[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

^Vbx9UN/  
应用示例简述 8LI aN}  
i146@<\G{P  
1. 系统细节 3CKd[=-Z  
 光源 -K"" 4SC2  
— 高斯光束 Z$UPLg3=;_  
 组件 rP5&&Hso  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 asT/hsSNS  
 探测器 ( M > C  
— 视觉感知的仿真 WFGcR9mN?  
— 电磁场分布 Dw%V.J/&o  
 建模/设计 .J/x@  
— 场追迹： +*W9*gl  
 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。 |"K<  
;~A-32;Y4  
2. 系统说明 oVD)Fb%[i9  
AZj`o  
[lU0TDq  
3. 模拟 & 设计结果 ]+U:8*  
3`Ug]<m  
4. 总结 F!>92H~3G  
g6s&nH`Z2  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 !=)R+g6b  
wgN)*dpuI
 
第1步 pBZf=!+E  
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。 d`XC._%^J  
3?}\Hw  
第2步 z<3{.e\e  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 v+), uj  
i)@IV]]6yL  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 #hKaH -j  
P' ";L6h  
应用示例详细内容 ak
SUk)}e  
k;7R3O@  
系统参数 zL^`r)H  
rXIFC
t8J  
1. 该应用实例的内容 $!'S7;*uW  
u{asKUce\  
jD<fu  
2. 设计&仿真任务 :jKiHeBQu?  
.wdWs tQ  
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。 p aQ"[w  
LR(
Q.x  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 (TX\vI&  
T#o?@;  
@|=JXSr!KY  
4. 参数：SLM像素阵列 LH:M`\(DL1  
V(?PKb-w)  
z PW[GkD  
5. 参数：SLM像素阵列 %8L>|QOX  
7U3b YU~;  
i"B q*b@  
应用示例详细内容 v^;p]_c~2  
J{69iQ  
仿真&结果 D*nNu]|j  
Au=9<WB%H  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ,G
U|3  
 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)。 odPdWV,&*  
 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#j)uD  
$-=QTX  
2. VirtualLab的SLM模块 +,g"8&>  

=V[e
y  
l%f&vOcd  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 *EB`~s  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 yF _@^V  
fr19C%{  
3. SLM的光学功能 =*[98
%b   
h1A/:/_M6  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 qH8d3?1XO  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 +L]$M)*0&  
 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。 Jc3Z1Tt  
}|Ao@UvH  
IAlX^6s*  
C4].egVg  
Sc?UjEs  
 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。 p'fD:M:  
M'gL_Xsei  
&Q>tV+*  
$vR#<a,7>  
5;alq]m7  
4. 对比：光栅的光学功能 9_4bw9A  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 C&1()U  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 ^z^zsNx  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 -".q=$f  
 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。 7<Yf  
 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。 \\D(St  
d41DcgG'j(  
l_MF9.z&  
C 7a$>#%  
AWG;G+  
5. 有间隔SLM的光学功能 Hd8 O3_5  
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。 89kxRH\IhG  
p_g#iH!*  
rYP72<   
*Bm7>g6  
<aPbKDF~V  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 P\nz;}nv  
d'okX
CG  
m) -DrbE  
6. 减少计算工作量 5L!cS+QNU  
e6(Pw20)s  
采样要求： ,SQ`, C _5  
 至少1个点的间隔(每边)。 li +MnLt  
 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。 gd,3}@@SH  
YPU*T&~  
采样要求： o]jPG  
 同样，至少1个点的间隔。 <|kS`y  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 -yJ%G1R  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 h't!1u  
yd>b2 M  
 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。 |ler\"Eu  
 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。 ~TvKMW6/#  
 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)。 v"I#.{LiH=  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ;&2f{  
N,
?4,+Hc-  
@,i_Gw)  
]aDU*tk  
<,:5d2mM.  
7. 指定区域填充因子的仿真 mV'XH  
%0MvCm  
 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。 I%Yeq"5RB  
 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。 -KA Y  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ~#SLb=K   
 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)。 Gp.XTz#=  
0g{`Qd  
mFa%d8Y  
8. 总结 {S6:LsFfm  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 dR|*VT\  
|3SM  
第1步 qPvWb1H:  
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。 =K:)%
Qh  
l =X6m(  
第2步 4F=cER6l  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 DKnlbl1^?  
扩展阅读 M}Obvl  
扩展阅读 E/:mO~1< c  
 开始视频 Q8GI;`Rb  
-    光路图介绍 H(rK39Q