[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

]q]xU,  
应用示例简述 ;]dD\4_hK  
Qm%PpQ^Lz3  
1. 系统细节 YWFE*wQ!  
 光源 'FErk~}/4s  
— 高斯光束 f>N DtG.6  
 组件 o`bc/3!  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 /WuYg OI  
 探测器 ']M/'CcM  
— 视觉感知的仿真 Pyo|Sgk  
— 电磁场分布 Met]|&  
 建模/设计 23}` e  
— 场追迹： n>Ff tVZNJ  
 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。 0,%{
r.\S  
QZzamT)"  
2. 系统说明 jeC=s~  
0fsVbC  
5'zXCHt  
3. 模拟 & 设计结果 EW `hL~{  
AC,RS7  
4. 总结 `b?uQ\#-M  
=oBpS=<7  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ]5ZXgz  
Su#0F0  
第1步 ./YR8#,  
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。 ^""edCs  
Tq1\  
第2步 G/_IY;  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 iGyetFqKw  
mWp>E`l  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 qN!oN*  
=nEP:7~{  
应用示例详细内容 Ln+l'&_nb  
1h,iWHC  
系统参数 .~]|gg~  
8w0~2-v.?V  
1. 该应用实例的内容 +:MSY p  
":!$Jnj,  
RZa/la*  
2. 设计&仿真任务 NoI|Dz  
yM_/_V|G  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 ,B
<\a  
].d2CJ'  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 +-izC%G  
sZ `Tv[  
IskL$Y ^  
4. 参数：SLM像素阵列 :j\7</uu  
#ArrQeO 5_  
r4yz{^G  
5. 参数：SLM像素阵列 (,|,j(=]  
oRV}Nz7hr  
u$nzpw0=H  
应用示例详细内容 y=3 dGOFB  
j\y;~ V  
仿真&结果 =ZgueUz,  
=KE7NXu]-  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM vrs  
 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)。 "hIYf7r##  
 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。 q<YM,%mgj  
}lZEdF9GhG  
2. VirtualLab的SLM模块 G~9m,l+  

iq&3S0  
i<QDV W9  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 s QDgNJbU  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 2#wnJdr6E  
)2f#@0SVL  
3. SLM的光学功能 8v$q+Wic  
V DF
gu  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 i VSNara  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 {R1]tGOf  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 yV^Yp=f_  
-^p{J TB+  
#xIg(nG  
|#Gxqq'  
u~uzKG  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 <A3%182  
'Ru(`" 1|  
1XGg0SC  
~
k*]Z
8Z  
.:S/x{~  
4. 对比：光栅的光学功能 = 0 ~4k#  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 %4~"$kE  
 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。 AL]gK)R  
 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)。 8Km&3nCv$Q  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 !(d]f0  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 DV5hTw0  
\u[x<-\/6  
, ZsZzZ#  
Fis!MMh.$  
o;8$#gyNY  
5. 有间隔SLM的光学功能 Wt.DL mO  
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。 \0\O/^W0  
~Ztn(1N  
4.9qB  
JVAyiNIH>M  
8JLf @C:  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 m6Dm1'+  
/~LE1^1&U  
ing'' _  
6. 减少计算工作量 P\"kr?jZP  
\/Y(m4<P
 
采样要求： _}[ Du/c  
 至少1个点的间隔(每边)。 9o@3$  
 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。 a;o0#I#Si  
!Dd'*ee-;  
采样要求： w2B)$u  
 同样，至少1个点的间隔。 gawY{Jr8I  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 {;$oC4  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。
[RF,0>^b  
PT>b%7Of  
 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。 teok*'b:  
 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。 }*x1e_m}H  
 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)。 1}VaBsEV  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 z}vT8qoX  
'FW?   
`KQx#c>'  
@pH2"k| @  
^".OMS"!  
7. 指定区域填充因子的仿真 Du_5iuMh  
tZ]gVgZg  
 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。 XYU5.  
 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。 c>bns/f  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 VEps|d3,,  
 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)。 poz_=,c  
.}__XWK5  
|/,SNE  
8. 总结 3lF"nv  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Tm"H9  
J|WE&5'  
第1步 Q<sqlh!h  
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。 IO)Y0J>x  
:1+Aj (  
第2步 Us`=^\  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 F5?S8=i  
扩展阅读 fD!c t;UK  
扩展阅读 .fWy\r0  
 开始视频 Y"FV#<9@7E  
-    光路图介绍 (.-4Jn