[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

K?X 6@u|h  
应用示例简述 ge!Asm K  
MB3 N3,yL  
1. 系统细节 _{48s8V  
 光源 mFJb9,  
— 高斯光束 %\?Gzc_  
 组件 Vho^a:Z9}W  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 -r@/8"  
 探测器 ^ Mw=!n[  
— 视觉感知的仿真 Z$
2Vd`XP  
— 电磁场分布 ^5~)m6=2  
 建模/设计 kYU!6t1  
— 场追迹： VQHQvFRZ)  
 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。 vH/Y]Am  
of>}fJ_p  
2. 系统说明 *[0)]|r  
g].v  
e3x;(@j  
3. 模拟 & 设计结果 {6brVN.V  
g0"KCX  
4. 总结 o!}/& '(  
">r
t *?^  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 n^$HC=}S  
kq=tL@W`0}  
第1步 iYl$25k/1  
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。 eVB.g@%T  
_~_6qTv-d  
第2步
?%RR+(2m  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 v m)
'CC  
<]kifiN#  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 eKek~U&  
~7"6Y]  
应用示例详细内容 rBovC  
7T@"2WYat  
系统参数 SM
8m\c  
~[9(}UM  
1. 该应用实例的内容 TM?7F2
  
} P/ x@N  
:h)A/k_  
2. 设计&仿真任务 `8N],X  
}doJ=lc  
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。 MtIhpTX  
NJTC+`Hm  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 &4-rDR,  
m=p<.%a  
ZeYkZzN  
4. 参数：SLM像素阵列 x:WxEw>R  
4E.K6=k|=a  
B^sHFc""V  
5. 参数：SLM像素阵列 tx
W<r8  
qvhol  
=| M[JPr  
应用示例详细内容 8/* 6&#-  
=*?2+ ;  
仿真&结果 %Lwd1'C%  
Pw_[{LL  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM Je~d/,^WU  
 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)。 A`qb
5LLJ)  
 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。 B)`^/^7  
*^
5..0du  
2. VirtualLab的SLM模块 ]VS$ ?wD  

95CCje{o_  
0kB!EJ<OdG  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 9Ucn 6[W  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 Obm@2;^g6  
UCP4w@C  
3. SLM的光学功能 Cq,hzi-  
CF k^(V"  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 Z2dy|e(c  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 Bz#K_S  
 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。 ,Cckp! 6  
bs_"Nn?  
y~N,=5>j  
] x_WO_  
\PB~6  
 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。 ii:h E=  
,3{z_Rax-  
(SlrV8;  
De*Z UN|<  
?>p<!:E!r  
4. 对比：光栅的光学功能 tT;=l[7%  
 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。 ]8XY"2b  
 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。 *0,?QS-a  
 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)。 i-EFq@xl  
 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。 ~4~-^ t  
 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。 )A4WK+yD$z  
s2@}01QPo  
+jD{O @9  
6_wf $(im  
T$'GFA  
5. 有间隔SLM的光学功能 fr0iEO_  
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。 Zbp ByRyN  
3 9Ql|l$  
Gd~Xvw,u  
[z:bnS~yiD  
Lw]:/x  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 QJ ueU%|  
!t["pr\ ?  
w\'Zcw,d  
6. 减少计算工作量 ^#R-_I  
=Po!\[SBU  
采样要求： cf|<~7  
 至少1个点的间隔(每边)。 {37DrSOa  
 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。 +_?;%PKkuF  
w49Wl>M  
采样要求： |Mp_qg?g  
 同样，至少1个点的间隔。 _gY so]S^B  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 &DFe+y~PR  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ?'K}bmdt}.  
& CiUU  
 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。 ^b`}g  
 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。 hgE!)UE  
 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)。 fz W%(.tc\  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ih?_ fW  
Wx&AY"J  
0*%j6*XDq9  
/c`)Er6d  
8 F'i5i  
7. 指定区域填充因子的仿真 1{%EQhNd  
yg "u^*r&  
 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。 Xu$xO(  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 ";j/k9DE  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 2C%{A  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 J[UL f7:  
,{7wvXP  
Um\Nd#=:  
8. 总结 8^zI  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 i6r%;ueLb  
 |Gjd  
第1步 A0M)*9 f  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 3skq%;%Wsk  
;tI=xNre`1  
第2步 {t[j>_MYw  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 O!sZMGF$p  
扩展阅读 _{,e-_hYM  
扩展阅读 Tn/ 3`j {  
 开始视频 QQ97BP7W  
-    光路图介绍 zb~!> QIz{