[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

z)}3**3'y  
应用示例简述 4w'lu"U  
9/#0
?(K8  
1. 系统细节 2b5#PcKa  
 光源 Rv98\VD"  
— 高斯光束 rVY?6OMkd  
 组件 '!p=aF9L  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 "jT#bIm  
 探测器 Z
.quh;  
— 视觉感知的仿真 n=q=zn;  
— 电磁场分布 2Zy_5>~  
 建模/设计 xq2V0Jp1u  
— 场追迹： {;*}WPYb  
 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。 |XRI
meF'd  
+]c/&Xo!  
2. 系统说明 $_sYfU9  
C6|(ktt  
{Bh("wg$Lk  
3. 模拟 & 设计结果 zN%97q_  
`z9J`r=I  
4. 总结 \@K
~L4>  
fxd0e;NAAh  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 >"%ob,c:#  
Fi4UaJ3K  
第1步 ; DDe.f"  
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^+?|Y@N  
6V1:qp/6  
第2步 je%ldY]/@  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 /ylc*3e'4  
'N\&<dT>  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 e"k/d<  
(?>cn_m  
应用示例详细内容 AOb]qc  
$shp(T,q  
系统参数 kccWoU,  
&eQJfc\a  
1. 该应用实例的内容 O)]v;9oER  
dU_
;2#3m  
F}Srn
;V  
2. 设计&仿真任务 eKG2*CV  
<+v{GF#R  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 n?xTkkr0  
3^,QIG  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 2eb1lJdS  
.c+9P<VmC}  
~F!,PM/  
4. 参数：SLM像素阵列 [XR$F@o  
2g-` ]Vqb  
$B(kZ  
5. 参数：SLM像素阵列 swcd&~9r  
4aUiXyr*2  
r^fe4b  
应用示例详细内容 kmPYx)o  
(?0`d  
仿真&结果 zM#sOg  
qv*7K@  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM neZ.`"LV  
 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)。 U/ od~29  
 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。 `G9 l  
XvTCK>1  
2. VirtualLab的SLM模块 pCi#9=?N  

80OtO#1y  
I:cg}JZ>|  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 X}ma]  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 "R>FqX6FB  
6w8">~)Z  
3. SLM的光学功能 Qn@Pd*DR  
\y`+B*\i  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 W !w,f;  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 fxaJZz$o  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 !E8X~DJ  
Mn1Pt
|_@!  
f5AjJYq1  
% 2$/JZ  
>@xrs
 
 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。 X|f7K  
IJYL s  
lGwl1,=  
v\16RD  
F:@70(<w%  
4. 对比：光栅的光学功能 ]^':Bmq  
 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。 1tTgP+  
 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。 MFTkqbc  
 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)。 L^2FQti>  
 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。 NI#X@  
 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。 @KX \Er  
1) ta  
8Ac)'2t;U  
6"Bic rY  

.ObZ\.I  
5. 有间隔SLM的光学功能 S
*j6OwZ
 
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。 U2uF&6v  
@d Jr/6Yx  
f$NMM >z  
^Ge+~o?x  
#fT*]NN  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 /pF`8
$  
': N51kC  
Yjx|9_|Xn  
6. 减少计算工作量 yAoe51h?  
gy&[?m6M=  
采样要求： M5xCC!  
 至少1个点的间隔(每边)。 Z!hafhcX  
 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。 bV ZMW/w  
m!<\WN6g  
采样要求： #dM9pc jh  
 同样，至少1个点的间隔。 Yo[;W vu  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 liXdNk8  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ,yd?gP-
O  
9W(dmde>  
 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。 qh`t-  
 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。 _-EyT  
 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)。 V7/I
>^X  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 wXsmn1w9  
eopD5  
YCP) %}  
7}X[ 4("bB  
WL'P)lI5  
7. 指定区域填充因子的仿真 B>2tZZko  
KQ~i<1&j  
 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。
dH-s2r%s  
 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。 ]w.;4`l*  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 \_lod kf  
 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)。 1R,:  
+(h\fm7*-  
7x@A%2J  
8. 总结 2o'Wy  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 R00eisd  
)gMG#>up@  
第1步 Z-l=\ekJ  
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。 f`[R7Q5  
|>#{[wko  
第2步 \ioH\9  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 }b-g*dn]5  
扩展阅读 Y 1t\iU  
扩展阅读 8@tPm$  
 开始视频 *3?'4"B{8  
-    光路图介绍  0}CGuws