[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

wKeqR$  
应用示例简述 o7T|w~F~R  
^r& {V"l]  
1. 系统细节 " }ZD)7K  
 光源 Azle ;\l`  
— 高斯光束 oPbD9  
 组件 r#Fu<so,  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 K`X2N  
 探测器 ;p_X7N  
— 视觉感知的仿真 ^]DWrmy  
— 电磁场分布 eLYFd,?9  
 建模/设计 *=7[Ip<X  
— 场追迹： ~+np7  
 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。 Vx*q'~4y!|  
aO
D"z7}U  
2. 系统说明 y%,BDyK  
P8VU&b\  
tQ~B!j]  
3. 模拟 & 设计结果 -&EmEXs%  
<di_2hN  
4. 总结 J7_H.RPa  
Xp~]kRm9  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 _Nn!S
E  
84[^#ke  
第1步 W$JA4O>b  
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。 fEjW7 c  
$aA.d^  
第2步 itF+6wv~  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 C#~MR+;  
+Y~+o-_  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 m#nxw  
>&&xJ5  
应用示例详细内容 =eqI]rVj^  
i4I0oRp  
系统参数 _6m3$k_[MJ  
S
>,I&`yi  
1. 该应用实例的内容 3I5WD
uq  
[j?<9  
YP<]f>SBt  
2. 设计&仿真任务 y2R=%EFh6  
T,uIA]  
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。 DH !Br  
V8yX7yx  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 B0i}Y-Z  
>y9o&D  
ElXe=5L\#  
4. 参数：SLM像素阵列 .e"Qv*[^  
r(i)9RI+(  
v)yimIHzo  
5. 参数：SLM像素阵列 Fw9``{4w  
wP/9z(US  
u mlZ(??.  
应用示例详细内容 9@Sb! 9h  
? sW`**j  
仿真&结果 V@:=}*E  
XQOprIJ U  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM i8YgG0[)  
 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)。 

-mJ&N  
 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。 g&TCff  
txo?k/w  
2. VirtualLab的SLM模块 ennz/'  

{,FeNf46  
[T]qm7 ?  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ]&U|d  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 [\9
(@Bx  
eH955[fVd4  
3. SLM的光学功能 %"Q!5
qH&  
.p9h$z^  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 %_MR.J+m2  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 )95yV;n   
 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。 [|n-x3h  
xqWrW)  
+g6j=%  
4s
BoD=e  
Kw0V4UF  
 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。 DD 5EHJR  
]8>UII,US  
d4>-a^)V  
|D`b
7h  
sLa)~To
 
4. 对比：光栅的光学功能 2Lekckgv  
 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。 tc<M]4-  
 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。 ,beR:
60)  
 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)。 `$Flgp0P  
 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。 &IEBZB\/+&  
 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。 ?VZXJO{^  

Ym{%"EB  
@b*T4hwA.  
%[\x%m)  
dh;M
pE  
5. 有间隔SLM的光学功能 wu!_BCIy  
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。 sQ:VrXwP  
|vDoqlW  
<Mn7`i   
k\&IFSp  

oB06{/6  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 /W$y"!^)J1  
@VC9gdO/  
vYR=TN=Z4  
6. 减少计算工作量 H"GE\  
RQS:h]?:l  
采样要求： VWA-?%r  
 至少1个点的间隔(每边)。 zHoO?tGf  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 ";?C4%L  
}:9|*m<$t  
采样要求： JNM@Q  
 同样，至少1个点的间隔。 "o#)vA`  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 wdcryejCkr  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 N 1f~K.e\  
2mG&@
E  
 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。 K~y9zF{  
 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。 t:"=]zUU  
 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*y6~AYN#  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 #!=>muZt  

4`!  
!OoaE* s  
$,&gAU  
&pMlt7  
7. 指定区域填充因子的仿真 kLPO+lg+  
COan)<Ku  
 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。 Ro'4/{}+  
 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。 i5E:FS^!I  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 AYPf)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)。 !: EW21m  
dJQ }{,+6  
$;)noYo  
8. 总结 Wr
HgF*[  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 cfC;eRgq~  
DA4edFAuE  
第1步 +1+A3
 
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。 #}t1   
M89-*1  
第2步 B=q)}aWc  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 %KJhtd"q  
扩展阅读 d)hzi  
扩展阅读 _!C)r*0(  
 开始视频 9#s9
5RO  
-    光路图介绍
EN-8uY.