[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

]f{3_M[  
应用示例简述 s Poh\n  
s<>d&W 0=  
1. 系统细节 \VpN:RI  
 光源 EDT9O  
— 高斯光束 GXaPfC0-y  
 组件 o_8Wnx^  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ?lE&ow  
 探测器 \5|MW)x  
— 视觉感知的仿真 NX4G;+6  
— 电磁场分布 2##;[  
 建模/设计 GQ(*k)'a  
— 场追迹： {p.^E5&  
 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。 3n,jrX75u  
d.|*sZ&3p  
2. 系统说明 nW)?cQ I  
ZIN1y;dJ  
J}NMF#w/;  
3. 模拟 & 设计结果 IwXWtVL  
> ^=n|%  
4. 总结 IR:GoD+  
IaZmN.k*  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 {]bmecz  
e |K_y~  
第1步 jG~
-V<&  
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。 %QG3~b% h  
$K.DLqDt  
第2步 $l2`@ia"  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 <6Y|vEo!N  
X%mga~fB  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 B}S+/V` Y5  
uI$n7\G!  
应用示例详细内容 Atb`Q'Yrw  
qfG:vTm  
系统参数 hraR:l D  
0SU v5c  
1. 该应用实例的内容 kebk f,`p  
-oUGmV_  
ul3~!9F5F  
2. 设计&仿真任务 I{I
p  
)RN3Oz@H  
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。 XD?Lu _.  
F!3p )?  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 R%4Yg(-Q  
Q7<Y5+  
'<3h8\"  
4. 参数：SLM像素阵列 j85B{Mab&  
wK0x\V6dJ  
(a0(ZOKH  
5. 参数：SLM像素阵列 4qQE9fxdY  
P4HoKoj2`  
Auc&dpW  
应用示例详细内容 !KJA)znx;(  
TFG? EO  
仿真&结果 9
i U/[d  
Fm=jgt3wv8  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM !zt
>& t  
 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)。 sBYDo{01  
 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。 \?oT.z5VG&  
Ux1j+}y  
2. VirtualLab的SLM模块 2Y%7.YX"  

c0Bqm  
|||m5(`S  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 L){V(*K '  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 SHs [te[  
|{(JUXo6K  
3. SLM的光学功能 gm pY[  
1TX3/]:  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 t{yj`Vg  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 H\V?QDn  
 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。 kkfBVmuW  
dH.Fb/7f  
C+P.7]?&  
g)\Tex<  
&"WgO!pzD  
 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+<qI~  
Kp*3:
XK  
-<k)|]8  
k~so+k&=b  
EcX7wrl9x  
4. 对比：光栅的光学功能 Iila|,cM  
 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。 MM]0}65KG  
 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。 5Pq6X  
 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)。 n-SO201[*  
 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。 \BH?GMoP  
 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。 PYC  

H{yBDxw  
(1q
(6!  
50|nQ:u,  
OM^`P  
5. 有间隔SLM的光学功能 p#Po?  
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。 c~/poFj  
jbq x7x  
-W.-m2:1  
v(R^LqE  
QHja4/
 
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 JL!^R_b&c  

m>48?%  
AcEz$wy  
6. 减少计算工作量 shL_{}  
6W  
采样要求： !<=(/4o&P  
 至少1个点的间隔(每边)。 J"< h#@`  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 =w;-4  
x^_c4,i)  
采样要求： j@#RfVx  
 同样，至少1个点的间隔。 Sh5)36  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 \!jz1`]&{  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 -hfkF+=U'  
g"Hl 30o  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 ?D7zty+}^  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 B5+Q%)52  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 !5h-$;  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 AxH`4=3<  
;qy;;usa  
UroC8Tm  
J!RRG~  
A-.Wd7
^~*  
7. 指定区域填充因子的仿真 7O%^4D  
4;)t\9cy_  
 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。 vol (%wB  
 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。 kG9aHWw  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 T`j{2  
 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)。 wj0_X;L  
LttA8hf5q?  
6C<GYzzo  
8. 总结 Y1>OhHuN  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 c;]^aaQ+>  
b;*'j9ly  
第1步 ^V9|uHOJoq  
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。 E}F-*go  
TG8U=9qt  
第2步 gaNe\  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。
hT_Q_1,  
扩展阅读 S76MY&Vx23  
扩展阅读 3?`TEw~'  
 开始视频 :/6aBM?  
-    光路图介绍 N}[!QE