[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

?j40} B]]d  
应用示例简述 [h^2Y&Au5  
9f2UgNqe9  
1. 系统细节 -7*ET3NSI/  
 光源 TV<'8L  
— 高斯光束 W~zbm]  
 组件
3?c3<`TW  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ,24p%KJ*X  
 探测器 HW=C),*]cR  
— 视觉感知的仿真 Z)! qW?  
— 电磁场分布 01}C^iD  
 建模/设计 VRI0W`  
— 场追迹： 87BHq)  
 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。 Z1 Bp+a3  
mp=
z  
2. 系统说明 A;*d}Xe&J  
b:Wm8pp?  
spdvZU=}  
3. 模拟 & 设计结果 ]!I7Y.w6  
pnjXf.g"O  
4. 总结 T?x[C4wf+  
+_; l|uhT;  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 v-#Q7T  
SSPHhAeH8  
第1步 .$qnZWcgG  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 ?98("T|y;  
()5[x.xK@  
第2步 ?)kGA$m#  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 -*$HddD  
\MbB#  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 [3(74  
d Vj_8>  
应用示例详细内容 %/|9@er  
AyNI$Q6Z  
系统参数 4Uphfzv3D  
h-G)o[MA  
1. 该应用实例的内容 t"= E^r  
cd(GvX'  
G&i!Hs  
2. 设计&仿真任务 8zRP(+&W  
qAn!RkA  
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。 #~7ip\Uf[  
np8gKVD  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 \HKxh:F'  
)TVFtI=,NN  
P{wF"vf  
4. 参数：SLM像素阵列 TygW0b 1  
yf[~Yl>Ogw  
l:j4Ft 8  
5. 参数：SLM像素阵列 M_"L9^^>N  
VFRi1\G  
M%ICdIc'  
应用示例详细内容 :-/M?
,Q"  
g/P+ZXJ  
仿真&结果 y~q8pH1  
n?- })  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM }T&iewk  
 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)。 Jtr"NS?a]  
 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。 bn!HUM,
  
\QYFAa  
2. VirtualLab的SLM模块 ~]nSSD)\  

CIb2J)qev  
Dp)=0<$y  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 bgK'{_o-  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 f@Zszt  
aX5 z&r:{  
3. SLM的光学功能 #vti+A~n,4  
+VO-oFE|  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ,
.OERw  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 :
I+Gu*0WD  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 I@yCTluV$  
Qa-K$dm%  
XCU7xi$d  
_$ +^q-  
M<kj_.  
 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。 9f&C  
KX'{[7}m'  
6)Y.7XR  
n:yTeZ=-s4  
vb<oi&X  
4. 对比：光栅的光学功能 23Nw!6S  
 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。 TU:7Df  
 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。 nV-mPyfL8  
 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)。 u~WVGjoQ  
 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。 C|}iCB  
 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。 p<,*3huj  
(9Ux{@$o[  
mi,E-  
L"o>wYx
 
*>n;SuT_  
5. 有间隔SLM的光学功能 @zU6t|mhz  
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。 57umx`m  
O(D~_O.  
e?JW   
-f%'  
_kU:Z  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 l5Gq|!2yxD  

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5h  
:,'wVS8"]  
6. 减少计算工作量 '>cKH$nVC}  
l49*<nkmq  
采样要求： 3%E }JU?MM  
 至少1个点的间隔(每边)。 $\]&rZVi  
 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。 ;7?kl>5]  
_AAaC_q  
采样要求： i rU 6D  
 同样，至少1个点的间隔。 nD`w/0hT<  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 "B3N*R(["  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 g;qx">xJ`o  
6p?,(  
 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。 d1AioQ9  
 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。 x[h^
[oF0  
 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)。 D~
hg$XzK  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 >7I15U  
&7PG.Ff!r  
jQ2Ot<  
PsnWWj?c  
^p[rc@+  
7. 指定区域填充因子的仿真 [N7{WSZ&  
j27?w<  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 N/%WsQp  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 ^(vs.U^U<  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 OSs&r$  
 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)。 }001K  
CG0 M  
t&H?\)!4  
8. 总结 cq}EZ@ .  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 [fAV5U  
wQ^EYKD  
第1步 }4 )H   
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。 fI&t]  
-w9pwB  
第2步 &dM. d!  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 YC++&Nk  
扩展阅读 c3jx+Q  
扩展阅读 mq@6Q\Z+  
 开始视频 kD=WO4}  
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