[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

5Kzt8Tv[  
应用示例简述 U^PXpNQ'  
'cO8& |  
1. 系统细节 [:X@|,1V!L  
 光源 -@N-i$!;J  
— 高斯光束 i~u4v3r=  
 组件 w.m8SvS&b  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 Wb}-H-O  
 探测器 aT0~C.vT  
— 视觉感知的仿真 _pdKcE\X  
— 电磁场分布 ^>|ZN2  
 建模/设计 L.;b(bFe  
— 场追迹： $LXa]  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 ;$D,w  
"c%wq0  
2. 系统说明 \[G'cE  
JH?ohA  
LW1 4 'A}  
3. 模拟 & 设计结果
o#m31*o  
1Yb&E7j  
4. 总结 Ct=bZW"j/  
VzG|Xtco[  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 lelmX  
kQ+y9@=/g  
第1步 dk&F?B{6T  
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。 .tRm1&Qi  
m H:Un{,  
第2步 -zK>{)Z=q  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 kK5&?)3Y:  
{K|?i9K  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 @GQe-04W`  
DAw1S$dM  
应用示例详细内容 2s}S9  
+^7cS6"L  
系统参数 *R6lK&  
l!p`g>$&f  
1. 该应用实例的内容 w:zo \  
*f+s  
vP{i+s18B  
2. 设计&仿真任务 .X!!dx1<  
H;`F}qQ3  
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。 Yc#Uu8f-  
p[4 +`8  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ~(GvjB/C8  
I"&cr>\  
>Tf}aI+  
4. 参数：SLM像素阵列 k8 #8)d  
$:s@nKgnD~  
KR.;X3S}  
5. 参数：SLM像素阵列 AE~zmtW  
i[z 2'tx4  
SkDr4kds  
应用示例详细内容 )?{<Tt@  
`n>/MY  
仿真&结果 WB:0}b0Gu  
NVzo)C8kb  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM z$&B7?  
 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)。 0YoKSo  
 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。 [P}Bq6;p  
56C8)?  
2. VirtualLab的SLM模块 *k(FbZ  

7nPg2K&  
1ZFKLI`V  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 hP:>!KJ  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 $z!G%PO1%  
{/noYB<;  
3. SLM的光学功能 6vNW)1{nn  
>FE8CH!W&  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 -#I]/7^  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 vapC5,W"2-  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 w,P@@Q E  
8YZ9  
)Q1aAS3  
B2r[oT R  
TX5??o  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 4$^mLD$>  
kO)Y|zQ  
!v2/sq$G  
?Nt(sZ-  
{ {?-& yA  
4. 对比：光栅的光学功能 KY&Lv^1_|  
 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。 u""26k51  
 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。 O#.YTTj  
 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)。 
nHRsr x  
 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。 xy`Y7W=  
 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。 :G6CWE  
09McUR@  
KS#A*BRQ  
I{w(`[Nxw*  
YXo?(T..  
5. 有间隔SLM的光学功能 (?A c`H  
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。 #;99vwc  
ta95]|z"j  
XR]bd  
= V')}f~C  

"(jD*\8x  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 KxErWP%  
-f
?  
N!.o`4 "z  
6. 减少计算工作量 h,y_^cf  
,|O6<u9  
采样要求： :YLs]JI<  
 至少1个点的间隔(每边)。 ms3"  
 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。 .hckZx /  
xw{K,;WeO  
采样要求： n
YyKz Rz  
 同样，至少1个点的间隔。 <LZ#A@]71  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 )z&C&Gqz  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 h% >ZN-K)  
O-.G("  
 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。 sI6*.nR  
 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。 h}|.#!C3  
 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)。 2iKteJ@h)  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ADF<5#I  
l`#rhuy`  
dB~A4pZa  
K:e[#b8:R  
PE;<0Cz\  
7. 指定区域填充因子的仿真 A1;'S<a  
x [vbi  
 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。 kXdXyq  
 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。 7*K2zu3  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ,2 xD>+=  
 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)。 KtJc9dnX  
EPwU{*F  
N G vb]  
8. 总结 y%9Hu
  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 QeT~s5 H  
2f{p$YIt  
第1步 )Pubur %,  
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。 $ r-rIW5\  
6Ik v}q_j  
第2步 E3{kH 7_'\  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 A|PZ<WAY  
扩展阅读 aj
G_t  
扩展阅读 v6wg,,T  
 开始视频 8LF=l1=~  
-    光路图介绍 mYfHBW: