[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

6\S~P/PkE  
应用示例简述 NW)1#]gg%  
lB[kbJ  
1. 系统细节 /|#fejPh  
 光源 f:P}*^ Gw  
— 高斯光束 5nVt[Puw  
 组件 /JU.?M35  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ]jRfH(i  
 探测器 ?b5^  
— 视觉感知的仿真 c_l"I9M#r  
— 电磁场分布 {cw /!B  
 建模/设计 EAby?51+  
— 场追迹：
f'3$9x  
 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。 _n\GNUA  
$ o#V#  
2. 系统说明
9@)O_@=  
Q.c\/&  
E q+_&Wk  
3. 模拟 & 设计结果 B^jc3 VsR  
efE.&]  
4. 总结 b*Q&CL  
?5 [=(\/.  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 %GIr&V4|  
01(AK%e  
第1步 _2 osV[e  
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。 Xm2z}X(%  
'(jG[ry&T  
第2步 qA5r  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Ef13Q]9|  
0S$N05  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 TrR8?-  
(0kK_k'T  
应用示例详细内容 2jCfT>`3  
QoH6  
系统参数 9490o:s  
6Sn.I1Wy  
1. 该应用实例的内容 N_q|\S>t/  
DrK{}uM  
liz~7RY4  
2. 设计&仿真任务 2Q:+
_v  
URbletSBQ  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 l0i^uMS  
@>H75  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 t}tEvh  
lBGQEP3;  
ZO$%[ftb  
4. 参数：SLM像素阵列 h;NYdX5  
>!)DM]Ri  
KL Xq\{X  
5. 参数：SLM像素阵列 PXNh&N  
fw{gx  
*%@h(js  
应用示例详细内容 As<bL:>dE  
ZLAy- 9^Y  
仿真&结果 gEE\y{y  
x{WD;$J  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM Y,zxbXZv'5  
 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)。 cDH^\-z  
 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。 $5Ff1{  
a-
L;*  
2. VirtualLab的SLM模块 hODWB&b  

iTU5l5Uz  
x5*!Wx   
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 mvT(.R ..s  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 bhlG,NTP  
tT?cBg{  
3. SLM的光学功能 7o5BXF  
_~iw[*#u  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 $[=%R`~w  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 N7R!C)!IL  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 {fn!'  
 t[ C/  
9j:"J` '  
BbS
4m  
.];=Pu^  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 D]Xsvv
#  
?"g2v-jTK  
]1pIj i[  
.z}~4BY  
>>fH{/l  
4. 对比：光栅的光学功能 agW@{c  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 AoL2@C.C%D  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 +@iA;
2&  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 j Dv{/)  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 ?]Xpi3k  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 =]Jd9]vi  
yFlm[K5YD  
..'_o~Ka  
gn".u!9j  
PGV/ h  
5. 有间隔SLM的光学功能 L"*/:$EJL.  
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。 mZ"4&U  
a8Nh
=^Py  
:^3LvPM  
hJ~Uf5Q  
Qe0lBR?H  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 k4y'b  
7!TueP0Zd  
eHNyNVz  
6. 减少计算工作量 :mn>0jK,N  
x-
.?HS[  
采样要求： *QQzvhk  
 至少1个点的间隔(每边)。 uurh??R  
 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。 K':;%~I  
cI?8RF(;  
采样要求： =\:qo'l  
 同样，至少1个点的间隔。 ;8{4!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。 {v
yv7L  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 iaE^a^*
 
q}#6e]t  
 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。 Jk=I^%~  
 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。 v+#}rUTF  
 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)。 [o+q>|q  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 T\j{Bi5 \J  
\k!{uRy'  
iq( E'`d  
D}8[bWF  
Tl
[!=S  
7. 指定区域填充因子的仿真 E`de7  
Y^}Z>  
 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。 Rww{:R  
 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。 =sJ
7=39  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 qjdMqoOCjl  
 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)。 [)zP6\
I  
ZE=Sp=@)j  
v)t:|Q{I  
8. 总结 z Q`jP$2  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 @H7d_S  
Mh/dpb\Z  
第1步 >A"v ed8  
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。 bITP
Q7+  
g<f <Ip=  
第2步 ;=; 9tX  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 .e=:RkI,  
扩展阅读 YS@ypzc/  
扩展阅读 hYNY"VB  
 开始视频 *%fi/bimG  
-    光路图介绍 TNY&asQo