[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

jy_4W!4a  
应用示例简述 {s8g;yU5  
?{xD{f$  
1. 系统细节 )1$H7|  
 光源 yo%Nz"  
— 高斯光束 @Kw&X
Ke`  
 组件 ?b93! Q1  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 p#3G=FV  
 探测器 Hs{x Z:  
— 视觉感知的仿真 wA6E7vi'  
— 电磁场分布 qEVpkvEq  
 建模/设计 ,?`kYPZ  
— 场追迹： O[z6W.  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 s,l*=<  
F&B E+b/#  
2. 系统说明 P*OT&q  
B\l0kiNT  
/!y;h-  
3. 模拟 & 设计结果 5=}CZYWB  
`:jF%3ks+0  
4. 总结 Lr(JnS  
}5}>B *  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 PYzTKjw  
UUa@7|x  
第1步 2izBB,# "  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 ln":j?`  
73_-7'^mQ  
第2步 Xq"Es  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 [57`V&c5  
P"Z1K5>2L  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ePxAZg$ `>  
}o\} qu*  
应用示例详细内容 !89hO4 0r  
51*[Ibx  
系统参数 $BG]is,&5  
:bL^S1et  
1. 该应用实例的内容 wF59g38[z$  
[HQ/MkP-Z  
oa[O~z{~  
2. 设计&仿真任务 B]mMwqM#  
NzN"_ojM  
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。 KTAQ6k  
'(ZT}N  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 m9]Ge]  
2L51H(  
ps:E(\  
4. 参数：SLM像素阵列 DJqJ6z:'  
QIJ/'72  
}]<|`FNc  
5. 参数：SLM像素阵列 4r86@^c*  
rV?@K
gxi  
1N5lI97j  
应用示例详细内容 D
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Eb CK9  
仿真&结果 2Uu!_n}tNF  
:@@m'zF<;  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 7s;;2<k;_  
 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)。 =EU;%f  
 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。 tCA0H\';  
!1UZ
<hq  
2. VirtualLab的SLM模块 ,4B8?0sH|  

BWB}bq  
E]S:F3  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 kpNp}b8']  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 cmq4w&x/  
Y]5MM:mI  
3. SLM的光学功能 yL -}E  
T[c-E*{hR  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 #q-fRZ:P  
 为此，将区域填充因子设置为60%。
6#\:J0  
 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。 oMOh4NH,x  
rhly.f7N=A  
]v?jfy  
{>XoE %  
c\O2|'JzE  
 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。 BHErc\ITP  
 5PC:4  
^&$86-PB/  
'$J M2 u  
FJxb!-0&  
4. 对比：光栅的光学功能 %az6\"n  
 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。 t~44ub6GN`  
 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。 |WfL'_?$  
 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)。 F" 4;nU  
 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。 nV`W0r(f'  
 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。 Lw1[)Vk}E  
1+Ik\  
|x>5T
}  
w
fcR[  
wbh=v;  
5. 有间隔SLM的光学功能 |2rOV&@l9  
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。 6UL9+9[C  
UnEgsfN  
H0.A;`  
/NobS'd  
#EB Rc4>,  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 4?[1JN>  
BNFYUcVP  
3f~znO  
6. 减少计算工作量 V7O7"Q^q  
M=SrZ,W  
采样要求： V?p`rrj@  
 至少1个点的间隔(每边)。 ?[Ma" l>  
 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。 i&DUlmt)f  
>l=^3B,j  
采样要求： \C$cbI=;+  
 同样，至少1个点的间隔。 eV}H  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 ?du*ITi
m  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 |zd5P  
4mp
cI  
 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。 CVEo<Tz  
 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。 +4rd N\.  
 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)。 % I2JS  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 zAJC-YC6  
Fdq5:v?k  
$+Z2q<UT  
S-</(,E}|  
aVr=7PeF  
7. 指定区域填充因子的仿真 ]#G1 ]U  
&FYv4J  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 4Mt
RI  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 ,Tk53"  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 q(1hY"S"}b  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 lLglF4  
&fU48n1Uh  
+kD JZ  
8. 总结 S;%k?O7v  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 JRj{Q 1J  
>$=l;jO`n  
第1步 I{.t-3hp  
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。 yT='V1  
:C,}DyZy  
第2步 wqJl[~O$  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 [~`p~@\+  
扩展阅读 I }8b]  
扩展阅读 V-X Ty iv  
 开始视频 6BEDk!  
-    光路图介绍 HnsLYY\