[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

Xgd!i}6Q  
应用示例简述 zrU0Y
Hmt  
 }Q`Kg8L  
1. 系统细节 s[h'W~  
 光源 5)V J  
— 高斯光束 A2uSH@4  
 组件 ;38DBo  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 Hm`9M.5b  
 探测器 %S$`cp  
— 视觉感知的仿真 >t'/(y  
— 电磁场分布 `f*
?|)  
 建模/设计 B!!xu  
— 场追迹： 9Z6] ];8E  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 Ne@Iv)g?  
<y6M@(b  
2. 系统说明 <N=
p_m 2T  
DuZ51[3_L  
nmc=RK^cM  
3. 模拟 & 设计结果 JE9|;A  
sJ7r9O`x  
4. 总结 )1lR;fD  
D._q'v<  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 T
WEmW&Q  
/^DDU!=(<  
第1步 #_QvnQ?I  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 +J]3)8y+  
:"3WC
B  
第2步 X
;v/$=-mz  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ,/m<=`*N|  
2hw3+o6  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 r=s,Ath  
C z4"[C`;  
应用示例详细内容 $o
H?oD1  
u\ytiGO*  
系统参数 Exc`>Y q  

-mO[;lO  
1. 该应用实例的内容 /o.wCy,J<  
`;*Wt9  
$[VKM|Zjw  
2. 设计&仿真任务 #|GP]`YT  
}7g\1l\  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 PD$ay^Y  
,@/b7BVv  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 )mB+#T<k-  
]H[RY&GY  
TRcY!  
4. 参数：SLM像素阵列 XtNe) Ry  
oS/<)>\Gv  
z62
e4U][  
5. 参数：SLM像素阵列 vZTX3c:,1  
^%)'wDK  
p;"pTGoWi  
应用示例详细内容 Ii,e=RG>  
ch 4z{7   
仿真&结果 m%+W{N4Wb  
s59
v* /  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 0J7[n*~  
 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)。 gPT-zul  
 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。 (%oZgvM  
WT;=K0W6&  
2. VirtualLab的SLM模块 \d&j`UVY  

XGFU *g`kq  
3:PBVt=  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 I$n 0aR6  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 X'TQtI  
T3@wNAAU  
3. SLM的光学功能 <[Q#}/$"  
T6Z2 #  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 NC>rZS]  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 {e/12q  
 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。 Lf3Ri/@ p  
%q;3bfq@N  
1C{n!l  
V);{o>%.K  
0F1 a  
 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。 zg.'  
WQ\'z?P  
H\Y.l,^  
T@U_;v|rf  
2_x}wB0P  
4. 对比：光栅的光学功能 e=o<yf9>Q  
 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。 6|V713\  
 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。 z[M LMf[c  
 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)。 9b``l-rO  
 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。 U)=StpTT  
 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。 Gx|$A+U  
s_hf,QH  
pZ/x,b#.  
\;&j;"c,W  
*Y?rls`  
5. 有间隔SLM的光学功能 b
*',(J94  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 c_~)#F%P  
L~"~C(g  
>~){KV1~  
>to NGGU=~  
N$aLCX  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 beRpA;  
\L}Soe'  
B# |w}hj  
6. 减少计算工作量 t4GG@`  
5n"b$hMF  
采样要求： Y/2@P
zA|  
 至少1个点的间隔(每边)。 :7KcD\fCj  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 :XxsDD  
jmxjiJKP  
采样要求： O]DZb+O"  
 同样，至少1个点的间隔。 ?[hIv6c  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 "a6[Fq
Ts  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 eGHxiC  
'H`aQt+  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 c/DB"_}!a  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 -M2c8P:.b  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 oS 7q#`  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ry\Nm[SQ  
8~YhT]R=  
gXZC%S  
|Gx-c ,{{  
'h53:?~  
7. 指定区域填充因子的仿真 St7ZyN1  
RZ#b)
l  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 w!,~#hbt6  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 u27K 0}  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ~2@+#1[g8z  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 ?){V7<'?y  
|k1(|)%G  
.:A9*,  
8. 总结 rz+)z:u  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 &<2~7?$!  
xa5^h]o  
第1步 as=Z_a:0N  
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。 62TWqQ!9d  
48vKUAzx`  
第2步 u&z5)iU  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Aj((tMJNOw  
扩展阅读 FpN>T  
扩展阅读 \B/+.\  
 开始视频 o
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