[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

M'sq{K9  
应用示例简述 nqC@dHP  
>E\U$}WCG  
1. 系统细节 N${Wh|__^l  
 光源 j|DjO?._'  
— 高斯光束 y.,li<  
 组件 k*e$_  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 _(J4  
 探测器 \}EJtux q  
— 视觉感知的仿真 m;oCi}fL  
— 电磁场分布 VxqoE]Dh  
 建模/设计 & oj$h  
— 场追迹： )n{9*{Ch  
 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。 NhRKP"<CO  
tBtmqxx  
2. 系统说明 iNG =x  
/kc@ELl  
d8N4@3CkL  
3. 模拟 & 设计结果 -40s  
|TQa=  
4. 总结 K0^Tg+U($p  
rvRIKc|}l  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 K[R.B!;N  
0fAo&B  
第1步 "YoFUfaNg  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 LLU]KZhtY|  
Nc\jA=  
第2步 ['DYP-1J  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 7$A=|/'nSA  
7f]O /  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 %~EOq\&  
3dB{DuQ  
应用示例详细内容 1pJ
?YV  
VmP5`):?b  
系统参数 q?=_{oH9  
a'|/=$  
1. 该应用实例的内容 r[4dGt  
jUCDf-_ m  
'~n=<Y  
2. 设计&仿真任务 h{.x:pPXy  
M2piJ'T4u  
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。 <ql:n  
ZL+46fj  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ?(E?oJ)(  
M <ccfU!  
6r}w  
4. 参数：SLM像素阵列 QB6. o6  
4mwLlYZ  
K?gO]T{6  
5. 参数：SLM像素阵列 [9,34/i  
C3-I5q(V]  
N7#,x9+E  
应用示例详细内容 9YVr9BM'K  
=0_((eXwf  
仿真&结果 ~09kIO)  
ucX!6)Op  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM !WNO!S0/j  
 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)。  Dac ,yW  
 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。 y7-daek  
A"Sp7M[J  
2. VirtualLab的SLM模块 `V=F>s$W  

~NBlJULS  
z2god 1"  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 }-%:!*bLj  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 Azag*M?  
6;p"xC-  
3. SLM的光学功能 2PQY+[jx  
Vh8RVFi;c  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 '$Fu3%ft  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ~vstuRRST  
 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。 <-N7Skkk!  
sp&g  
Z.3*sp0 yv  
*(j-jbA  
ydf;g5OZ  
 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。 *%jd>e7d  
'[Z.\   
Jk,}3Cr/  
T74."Lo#  
R*>
EbOuI  
4. 对比：光栅的光学功能 _v +At;Y  
 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。 QR*{}`+l  
 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。 Ujfs!ikh&F  
 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)。 &d&nsQ
 
 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。 qY|NA)E)Bp  
 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。 aKk0kC  
WkSv@Y,  
_[8sL^  
U_1N*XK6$  
3?-2~s3gp  
5. 有间隔SLM的光学功能 *Fz#x{zt  
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。 AS]jJc^  
%tZ[wwt  
( Y)a`[B  
2hFj+Ay  
y];@ M<<?e  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 66MWOrr  
q\T}jF\t  
~=9]M.$  
6. 减少计算工作量 w$FN(BfA  
axL
O: Q,  
采样要求： ky0,#ZOF  
 至少1个点的间隔(每边)。 Wm>AR? b  
 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。 <n)R?P(or  
.p /VRlLU  
采样要求： V|G
[j\]E<  
 同样，至少1个点的间隔。 n8 e4`-cY  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 ~R\U1XXyUY  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 g@IYD  
5 @61=Au  
 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。 kq=tL@W`0}  
 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。 FN295:Iuw  
 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)。 4Vrx9 sA1  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 _~_6qTv-d  

?%RR+(2m  
H\ONv=}7I  
eKek~U&  
~7"6Y]  
7. 指定区域填充因子的仿真 J&jig?t  
O!.mc=Gx7  
 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。 SM
8m\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。 ~[9(}UM  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 TM?7F2
  
 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)。 } P/ x@N  
:h)A/k_  
`8N],X  
8. 总结 }doJ=lc  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 f+Da W  
VKXZA2<?'  
第1步 PbN"+qM  
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。 ky98Bz%  
ZeYkZzN  
第2步 x:WxEw>R  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 {uuvgFC  
扩展阅读 B^sHFc""V  
扩展阅读 "J (.dg]"  
 开始视频 &+>)H$5  
-    光路图介绍 20p/p~<