[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

xwK<f6H!y  
应用示例简述 #c?\(qjWA  
oX?2fu
-  
1. 系统细节 ';b/D   
 光源 ?bN8h)>QQ8  
— 高斯光束 WdIr3  
 组件 N15{7,   
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 M=0I 3o}J  
 探测器 {#Gr=iv~N  
— 视觉感知的仿真 3R4-MK  
— 电磁场分布 +TUtVG  
 建模/设计 C7qbofoV  
— 场追迹： &a48DCZ
 
 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。 6PJ0iten  
u!{P{C  
2. 系统说明 Z
H&%D*a&  
fyQAQZT  
m"+9[d_u  
3. 模拟 & 设计结果 dVCBpCxI  
B.&q]CAv-  
4. 总结 ^dqyX(
 
.F 3v)  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 OBb  
+-8uIqZ  
第1步 -V4@BKI8  
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。 v?d~H`L  
(A(d]l  
第2步 jsi\*5=9p<  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Pf@8C{I  
zL)m!
:_  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 'SOp!h$  
ze,HNFg@>  
应用示例详细内容 jQsucs5$h  
)+cP8$n6L  
系统参数 wl5!f|  
PiAA,  
1. 该应用实例的内容 {\lu; b!  
KY4|C05,  
X}Fc0Oo  
2. 设计&仿真任务 ds7I .Q'  
v*]|1q%/  
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。 O]lWaiR`  
Xg.\B1d  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 8 +uOYNXsA  
hQl3F6-ud  
E!3W_:Bs  
4. 参数：SLM像素阵列 Mb?6c y[  
Eiz\Nb  
(x?A#o>%  
5. 参数：SLM像素阵列 $IB@|n  
9e8@0?0  
>JC.qjA  
应用示例详细内容 2eb :(D7Cq  
w 7=Y_  
仿真&结果 )t@OHSl  
"&L<u0KHG  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM eMWY[f3  
 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)。 P1z6sGG  
 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。 JLc\KVmF  
4*m\Zoq>  
2. VirtualLab的SLM模块 "kf7??Z  

^HC! my
 
.;*0odxv  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 yUNl)E  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 1N:eM/a  
ab3" ?.3m  
3. SLM的光学功能 %&e5i  
gKS^
-X{x  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 iM}cd$r{  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 B`T9dL[E4  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 SU H^]4>  
<lv:mqV  
)+\e+Ad}H  
e|Lh~sVq  
~_^nWT*BV  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 5_=&U-? H  
_Se>X=  
EeL~`$f  
e2/[`k=7-  
w3,QT}WvY  
4. 对比：光栅的光学功能 6=|Q>[K  
 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。 _K/h/!\n  
 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。 T[ mTA>d  
 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)。 !X |Tf  
 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。 3MkF  
 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。 dR $@vDm  
%H%>6z x  

N2q'$o  
dL[mX .j"  
5UjXpS  
5. 有间隔SLM的光学功能 |A5]hL  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 JX>_imo  
^Z\1z!{R  
K$f~Fft  
*-` /A  
V

I37  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 w[]7{D];  
tPFV6n i  
O:k@'&  
6. 减少计算工作量 Nu|?s-  
qRB&R$  
采样要求： o5AyJuS-u$  
 至少1个点的间隔(每边)。 .VWH  
 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。 >&BgF*mm  
O+z-6:`  
采样要求： x!LUhX '  
 同样，至少1个点的间隔。 H:p(C?tk{  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 ><^A4s  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 HLTz|P0JZ  
QeU>%qKT  
 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。 [Zgy,j\\  
 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。 0( /eSmet  
 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)。 g[:5@fI#*  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 KHdj#3<AR  
6t*=.b,N  
fZXd<Fg+  
(3=.3[  
WYI? M  
7. 指定区域填充因子的仿真 saYn\o"m  
&/Tx@j^.C  
 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。 Q_M2!qj  
 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。 Nb(se*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。 :'.-*Ew  
 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)。 hLJO\=0rJz  
6n;ewl}  
qH"0?<$9  
8. 总结 "52wa<MVJ  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 #N,\c@Gy  
wBCnP  
第1步 lzl4pnj  
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。 Yo(8mtYU  
q;Qpd]H  
第2步 *)u
_m h  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 hq\KSFP  
扩展阅读 e`8z1r  
扩展阅读 GTJ\APrH  
 开始视频 ${e(#bvGZ  
-    光路图介绍 5C{X$7u