[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

09-8Xzz  
应用示例简述 ed,A'S=d  
_u[tv,  
1. 系统细节 FMVAXOO  
 光源 U3{<+vSR`  
— 高斯光束 yjjq&Cn  
 组件 JD$g%hcVZa  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ]eKuR"ob0  
 探测器 uCDe>Q4@/  
— 视觉感知的仿真 tn5%zJ#+  
— 电磁场分布 Kz"3ba}KH  
 建模/设计 '5BD%#[  
— 场追迹： TmG)
;B}  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 zWEPwOlI1P  
ddfGR/1X  
2. 系统说明 &>zH.6%$  
NfvPE]S  
,W}:vdC  
3. 模拟 & 设计结果 >9{?&#]x  
-{\(s=%  
4. 总结 ;;,7Jon2  
Me.I>7c  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 duG3-E  
pN[WYM?[  
第1步 ^X96yj'?  
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。 lp *GJP]T  
1C<cwd;9  
第2步 f!x9%  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 1B4Qj`:+0  
Uj(0M;#%o+  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 6$R9Y.s>Z  
/f#b;qa,  
应用示例详细内容 ;ek*2Lh  
CPOHqK`k  
系统参数 3+
6Ed;P  
(Mk7"FC7  
1. 该应用实例的内容 9hA`I tS  
7_I83$
p'  
"#~>q(
4^  
2. 设计&仿真任务 B7 s{yb  
WWu
nS|B!  
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。 jKq*@o~}  
e$~[\ w  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 )=5&Q  
'S_i6K  
QF>T)1&J[7  
4. 参数：SLM像素阵列 nJ;^Sz17Q  
|n26[=\B  
]*=4>(F[  
5. 参数：SLM像素阵列 296}L
W  
wEjinP$2  
JXc.?{LL  
应用示例详细内容  pQiC#4b  
7X>I
S#W]  
仿真&结果 $XF$ n#ua  
(7R?T}  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM -Uo11'{  
 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)。 h5P_kZJ  
 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。 qfDG.Zee#  
8c9HJ9vk  
2. VirtualLab的SLM模块 {M**a  

joe)b  
b >D  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 fmW{c mr|  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 Jy(G A  
yx]9rD1cz  
3. SLM的光学功能 YlrN^rO  
ZwUBeyxS=c  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 jYp!?%!  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 i7#4&r  
 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。 11oNlgY&  
L8`v  
,:t,$A  
^^b'tP1>  
~Gfytn9x.;  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 1B;2 ~2X  
eh9?GUr5  
^\}qq>_  
*`H*@2  
#~ x7G  
4. 对比：光栅的光学功能 aKj|gwo!  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 mh3S?Uc  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 /
yI4;:/  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 O*~,
L6# }  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 Pxr/*X  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 CTNL->  
&s".hP6  
NH/A`Wm  
nm5DNpHk  
9S%5Z>  
5. 有间隔SLM的光学功能 ve d]X!  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 <st<oR'  
z8X7Y >+SA  
KL_/f   
^C'S-2nGH  
+pR,BjY  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 lx|Aw@C3~  
J+P<zC  
@;4;72@O  
6. 减少计算工作量 I-R7+o  
!8G)`'  
采样要求： H7+"BWc  
 至少1个点的间隔(每边)。 => (g_\  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 dL0Q8d\^T  
7ui<2(W@0  
采样要求： e}uK"dl(  
 同样，至少1个点的间隔。 j=O+U_w  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 bLg!LZ|S0s  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 p7|I>8ur.  
Jx+6Kq(  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 64u(X
^i  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 o ]*yI[\  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 63oe0T&  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 5=?P6I_$G  
B=cA$620  
A]bQUWt2  
"B3jq^  
Jt[ug26  
7. 指定区域填充因子的仿真 4!/QB6   
p:xyy*I  
 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。 N?qETp-:  
 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。 7z;2J;u`n  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 Wr[
LC&  
 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)。 -PPwX~;!  
Z|_V ;*  
|qX?F`  
8. 总结 |XB<vj07G  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ^Gd1T  
LaJvPO
Q  
第1步 $+WXM$N  
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。 @}q, ';H7  
PlB3"{}0Q  
第2步 ?2"g*Bak  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 4#(/{6J  
扩展阅读 D|5mNX%e  
扩展阅读 AZ!/{1Az  
 开始视频 i431mpMa  
-    光路图介绍 *P'X[z