[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

S`"M;%T  
应用示例简述 }q(IKH\&  
VB 8t"5  
1. 系统细节 eP3)
8
QC  
 光源 )(&g\  
— 高斯光束 J|Lk::Ri  
 组件 [JGa
3e  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 f#l/N%VoBZ  
 探测器 (iK0T.  
— 视觉感知的仿真 VPf*>ph=  
— 电磁场分布 ~`MGXd"o  
 建模/设计 u+zq:2)H6  
— 场追迹： flLC\  
 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。 Ox&g#,@h  
s&lZxnIjc  
2. 系统说明 XQk9 U  
)*
^PMf  
doxQS ohS  
3. 模拟 & 设计结果 .J~iRhVOF  
CD^_>sya  
4. 总结 .l*]W!L]  
m\4jiR_o  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 COj50t/  
=?57*=]0M  
第1步 |J`YFv  
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。 awXL}m[_!  
xGqe )M>8?  
第2步 ''wWw(2O  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 F#
iLMO&Q  
>.#uoW4ZV  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 "31GC7  
Gn;eh~uw;l  
应用示例详细内容 Xt8;Pl  
iYv6B6o/99  
系统参数 C>@~W(IE  
|n=kYs  
1. 该应用实例的内容 5\f*x
Y  
{:Z#8dGe  
.dp~%!"Sn,  
2. 设计&仿真任务 ~/\;7E{8!  
m{x!uq  
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。 @^;WC+\0  
'oEFN
C9V  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 d Z"bc]z{  
Os8]iNvW\  
#0L:h?L  
4. 参数：SLM像素阵列 7esG$sVj(  
w])bQ7)  
!hFb<  
5. 参数：SLM像素阵列 E] t:_v  
t22BO@gt74  
*D,+v!wG9  
应用示例详细内容 xvjHGgWSxc  
Cz?N[dhh  
仿真&结果 X\ \\RCp  
ui70|  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM \
9i.dF  
 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)。 $1\<>sJH  
 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。 yi# Nrc5B  
n4k.tq  
2. VirtualLab的SLM模块 >}O1lsjW:z  

D/{Tl  
g;v{JB  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 68)z`JI|<)  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 / vje='[!  
Zu\#;O   
3. SLM的光学功能 <5[wP)K@  
k'%c|kx8U  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 xJ>hN@5}i  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 RURO0`^  
 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。 w69`vK  
'/;#{("  
LD_aJ^(d  
WU#bA|Cf  
UH%?{>oRh  
 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。 in#qV  
PM=I
 
k%NY,(:
(  
y @Y@"y  
T_jwj N  
4. 对比：光栅的光学功能 N##3k-0Ao  
 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。 |KU>+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。 *M+:GH/5  
 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)。 9S&6u1  
 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。 MZ+8wr/y  
 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。 3
Eiy/  
m++VW0Y>  
:;{U2q+  
wOHK dQ'  
V}pw ,2s  
5. 有间隔SLM的光学功能 ,UWO+B]  
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。 nsw.\(#  
a2Q9tt>Q  
,!%[CpM3  
a_QO)  
'n!;7*  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 L-@j9hU{  
b0LQ$XM>8  
;?zb (2  
6. 减少计算工作量 nm %ka4  
[_-CO
}>  
采样要求： nN@8vivP%  
 至少1个点的间隔(每边)。 -U%wLkf|  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 <&l3bL  
% OiSuw  
采样要求： s}`=pk/FM  
 同样，至少1个点的间隔。 JsfbY^wz  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 8C4Tyms  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 Z9=Cw0( w?  
E# e=<R  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 G-M!I`P  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 6<]&T lS]  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 #MGZje,I  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 JkQ4'$:  
Y/gVyQ(  
9J%dd0  
fcJ#\-+E  
,@Ed)Zoh  
7. 指定区域填充因子的仿真 "~d)$]+  
zFB$^)v"<  
 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。 \vFkhm  
 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。 2$[u&__E  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 VD36ce9  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 B Sb!{|]  
PcUi+[s;x  
wF@qBDxg  
8. 总结 {r'#(\  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 tJHzhH)  
;K$E;ZhPN  
第1步 Q$kSK+ q!  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 N^mY/`2  
y3;G<9K2c]  
第2步 t&0n"4$d'  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 "=yaeEp  
扩展阅读 ub,Sj{Mq"  
扩展阅读 2

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 开始视频 !^l<jrM  
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