[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

>`SIB; &>j  
应用示例简述 C8%q?.nH=  
rOEk%kJ  
1. 系统细节 wHvX|GwMv  
 光源 =Z2Cg{z  
— 高斯光束 FY@ErA7~  
 组件 ~A(fn
:d  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 TDq(%IW  
 探测器 @))PpE`co8  
— 视觉感知的仿真 ?vp' /l"  
— 电磁场分布 R#DnV[!\  
 建模/设计 '1_CMr  
— 场追迹： ~*@UQ9*p#  
 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。 |9Q4VY'";  
,C1}gPQ6<  
2. 系统说明 R<I)}<g(A3  
j|c  
&A)AV<=>T  
3. 模拟 & 设计结果 8GgZAu'X  
h(l4\)  
4. 总结 "AMbU68  
pX `BDYg.  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 SvLI%>B
=9  
$F"'=+0  
第1步 bz<f u  
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。 y@Z@ eK3  
50q(8F-N  
第2步 i=j
wk_y
 
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 PUZH[-:c  
-fKo~\Pr  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 agp`<1h9  
QH7"' u6  
应用示例详细内容 E">FH>8K}  
Au~l O  
系统参数 \"Jgs.  
C@1B?OfJ  
1. 该应用实例的内容 ;5Spdi4w  
4c^WQ>[  
WR,MqM20  
2. 设计&仿真任务 |C"(K-do  
(dmLEt  
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。 &y_Ya%Z3*e  
tqbYrF)  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 +
L(|?|i8  
89hV{^  
p?rh+0wgX  
4. 参数：SLM像素阵列 D y+)s-8  
$r+_Y/  
y``[CBj  
5. 参数：SLM像素阵列 I8};t b#  
b$FK}D5  
 qHVZsZ  
应用示例详细内容 [QUaC3l)  
[~_)]"pU  
仿真&结果 kA/4W^]Ws  
'aV])(Wm>  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM f[1 s4Dp3-  
 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)。 ^Mvgm3hg  
 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。 @~7y\G  
lC.Q61J@  
2. VirtualLab的SLM模块 ,L_u X  

yK+1C68A  
Rp^fY_  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 hufpky[&8  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 l(A)Gd5>  
2o)8'Lp  
3. SLM的光学功能 A_8Xhem${  
@tT2o@2Y^  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ,{6Vf|?  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 c,j[ix  
 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。 CKE):kHu  
gUr#3#  
DbWaF5\yD  
(zr2b  
1R.|j_HYy  
 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。 XgI;2Be+&a  
Y~TD)c=  
1S+lHG92I  
]A&pXAM  
Y;)l  
4. 对比：光栅的光学功能 z{H=;"+rh  
 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。 mV'-1  
 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。 utu V'5GD  
 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)。 c/lT S  
 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。 P(%^J6[>  
 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。 U3**x5F_  
0fJz[;dV>n  
{nPiIPH  
Y'y yrn}  
g@zhh
BtQ  
5. 有间隔SLM的光学功能 ,Dab(  
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。 0^3n#7m;K  
"IHFme@^  
!tzk7D  
5pU/X.lc  
Na>w~  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 b+`qGJrej  
]T<tkvcI  
5<XWbGW  
6. 减少计算工作量 kGmz1S}2
 
yUjkRT&h  
采样要求： ~ <36vsk  
 至少1个点的间隔(每边)。 od)ssL&E~  
 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。 `mthzc3W  
11vAx9  
采样要求： s:K'I7_#@  
 同样，至少1个点的间隔。 F%f)oq`B  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 %Yt;)q3U  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 "m%EFWUOl  
d#HlO}  
 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。 I~GHx5Dk  
 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。 X[!S7[d-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)。 Q@1SqK#-DQ  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 Jcy+(7lE)  
|>RNIJ]  
4,08`5{  
Y P,>vzW  
hSz_e  
7. 指定区域填充因子的仿真 2bOl`{x  
AJ3%Z$JJ;s  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 z=TOGP(  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 \.'[!GE*c  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 p, T4BO  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 naM~>N  
Wecxx^vtv6  
W&k@p9  
8. 总结 R.?PD$;_M  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 3Vbt(K  
on;>iKta9  
第1步 .D*~U
I  
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。 "Zy:q'`o  
zwU1(?]I{  
第2步
W~PMR/^i  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 rog1  
扩展阅读 B<ncOe  
扩展阅读 d}%-vm} 0  
 开始视频 cF_`QRtO  
-    光路图介绍 FJ^\K+;