[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

KTE X]  
应用示例简述 >rYkVlv  
"
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'h  
1. 系统细节 YmwXA e:  
 光源 rhDiIO_  
— 高斯光束 cl'wQ1<:   
 组件 wu.>'v?y  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 -cWGF  
 探测器 xC9?Wt'  
— 视觉感知的仿真 n#5S-z1KNw  
— 电磁场分布 xnDst
9%  
 建模/设计 HPXJRQBE  
— 场追迹： iHT=ROL  
 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。 =u`tlN5pOT  
B"rO  
2. 系统说明 iEx4va-j  
FEi@MJJ\e  
]2c0?f*Y7  
3. 模拟 & 设计结果 .JBTU>1]_n  
'?$R YU,  
4. 总结 F+]cFx,/  
C[,&Y&`j  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 A`* l+M^z  
5FE&  
第1步 _`.Q7  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 NcX`*18  
hGcu(kAC,  
第2步 (W.G&VSn)  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 SPp|/ [i7  
(K('@W%\?  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 G1Vn[[%k  
NFPWh3),f  
应用示例详细内容 (v&iXD5t  
~|S}$|Mi50  
系统参数 dwouw*8  
#S(b2LEc  
1. 该应用实例的内容 >IipWTVo<  
tF6-@T\6  
AzVv-!Y  
2. 设计&仿真任务 i
Z4"@G:,  
* ).YU[i  
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。 >[ g=G  
xX@9wNYD  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 $$XeCPs0  
F<^f6z8  
Fd<eh(g9P  
4. 参数：SLM像素阵列 <`
u_O!h  
ByacSN  
Yq
'D-$@  
5. 参数：SLM像素阵列 
Ph)>;jU  
1--Ka&H  
iz0:  
应用示例详细内容 03.\!rZZ  
i7e_~K  
仿真&结果 hrGX65>  
F\jawoO9  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM :x3xeVtY  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 :sttGXQX  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 &UNQ4-s  
?
g:sAR'  
2. VirtualLab的SLM模块 ">5$;{;2r  

r[wjE`Z/T  
D^}2ilk!  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 q8HnPXV  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 j<k-w  
DG}s`'  
3. SLM的光学功能 y8Rq2jI;(e  
c& K`t  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 *m2?fP\  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 R:rols"QM  
 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。 X]o"vx%C  
]<K"`q2  
 >hzSd@J&  
Y[W:Zhl;  
k9;t3-P  
 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。 clk]JA (  
)i_:[ l6  
V9Dq<y-y  
2%*\XPt)  
)Cat$)I#,  
4. 对比：光栅的光学功能 =\mJ5v"hA  
 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。 ~z,
qr09  
 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。 d%RH]j4  
 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)。 4$81ilBcL  
 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。 $<"I*l@  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 (g&@E(@]?  
Xtloyph  
aMVq%{U  
Ktu~%)k%  
^+0>,-)F  
5. 有间隔SLM的光学功能 p 16+(m  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 7u
rD  
X
oha.6$l5  
] g8z@r"b  
Z{/GT7 /  
x0K#-  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 qe22 kE#  
GDb Vy)&  
KT
7
R0v  
6. 减少计算工作量 7-C])9  
g)!q4 -q  
采样要求： *Vg)E*s  
 至少1个点的间隔(每边)。 sXNb  
 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。 LDYa{w-t  
uy<<m"cA;  
采样要求： gI"cZ h3}  
 同样，至少1个点的间隔。 fwlicbs'  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 '&2-{Y [!  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 `m#i|8  
%;|dEY
 
 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。 TKiYEh  
 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。 $*LBZcL  
 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)。 &0H_W xKeB  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 B@#vS=g  
U3{4GmrT  
w9mAeGyE  
AX Q.E$1g  
)o-mM tPj  
7. 指定区域填充因子的仿真 C7f*Q[  
{wgq>cb  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 K
D\sU6  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 &pR 8sySu  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 j,lI\vw<  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 >>"@0tO  
#sk~L21A  
ruyQ}b:zS  
8. 总结 n,LM"N:   
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ,el[A`b  
xE$lx:C"FU  
第1步 1o_6WU  
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^#e7u  
q~Al[`K  
第2步 Le{.B@2-"  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 p L^3*B.Nr  
扩展阅读 N2Ysi$  
扩展阅读 g
#Ta03\  
 开始视频 Rha|Rk~  
-    光路图介绍 lN0u1)'2