[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

?wYvBFRn7"  
应用示例简述 T9=55tpG9  
BP`'1Ns  
1. 系统细节 e:k
d0)9  
 光源 ]\Q9j7}37+  
— 高斯光束 z]O,Vqpl?  
 组件 Z/w "zCd  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 |>L|7>J{<d  
 探测器 DQRr(r~2Kj  
— 视觉感知的仿真 F9 q9BH  
— 电磁场分布 La#otuw+?  
 建模/设计 AEr8^6  
— 场追迹： @Ap~Wok  
 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。 ^t#W?rxp&  
?RVY%s;g  
2. 系统说明 K\a=bA}DG  
huw|J<$  
oD>j26Q  
3. 模拟 & 设计结果 {Mx3G*hr
 
22gk1'~dO  
4. 总结 ZAcH`r*  
~99DE78  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 us TPr  
"o.g}Pv  
第1步 c[QXc9  
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。 h8me.=S&  
g(Dr/D  
第2步 -p\uW0XA  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 [h^>Iq (Z  
{D9m>B3"{  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 7xr@$-U  
nNJMQb'K  
应用示例详细内容 }uaRS9d  
drc]"6 k  
系统参数 mqFo`Ee  
l[D5JnWxt  
1. 该应用实例的内容
<5wk~|@t  
vOl<  
ExDv7St1(k  
2. 设计&仿真任务 ~$\9T.tre2  
[^4)3cj7}  
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。 tUPdq0%t[  
m5/d=k0l  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 eAPNF?0yh  
tB i
16=  
6bXR?0$*M.  
4. 参数：SLM像素阵列 ~& @UH  
_'"whZ)2  
&+v!mw>  
5. 参数：SLM像素阵列 Z:2a_Atm  
6pCQP c*A  
&rmXz6F  
应用示例详细内容 |{a`,%mw  
IW<nfg  
仿真&结果 X>W2aDuEZ  
?Dr K2;q  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM hhU: nw  
 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)。 1'G&PX  
 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。 Z&VH7gi  
1"4Pan  
2. VirtualLab的SLM模块 +%%Ef]  

ipThwp9  
v3ky;
~ke  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ^-&BGQM  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 [10y13  
`3CdW  
3. SLM的光学功能 UbnX%2TW  
Mt93YD-2+  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 >-0\wP  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 +6$|No  
 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。 'Cv>V"X: `  
BM,]W
jfdj  
^z%ShmM&LZ  
"^UJC-  
Yi5^#G  
 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。 fUg<+|v*  
~g|Z6-?4Jj  
Pd"=&Az|  
7
%Q?BH7{  
Us.")GiHE  
4. 对比：光栅的光学功能 [K=M;$iQ  
 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。 QQPT=_P]  
 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。 C2[* $ 1U  
 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)。 I+4#LR3;  
 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。 5C|Y-G  
 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。 WE*L=_zDS  
6` 8H k;  
~fV\
X*  
C;UqLMrOI  
6VsgZ"Il  
5. 有间隔SLM的光学功能 KqD]GS#(  
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。 j+9;Cp]NV  
'BiR ,M$mY  
.yF@Ow  
zarxv| }$  
,Hzz:ce  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 @BfJb[A#  
I0qSx{K  
AVnH|31dC~  
6. 减少计算工作量 ev'` K=n8  
R[#vFQ  
采样要求： t4P`#,:8  
 至少1个点的间隔(每边)。 (^@rr[.o7  
 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。 MP3Vo|}3  
' a>YcOw  
采样要求： Km)VOX[ZZ  
 同样，至少1个点的间隔。 .DX-biX,  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 2A95vC'u>|  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 \`:nmFO(9  
&}y?Lt  
 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。 X3dXRDB'  
 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。 g!\H^d4  
 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)。 #lY_XV.  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 3T= ?!|e  
/=(PMoZu  
iCtDV5  
w!eY)
p<  
z|$M,?r'  
7. 指定区域填充因子的仿真 !0Mx Bem  
+L,V_z  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 bl3?C  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 GiK4LJ~cH)  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 Mgp+#w+,  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 ZamOYkRX  
) w1`<7L  
{6tj$&\)  
8. 总结 ogvB{R  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 F+SqJSa  
PrKH{nyJk  
第1步 67g"8R#.V  
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。 kj>!&W57  
UasU/Q <  
第2步 FTQNS8  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 S?[@/35)  
扩展阅读 <5 }  
扩展阅读 3OB=D{$V  
 开始视频 zMXQfR  
-    光路图介绍 0NF=7 j