[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

"#S>I8d  
应用示例简述 5"=:#zN  
t[2i$%NVM  
1. 系统细节 6k9LxC:M  
 光源 `&g:d E(j  
— 高斯光束 `clB43i  
 组件 _^T}_  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 hKksVi  
 探测器 #&siHHs \  
— 视觉感知的仿真 {tt$w>X  
— 电磁场分布 8"M<{72U]  
 建模/设计 oVkr3KZ  
— 场追迹： KXe ka  
 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。 kp`0erJqw  
@ER1zKK?  
2. 系统说明 RWikJ   
K-4tdC3  
Mi74Xl i  
3. 模拟 & 设计结果 3;y_mg  
CG9ba|  
4. 总结 *V|zx#RN  
!$r9C/k  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 B] i:)   
q6&67u0  
第1步 }vD;DSz:  
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}N=J
'uJ  
h,]+>`b  
第2步 DMMLzS0A  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 |EeBSRAfe  
w `!LFHK  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 [;@):28"  
.K7C-Xn=  
应用示例详细内容 yFO)<GLk  
kW(Kh0x  
系统参数 u _X}-U  
^4UcTjh  
1. 该应用实例的内容 LE|<O  
YkI9d&ib+  
ucM.Ro=@  
2. 设计&仿真任务 *;X-\6  
s7M}NA 0  
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。 X~zRZ0  
EW9b*r7./  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ]|y}\7Aa  
e?1KbJ?.  
~4+8p9f  
4. 参数：SLM像素阵列 %yKKUZ~  
Se/ss!I
f  
HT-PWk>2  
5. 参数：SLM像素阵列 GVZTDrC  
]*GnmG:D*  
d QDLI  
应用示例详细内容 <k5`&X!+  
fOLnK y#  
仿真&结果 vuW-}fY;  
;da4\bppt  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM S<9gyW  
 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)。 'rvE  
 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。 lm!FM`m  
Zg2]GJP
 
2. VirtualLab的SLM模块 &AJUY()8  

~\3l!zIq  
;)P5#S!n-  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ~Z7)x7 z  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 :Nkz,R?  
`LqnEutzc  
3. SLM的光学功能 9V.+U7\w  
K` 2i  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 URk$}_39
 
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ~PCTLP~zI  
 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。 ["<5
?!bU  
fG3wc l~  
3|jn,?K)N  
\Ec X!aC  
Nz}|%.GP"  
 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。 1+Sg"?8  
`..EQBM  
d4Ixuux<3  
)eVzSj>MT  
mSy|&(l  
4. 对比：光栅的光学功能 Ca$y819E2  
 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。 K6ciqwUO  
 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。 JATS6-Lz`  
 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)。 $#D n4  
 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。 ex{)mE4Cd  
 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。 ^tQPJ  
4fZY8  

)j]gm i"  
6\%r6_.d  
]r"31.w(  
5. 有间隔SLM的光学功能 9yO{JgKA  
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。 +ZY2a7uI  
'#;,oX~5  
MA~|y_V  
w:~nw;.T  
 JsZAP  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ;D%$Eh&oma  
>xhd[  
QCZ,K"y  
6. 减少计算工作量 Y\ #.EVz  
w`H.ey  
采样要求： S3%.-)ib  
 至少1个点的间隔(每边)。 1puEP*P  
 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。 ]# tGT0   
eONeWY9  
采样要求： /K2.V@T  
 同样，至少1个点的间隔。 .{'Uvn  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 (%ri#r  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 Zi[{\7a  
!`O_VV`/@  
 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。 .N-'; %8  
 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{S}e!V
b  
 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)。 ^C,/T2>  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 q/d5P  
n)1  
 *pS7/Qe  
u~naVX\3b  
Oo3qiw  
7. 指定区域填充因子的仿真 &<fRej]v  
(DELxE  
 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。 &4[#_(pk  
 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。 C>k;MvqO  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 xsY>{/C  
 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)。 mER8> <  
OH!$5FEc  
'WM~ bm+N  
8. 总结 w ;
s ]n  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ELkOrV~a{:  
m|e*Jc  
第1步 gqJEJ~  
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。 {Y@-*pL]  
dPyBY]`  
第2步 0imqj7L  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。  8H%I|fm  
扩展阅读 N`|Ab(.  
扩展阅读 F)<G]i8n~  
 开始视频 mb*h73{{  
-    光路图介绍 eM1;Nl