[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

d&s9t;@=  
应用示例简述 )@'}\_a3[]  
Vl!6W@g  
1. 系统细节 qWKAM@  
 光源 wuJ4kW$  
— 高斯光束 
U~l$\c  
 组件 %-e 82J1  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 RlDn0s  
 探测器 .%C|+#
&d  
— 视觉感知的仿真 aCLqk'  
— 电磁场分布 ;l-!)0U  
 建模/设计 G<^{&E+=  
— 场追迹： _OC<[A  
 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。 9lDhIqx0~  
r_;N
t  
2. 系统说明 {Fe[:\  
0tB0@Wj  
_W'-+,  
3. 模拟 & 设计结果 td3D=Y  
(41|'eB\\  
4. 总结 3CGp`~Zf  
gH3vk $WS  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 JOim3(5?s  
Sw^u3  
第1步 ">jj  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 Z} r*K%  
wtV#l4  
第2步 c>~*/%+  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 x`IEU*z#  
8d-t|HkN  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 bl(RyAgA  
U\<?z Dw  
应用示例详细内容 &7wd?)s  
4J([6<  
系统参数 do+.aOC  
t=O8f5Pf{  
1. 该应用实例的内容 hJ#xB
6  
M8b;d}XL  
} c}_<#I  
2. 设计&仿真任务 ^vO+
(p  
&wE%<"aRAl  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 zb<6
Ov  
YgV817OV  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 /U)D5ot<  
V2|aN<Sx<  
|:<f-j7t~  
4. 参数：SLM像素阵列 Zt.|oYH$  
FfPar:PHj  
!pdb'*,n  
5. 参数：SLM像素阵列 RnI&8  
sAD}#Zw$  
Q_X.rUL0w  
应用示例详细内容 qd)/9*|Jl  
Hi1JLW,  
仿真&结果 [>%xd)8.c  
}YNR"X9*)/  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM qC:raH_:  
 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)。 ,+{LYF  
 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。 :Ab%g-  
5VAK:eB  
2. VirtualLab的SLM模块
'>0fWBs  

],a5)kV  
1@1U/ss1  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 Rt!FPoN,y  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 (/j/>9iro  
aV|hCN~  
3. SLM的光学功能 91g2A|  
wlk4*4dKn  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 Y+*0~xm4  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 m?fy^>1  
 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。 E:}r5S)4  
A.F738Zp{Z  
sN2p76KN  
/%TI??PGu  
FZ,#0ZYJGP  
 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。 W=vP]x >J  
;he"ph=>  
;n=.>s*XL'  
i/ )am9  
1@R Db)<V  
4. 对比：光栅的光学功能 P5nO78  
 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。 SO(NVJh  
 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。 1Z
~)RJ<D  
 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)。 DN~nk  
 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。 vchm"p?9)  
 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。 <_tT<5'[$u  
\6<=$vD  
YSh+pr  
W$OG(m!W>  
L3--r  
5. 有间隔SLM的光学功能 fM63+9I)\  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 !&/{E [  
Q[pV!CH  
ps%q9}J  
X+S9{X#Cm  
`-l6S  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 X{'q24\F  
|J}Mgb-4  
PCM-i{6/  
6. 减少计算工作量 xScLVt<\e  
7~aM=8r  
采样要求： _m'Fr 7  
 至少1个点的间隔(每边)。 WIf0z#JMJm  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 TXk
?#G\o  
4 G-wd  
采样要求： [[F
x[  
 同样，至少1个点的间隔。 ;\Y&ce  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 >wBJy4:  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 {(wHPzq  
"4H +!r}  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 R
UT,Y4 b  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 !l 1fIc  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 _/!y)&4"  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 w1#gOwA,$  
mvZw  
>U*T0FL7  

wK-3+&,9  
h!ZV8yMc  
7. 指定区域填充因子的仿真 Mt5PaTjj  
MP 2~;T}~  
 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。 /)(#{i*  
 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。 Jesjtcy<*  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 rT5Ycm@  
 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)。 %V{7DA&C  
Qj6/[mUr~  
 {=QiZWu  
8. 总结 q**G(}K  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 /_Z652@  
W.0L:3<"  
第1步 :WL'cJ9a  
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。 a|=x5`h04~  
fUQ6Z,9  
第2步 `zXO_@C  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 EEZ
w_ 1  
扩展阅读 !M]\I&  
扩展阅读 [$"n^5_~  
 开始视频 I=9!Rs(QF  
-    光路图介绍
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