[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

0 s@>e  
应用示例简述 *SYuq)  
vt#&YXu{A  
1. 系统细节 5Mp$u756  
 光源 -I:L6ft8  
— 高斯光束 \I7&F82e  
 组件 G;e)K\[J  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 z(#CO<C.t  
 探测器 qFp]jbU  
— 视觉感知的仿真 r*c x_**  
— 电磁场分布 s(:N>K5*  
 建模/设计 S]ed96V v  
— 场追迹： RgD:"zeM  
 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。 MSb0J`  
K_Kz8qV.?  
2. 系统说明 To;r#h  
b?-KC\}v  
#[]B
: n6  
3. 模拟 & 设计结果 &<Fw  
_6`H`zept  
4. 总结 ;73{n*a$  
~3$:C#"Dl  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ^3C%&  
2UMX%+ "J  
第1步 W
S+uKb^<  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 "d*-
k R  
0KN'\KE  
第2步 BSY7un+`:  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 6n^vG/.M  
g{Hb3
id9  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 hM[I}$M&O  
;Ouu+#s  
应用示例详细内容 vv
 D515i  
A<-3u  
系统参数 0BN=>]V~j7  
-e.ygiK.`S  
1. 该应用实例的内容 v{) *P.E  
}O:l]O`  
Ku8qn\2"  
2. 设计&仿真任务 h@{CMe
 
W3xObt3w\  
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。 {qFAX<{D  
gFxaUrZA  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 nC\LDeKc  
FD.L{  
CMfR&G,)  
4. 参数：SLM像素阵列 960rbxKy3  
xKXD`-|W  
(o8?j^ -v  
5. 参数：SLM像素阵列 y<)q;fI7  
mam(h{f$  
-P'c0I9z  
应用示例详细内容 \Bn$b2j!%  
A"B[F#
  
仿真&结果 ^oZD44$  
_'P!>C!  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ~ym-Szo  
 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)。 Lu~M=Fh  
 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。 Gl5W4gW;&  
(ChL$!x  
2. VirtualLab的SLM模块 0GnbE2&  

w]Ci%W(  
&uxwz@RC0  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 D?P1\<A~  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 I@YX-@&7  
^4tz*i  
3. SLM的光学功能 ipJnNy;  
E#,n.U>#)  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 u )KtvC!  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 si|b>R&Z  
 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。 .8Gmy07  
m>-(c=3  
9h'klaE(  
,7izrf8  
<{Ir',;  
 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。 6Er%td)f  
VK?c='zg  
Qrt> vOUE7  
f*ZIBTb 9  
S-)%#  
4. 对比：光栅的光学功能 LxxFosi8  
 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。 }\_[+@*EJ  
 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。 } T1~fa  
 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)。 `K\(I#z  
 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。 IQCIc@5  
 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。 +#R<emW  
zmh3 Qa(  
4)~GHb  
e025m}%SU  
(eJYv: ^  
5. 有间隔SLM的光学功能 7=x]p
  
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。 EcW$'>^  
4).>b3OhX  
m8njP-CZ  
do(komP<\  
5\$8"/H  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 C/x<_VJzN/  
JOJ?.H&su  
f.&Y_G3a<  
6. 减少计算工作量 Rw\S-z/  
Xm}~u?$3  
采样要求： -964#>n[  
 至少1个点的间隔(每边)。 e(m#elX  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 h_:|H8t;w  
`CQMvX{  
采样要求： C) "|sG  
 同样，至少1个点的间隔。 A9HJWKO  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 ?4i:$.A Y  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 *k#M;e  
csF!*!tta  
 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。 ;n,@[v  
 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。 aj<=]=hr  
 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)。 \#; -C<[b  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 uZ(j"y  
) b vZ~t+^  
-6KGQc}U  
@fWmz,Ngl  
j7)Xm,wI8  
7. 指定区域填充因子的仿真 |Skk1#  
a}+7MEUmZ/  
 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。 R1DXi  
 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。 JS<4%@  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 1&@s2ee4   
 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)。 $MEKt}S  
zp2IpYQ,3  
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B?:  
8. 总结 @]H:=Q'gj  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ;hOrLy&O  
>}*iQq  
第1步 jtk2>Ol  
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。 Jyx6{Oj  
!v2D 18(  
第2步 uYPdmrPB?l  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 EQkv&k5X  
扩展阅读 .`OdnLGy  
扩展阅读 U. 1Vpfy  
 开始视频 8S>T1st  
-    光路图介绍 5CxD ys&<