[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 yNvAT>H  
E.K^v/dNdq  
1. 系统细节 E
OB8|:*  
 光源 c~R'`Q  
— 高斯光束 *z~,|DQ(A  
 组件 hN3FH#YO  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 al2lC#Sy  
 探测器 <X)\P}"L4  
— 视觉感知的仿真 jYp!?%!  
— 电磁场分布 4LTm&+(5  
 建模/设计 d>p' A_  
— 场追迹： m]n2wmE3n  
 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。 ,:t,$A  
^p
tybVo  
2. 系统说明 4#IT" i  
Lwl1ta-  
dxX`\{E  
3. 模拟 & 设计结果 G[k3`  
E{\CE1*  
4. 总结 `Z;Z^c  
VVeJe"!t  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 h3@tZL#g  
eAlOMSL\  
第1步 S`kOtZ_N n  
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。 U`(=iyWP=  
od)TQSo  
第2步 99=~vNn  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 !UoA6C:  
gv`_+E{P  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Py;5z  
p~w
] ~\  
应用示例详细内容 'gf[Wjb,%  
cACIy yQ  
系统参数 ^C'S-2nGH  
v5M4Rs&t  
1. 该应用实例的内容 lx|Aw@C3~  
J+P<zC  
@;4;72@O  
2. 设计&仿真任务 I-R7+o  
!8G)`'  
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。 uyYV_Q0~;  
JR]2Ray  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ]yPK}u  
e4z~  
 FSMM  
4. 参数：SLM像素阵列 `H! (hMMV  
<odi>!ViH  
FOG{dio  
5. 参数：SLM像素阵列 T1d@=&0
"  
)V1xL_hx/  
d'';0[W)  
应用示例详细内容 9Vt ^q%DC  
G=cRdiy`C  
仿真&结果 x {NBhq(4  
.) Ej#mk  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM $4{sPHi)I  
 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)。 }+!"mJx@  
 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。 %tVU Rj  
+ +L7*1t  
2. VirtualLab的SLM模块 |?88EG@05  

76w[X=Fv  
2PQBUq  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 _x.2&S89  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 <W0(!<U  
{bXN[=j  
3. SLM的光学功能 l!,tssQ  
M+&~sX*a  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 a[K&;)  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ql@2<V{  
 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。 %r[`HF>  
>>{):r Z  
^&<M""Z  
li%@HdA!  
*O$
|,EsY  
 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。 jemb/:E  
QP'sS*saJ  
]0R*F30]  
YhH3fVM  
nFlN{_/  
4. 对比：光栅的光学功能 *)Pm  
 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。 W
HC/'kvF  
 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。 EGD{nE  
 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)。 8[@,i|kgg0  
 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^w^'<  
 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。 7g*!6-W[  
FsqH:I4O  
Zz} o t  
x@Gg fH<l  
(A?>U_@  
5. 有间隔SLM的光学功能 __}SHU0R  
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。 9Z-2MF  
0o8`Y  
CG%bZco((  
"w"a0nv  
CNRSc4Le  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 q;
9X8 _  
QDxs+<#  
]pm/5|  
6. 减少计算工作量 ;SXkPs3q  
2(d  
采样要求： uT]$R  
 至少1个点的间隔(每边)。 BZ\="N#f  
 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。 ZW?h\0Hh  
)y]Dmm  
采样要求： "vk]y  
 同样，至少1个点的间隔。 _7N?R0j^9N  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 E#P#{_BR^  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 x6K_!L*Fx]  
+\+j/sa  
 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。 !Mw/j`*  
 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。 (g;O,`|c,  
 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)。 $x}R2  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 3sV$#l P  
ox SSEs  
;*rGZ?%*  
7s%D(;W_Mo  
N]yT/8  
7. 指定区域填充因子的仿真 Ju>QQOxi|  
Pac ^=|h<q  
 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。 `0ZH=*P  
 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。 RV@B[:  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 (w-"1(  
 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)。 kt Z~r. +  
PoZ$3V$(Lz  
kQU4s)J
 
8. 总结 #TUm&2 +V  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 'sAkrl8kt  
skee
ec\V  
第1步 r
7VBz_Q  
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。 nGGw(
6c%>  
P[aE3Felk  
第2步 )*%uG{h  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 e3n^$'/\r  
扩展阅读 iM!V4Wih6  
扩展阅读 )Fd)YJVR  
 开始视频 EE09 Er%\  
-    光路图介绍 MZVbOcSAd