[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

%p^`,b}  
应用示例简述 gzp]hh@4  
['aiNhl
bt  
1. 系统细节 Ne}x(uRn  
 光源 8q|T`ac+N  
— 高斯光束 T{lK$j  
 组件 *,e`.  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 b5l;bXp]  
 探测器 f|{&Y2h(R  
— 视觉感知的仿真 Y5
8et9gRO  
— 电磁场分布 Ym9~/'%]  
 建模/设计 f<Yg_TG  
— 场追迹： nOU.=N v`  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 Z:>ek>Op  
Y".4."NX  
2. 系统说明 k}e~xbh-y  
;_A?Zl}  
,UW!?}@  
3. 模拟 & 设计结果 e^-CxHwA-  
>'&|{s[m  
4. 总结 G]gc*\4  
")3$. '5Dg  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 BB? 4>#D
 
ZY8:7Q@P>  
第1步 n fMU
4(:  
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。 w*gG1BV  
+.66Ky`|[  
第2步 ?PU7xO;_  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 *^p^tK  
=dY!-#yg!  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Gg5+Ap D  
}}zY]A  
应用示例详细内容 $u::(s} x<  
q4Y7 HE|ym  
系统参数 G`,M?lmL  
^8 cq qu  
1. 该应用实例的内容 t+A9nvj)  
=$\9t$A  
o|y1m7X  
2. 设计&仿真任务 Si-Q'*Y=  
a}'dIDj  
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。 __,F_9M  
WL}XD Kx  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 J(Zz^$8]<?  
Tvd: P^C  
GyQvodqD  
4. 参数：SLM像素阵列 *JiI>[  
2X0<-Y#'  
#2?3B  
5. 参数：SLM像素阵列 \?"kT}..  
F_nXsKem  
NPLJ*uHH  
应用示例详细内容 qzii[Mf  
P$&l1Mp  
仿真&结果 'oF('uR  
~SYW@o  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 8_T9[]7V8  
 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)。 f;obK~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。 "$A5:1;  
Ui`#B  
2. VirtualLab的SLM模块 .T#}3C/  

pSodTG
$E  
N;i\.oY  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 $ <Mf#.8%  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 }z-6,i)'k  
+3]V>Mv  
3. SLM的光学功能 W'R^GIHs  
6T%5<I*&3s  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 Pdk#"H-j  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 oH(=T/{  
 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。 %\Mc6  
| &/_{T  
d^d+8R  
5.QY{+k  
nRs:^Q~o  
 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。 6bT>x5?  
UHBMl>~z  
u]&+TR  
6dhzx; A  
Hd_,`W@
 
4. 对比：光栅的光学功能 qD,/Qu62  
 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。 _,3%)sn-)  
 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。 XzPUll;ZU  
 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)。 x@tI  
 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。 piXL6V@c  
 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。 +QeA*L$~  
D&G^|: G  
+-qa7  
JV?
d/[u,  
VXl|AA<OG  
5. 有间隔SLM的光学功能 Wjr^: d  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 me$nP}%C&  
m|Sf'5fK  
RM>A9nv$\  
$f+cd8j?o  
#dQFs]:F  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 5 hW#BB  
A[uB)wWsn  
}4kQu#0o")  
6. 减少计算工作量  '3xK1Am  
gnw">H  
采样要求： >v)V2,P -  
 至少1个点的间隔(每边)。 vb3hDy  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 Ezr q2/~Q  
gObafIA  
采样要求： yYdh+x  
 同样，至少1个点的间隔。 #X2wy$GTG  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 8\p"V.o>  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 v ,zD52  
JA4}Bwn  
 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。 X2'XbG3  
 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。 9U Hh#  
 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)。 <,Mf[R2N>  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 l[[^]__  
#44}Snz  
3gtKD9RL:  
t+D= @"BZP  
V>c !V9w  
7. 指定区域填充因子的仿真 yw{r:fy  
bmJdZD7-<k  
 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。 B qLL]%F  
 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。 *:ErZ UyQM  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 2Sk"S/4}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)。 5..YC=_20  
x<PJ5G L  
T[MDjhv'  
8. 总结 I]BhkJ  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 p!DOc8a.\e  
^fmuBe}d{  
第1步 eKf5orN  
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。 w+a5/i@  
ElKMd  
第2步 p3e=~{v*  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 T8d=@8g,%  
扩展阅读 _%#Uh#7P$  
扩展阅读 n%Oq"`w4  
 开始视频 M*D@zb0ia  
-    光路图介绍 %,e,KcP'