[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

Y_aP:+  
应用示例简述 !<['iM  
P"h,[{Y*>  
1. 系统细节 {U+9,6.`  
 光源 _Oaso >  
— 高斯光束 "
=v J}  
 组件 :*w:eKk  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 |n-a\  
 探测器 7kWZMi  
— 视觉感知的仿真 Cx1Sh#9  
— 电磁场分布 M7cI$=G  
 建模/设计 s1*WK&@  
— 场追迹： JXI+k.fi  
 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。 *6\`A!C  
(0+GLI8  
2. 系统说明 ^0BF2&Zx  
XQ4^:3Yc  
G+\~rl  
3. 模拟 & 设计结果 sL[(cX?;2  
!MG>z\:  
4. 总结 R;Ix<y{U  
bW 79<T'+  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 *|.y
X%"k  
)MX1776kU  
第1步 @Tm0T7C  
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[gdA#1  
pN^G[  
第2步 \VhpB   
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ED
=BZR  
R~seUW7uv"  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。
$BO}D  
1H2u,{O  
应用示例详细内容 .tHv4.ob  
d9e H}#OY  
系统参数 ju2X*  
" :nVigw&  
1. 该应用实例的内容 bUg2Bm!y  
N6 }i>";_;  
W~@GK  
2. 设计&仿真任务 HU.6L'H*  
p=P0$P+KM  
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。 @SMy0:c:  
v.8S V
]  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 9[]"%6  
TYLl_nGr  
[ QL<&:s&  
4. 参数：SLM像素阵列 J;]@?(  
Qre&N_  
sB1tce  
5. 参数：SLM像素阵列 BrH`:Dw  
`?S?)0B  
JMe[ .Sx  
应用示例详细内容 ]e3}9.  
moM&2rgdrQ  
仿真&结果 !v;_@iW3e  
X72X:"  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM M&\?)yG  
 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)。 x[uX
D  
 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。 8LM1oal}  
2n+XML  
2. VirtualLab的SLM模块 k^%ec3l  

kp>Z/kt  
oX]1>#5UMg  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 OU3+SYM  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 r
ls#gw  
2B?i2[a,  
3. SLM的光学功能 q>oH(A  
`j"G=%e3.  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 Wa
tLAn+  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 \ rWgA  
 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。 fvfVBk#  
wdDHRW0Y  
O)Dw<j)  
R3!vS+5rR  
HaN_}UMP  
 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。 \B ^sJ[n  
pC.T)k  
S7>gNE;%]u  
scEQDV  
.E8p-R5)V>  
4. 对比：光栅的光学功能 .`#R%4Xl  
 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。 Gv3Fg[MA@c  
 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。 6 &Aa b56  
 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)。 ?Pw\&q  
 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&`r87J  
 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。 ;+KgujfU  
q _|5,_a  
? Z fhz  
1b%7FrPkd  
]c=1-Rl
  
5. 有间隔SLM的光学功能 s3
!LR2qiF  
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。 &bgi0)>  
3s$.l}  
myX0<j3G5  
G")EE#W$}  
:R\v# )C  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 QNwAuH T  
jz:c)C&/  
t? Ja q  
6. 减少计算工作量 5kNs@FP  
RYaofW  
采样要求： 0! %}  
 至少1个点的间隔(每边)。 shvcc  
 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 Nw*"9  
DA@hf  
采样要求： jn Y3G  
 同样，至少1个点的间隔。 {# _C  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 eakIK+-21y  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 o@;_(knb  
bj{f[nZ d  
 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。 ;CBdp-BUj  
 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。 WfO$q^'?DP  
 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)。 Xe+FMbBco  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 6u;(R0n  
J :(\o=5 5  
shZ<j7gqI  
@!O{>`  
xhS/X3<th  
7. 指定区域填充因子的仿真 )KQum`pO  
>vy+U  
 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。 R?SHXJ%'  
 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。 3<V!y&a  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 HE'8  
 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)。 5~0;R`D  
+[
9"M+4-  
k@U`?7X  
8. 总结 _S1uJ~j;E  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 }dl(9H=4  
X jN.X  
第1步 zSCPp6  
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。 OG`Oi^2  
Jl ?Q}SB  
第2步 "ukbqdKD  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 fTgN2U  
扩展阅读 0MPDD%TP  
扩展阅读 B35f5m7r  
 开始视频 ;d40:q<  
-    光路图介绍 yG4MqR)J