[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

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应用示例简述 ~Hs]}Xo  
Ot:\h  
1. 系统细节 @
8 yE(  
 光源 7 +W?Qo  
— 高斯光束 /x"pj3  
 组件 }'M1(W  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 e|+;j}^C  
 探测器 \~1zAiSd>#  
— 视觉感知的仿真 c75vAKZ2  
— 电磁场分布 >p+gx,N  
 建模/设计 *R~(:z>>  
— 场追迹： |LGNoP}SA  
 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。 G cLp"  
e
z<wEtS  
2. 系统说明 aPP<W|Cmo2  
~uD;_Y=u)r  
g>oYEFFJ  
3. 模拟 & 设计结果 pQ2)M8 gf  
T4, Zc  
4. 总结 ?lw[  
'C?f"P:X{  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 $@f3=NJ4k  
d/99!+r  
第1步 p<nBS"/  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 m$UT4,Ol  
v'~nABYH  
第2步 8`*9jr  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 0tL/:zID  
h.+&=s!Nsy  
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@qv;*  
wyhf:!-I  
应用示例详细内容 l8d%hQVqT  
.aH?H]^  
系统参数 qQRYHo>/e  
f*&JfP  
1. 该应用实例的内容 _G*x:<  
g~["O!K3  
e/#&5ISk  
2. 设计&仿真任务 .A[.?7g  
K#
+]  
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。 cj_?*  
Q7aDl8Lxn  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 z4`n%~w1b  
`; %aQR  
8BH)jna`Qo  
4. 参数：SLM像素阵列 MifgRUe  
ik NFW*p  
a7d
-  
5. 参数：SLM像素阵列 `Qk R  
MAo,PiYb  
|.8=gS5  
应用示例详细内容 !3v"7l{LF  
OQ*. ho  
仿真&结果 10a*7 L  
2EcYO$R!  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM '\YhRU  
 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)。 aJ_Eh(cF  
 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。 JNg5?V;.U  
VCtiZ4  
2. VirtualLab的SLM模块 M!DoR6  

utS Mx(  
SF=|++b1f  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 5j01Mx A  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 M#2U'jy  
g]Ny?61  
3. SLM的光学功能 hQxe0Pdt  
gUtbCqDS  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 rAdcMFW  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 K'/x9.'%  
 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。 `IQC\DSl/  
m Dq,,  
| N,nt@~  
XdVC>6  
sjkl? _  
 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。 P[oB'  
3A1kH` X^q  
e(5R8ud  
PS]XLz  
<W^~Y31:0  
4. 对比：光栅的光学功能 uCr  
 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。 \Rt  
 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。 UzwIV{  
 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)。 IT33E%G  
 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。 tR/ J
Y;jn  
 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。 n_2LkW<?  
#!@ ]%4  
~WLsqP5Y~a  
#Og_q$})f  
sB!A:  
5. 有间隔SLM的光学功能 Q:|E  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 |(g2fByDf  
Bqgw%_  
cIkLdh   
UG$i5PV%i  
]F#kM211  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ~epkRO="  
@L7rE)AU.  
PrxX
L/6  
6. 减少计算工作量 %LmB`DqZ  
`8Ix&d3F  
采样要求： jqmP^ZS  
 至少1个点的间隔(每边)。
@)wXP@7  
 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。 A;PV,2|X
 
LYv2ll`XP  
采样要求： 5=e@yIr'#  
 同样，至少1个点的间隔。 0\A[a4crj  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 hNfL /^w  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 Hu.d^@V  
Ok\UIi~  
 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。 Yr@@ty  
 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。 S8t9Ms: k  
 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)。 J{I?t~u  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 #,
C{?0!  
F"I@=R-n  
-K4RQ{=>UZ  
1+zax*gO-  
S5M t?v|K  
7. 指定区域填充因子的仿真 XZJx3!~fm  
NU"X*g-x^  
 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。 K[Kc'6G  
 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 hAN@  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 oizoKwp%  
 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)。 w}?\
Q,  
jkd8M;Jw  
E.brQx#}  
8. 总结 ygG9ht  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ~-x\E#(  
) Lv{  
第1步 UlR7_  
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。 (;0]V+-  
NaIVKo  
第2步 +=v|kd  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ?/D#ql7  
扩展阅读 2*N# %ZUX  
扩展阅读 TDFv\y}yc  
 开始视频 _GS2&|7`  
-    光路图介绍 dx#N)?