[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

}*QK;#NEc  
应用示例简述 IauLT;!X  
so$(-4(E O  
1. 系统细节 !37I2*
+4  
 光源 i]? Eq?k  
— 高斯光束 E~fb#6  
 组件 E]/2u3p  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 0>td[f  
 探测器 d wG!]j>:_  
— 视觉感知的仿真 76@W:L*J$J  
— 电磁场分布 e3TKQ(  
 建模/设计 5G\OINxy  
— 场追迹： %\sE\]K  
 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。 !(?7V  
1_q!E~)  
2. 系统说明 \|QB;7u  
#UL75  
v/rBjUc+X  
3. 模拟 & 设计结果 \zg R]|  
i56Rdb  
4. 总结 8CUtY9.  
iD|~$<9o  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 qna!j|90Lp  
]goJ- &  
第1步 ydO+=R0M  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 }#ta3 x  
06%-tAq:  
第2步 *`u|1}h|  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Qe_{<E  
N6-7RoA+  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 lkTA"8d  
"0jwCX Cu  
应用示例详细内容 m=@xZw<  
;k`51=Wi  
系统参数 U?f-/@fc  
/fb}]e]N  
1. 该应用实例的内容 v5a\}S<(  
E!1\9wzM{  
e_Hpai<b  
2. 设计&仿真任务  W;7$Dq:  
Mi|13[p{  
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。 Bc }o3oc  
(BPp2^  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ;a1DIUm'  
<dP\vLH_  
8j70X <R  
4. 参数：SLM像素阵列 \ .#Y  
&gr 8;O:0  
m0ra  
5. 参数：SLM像素阵列 ,.ivdg(/  
z;oia!9z  
5)XUT`;'){  
应用示例详细内容 (c)/&~aE  
v"yu7tZ3N  
仿真&结果 }W:Z>vam+  
p P@q `  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM bLG7{qp  
 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)。 tT)s,R%  
 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。 >v@3]a i  
kEC^_sO"  
2. VirtualLab的SLM模块 < r~hU*u  

4w ,&#L  
Pv2uZH(  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 |s/N?/qi  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 Q<AOc\oO  
}WFI/W'  
3. SLM的光学功能 0~BaQ, A@  
SzB<PP2  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 E`JW4)AH  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 HoAg8siQ  
 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。 9;6)b0=$  
cKkH*0B5  
Q]TZyk  
ps2j]g  
9FSa=<0wE  
 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。 ](R /4  
Nm&'&L%Ch  
Q`8-|(ngw  
#$S~QS.g  
a+lNX
lh=  
4. 对比：光栅的光学功能 sjLMM_'  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 +|dLR*s  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 \jk*Nm8;  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 b`+yNf  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 7c(j1:Ku-  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 FNraof @Oy  
4Us,DS_/  
~ i+XVo  
~;$QSO\2h  

"!Ph  
5. 有间隔SLM的光学功能 V*rLGY#  
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。 3AdYZ7J  
j"~"-E(79  
08jk~$%  
LbJf5xdi  
^g(qPtQ  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 Mn&_R{{=  
$t& o(]m  
fWA#n  
6. 减少计算工作量 +|g*<0T5<  
}X8P5c!\  
采样要求： &8i$`6wY  
 至少1个点的间隔(每边)。 a_+3, fP  
 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。 O&/nBHu\  
7{M&9| aK  
采样要求： 6e\?%,H  
 同样，至少1个点的间隔。 1ED7
.#g  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 Xe&9|M  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 l*hWws[  
'vtJl  
 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。 7=yM40  
 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。 A405igF  
 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)。 1mtYap4  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 7t<h 'g2  
$2*_7_Qb  
qY%|Uo  
4=^Ha%l  
k*2khh-  
7. 指定区域填充因子的仿真 ,aezMbg  
xC9?rLUZ  
 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。 ehB'@_y  
 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。 ;lE=7[UJ3X  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 7wWx8  
 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)。 NL|c5y<r  
Pw]+6  
(5Q<xJ  
8. 总结 Yg5o!A  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 yph@H!@  
(FGy"o%TP'  
第1步 z"|jCdZGM  
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。 0@{bpc rc  
CIo`;jt
K  
第2步 LrO[l0#'Q  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 6v scu2  
扩展阅读 ?
1r;6  
扩展阅读 7]?y _%kT  
 开始视频 MaPhG<?  
-    光路图介绍 #"r_ 3