{*P  
+%H2;8{F  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 Eyh(257  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 iUq{c+h  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 |]'gd)%S\  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 3^`.bm4 ^  
*qKf!&  
%:.IG.`d  
8. 总结 :MILOwF  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 K_}81|=  
BWLeitS/  
第1步 *n`8 -=  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 @#::C@V]  
uz@lz +  
第2步 "9OOyeKu%  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 bJB*
w  
扩展阅读 oRHWb_$"  
扩展阅读 \ocC'FmE  
 开始视频 S~\u]j^%y  
-    光路图介绍 eo<=Q|nI&