[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

@f442@_4  
应用示例简述 +@D [%l|  
O-- "\4  
1. 系统细节 W 0^.Dx  
 光源 [?uiM^&  
— 高斯光束 %lPAq  
 组件 I$sJ8\|gw'  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 1z
NH[   
 探测器 Unev[!  
— 视觉感知的仿真 }.O,P'k  
— 电磁场分布 4$9WJ~V{  
 建模/设计 H@0i}!U64  
— 场追迹： fk-zT
 
 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。 Fy^*@&  
FC<aX[~&3  
2. 系统说明 :3WrRT,'L  
Aat_5p  
pk2OZ,14Mj  
3. 模拟 & 设计结果 HSHY0  
Cv{>|
g#  
4. 总结 xVHZZ?e  
to~Ap=E  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 6W&huIQ[  
7J$
 
第1步 d dB}mk6  
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。 u50 o1^<X  
3]DUUXg$  
第2步 9%aBW7@SK  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 B-`d7c5  
&Ji!*~sE  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 6|gC##T  
F?Cx"JYix  
应用示例详细内容 ]pi"M3f_  
?)<DEu:Y  
系统参数 W0%cJ8~  
$ )q?z.U  
1. 该应用实例的内容 U{(B)dFTH  
MKIX(r(|  
@]ydWd  
2. 设计&仿真任务 L+y}hb r
 
3u+A/  
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。 %>^CD_[eO  
u*:B 9E  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 GZ.X
x  
A?[06R5E#  
`l+{jrRb<  
4. 参数：SLM像素阵列 0LX;Vvo  
i
X4?5yz~<  
Dizc#!IGU  
5. 参数：SLM像素阵列 BUR96YN.  
%D|p7&  
uCGJe1!Ai>  
应用示例详细内容 tow0/Jt  
* S4IMfp  
仿真&结果 apsR26\^  
\q9wo*A  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM pC<~\RR  
 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)。 n[$bk_S  
 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。 B:5\+_a!  
( <~  
2. VirtualLab的SLM模块 fLM5L_S}Y  

# +OEO  
~)Z{ Yj9)S  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 &&Ruy(&]I  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 tQz=_;jy  
3ZRi@=kWz  
3. SLM的光学功能 }pk)\^/w/  
8w-2Q  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 1.p2{  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ]o}g~Xn  
 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 =G3  
yV`H_iC  
^5j+O.zgN  
pW{Q%
"W  
PvW {g5)S  
 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。 ^e*Tg&  
MR$R#  
ko-|hBNv  
FKhmg&+>  
7K"{}:  
4. 对比：光栅的光学功能 -!d'!; ]  
 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。 y.h2hv]Bc  
 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。 }4'5R  
 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)。 [6+iR  
 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。 5Ii`|?vg  
 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。 7 YS'Tf  
lG[@s 'j  
6T*MKu  
7X+SK&PX  
m/ D~D~  
5. 有间隔SLM的光学功能 25e*W>SLw  
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。 *`D}voU  
c~1+5&  
)Z4i

lpU,  
^qB a~  
ky2n%<0]  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ^,W;d
M2  
is?#wrV=K  
v)+E!"R3.  
6. 减少计算工作量 <Wd#HKIG>l  
<V[Qs3uo(  
采样要求： D\13fjjHlu  
 至少1个点的间隔(每边)。 q!L@9&KAQ  
 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。 3C[#_&_l  
SX/E@vYb  
采样要求： 244[a] %&;  
 同样，至少1个点的间隔。 oRDqN]  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 e3o?=;  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 q4y P\B  
<'y}y}%  
 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。 H$D),s gv  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 kZb #k#  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 RA];hQI?  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 {J&[JA\  
-BV8,1  
7uUo DM  
T`ofj7$:  
6&J7=g%G  
7. 指定区域填充因子的仿真 XRQz~Py  
<cof   
 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。 9~7s*3zI  
 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。 ;?h+8Z/{  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 M6nQ17\{  
 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)。 WilKC|R]P  
*F:)S"3_~e  
U ;%cp  
8. 总结 If>bE!_BO  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。
cFD3  
L'?7~Cdls  
第1步 j^1Yz}6nR  
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。 f(Su  
@ajt D-_2  
第2步 C0K0c6A(4  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ;_~9".'<d  
扩展阅读 969Y[XQ  
扩展阅读 1 ORA6  
 开始视频 BjSd\Ul  
-    光路图介绍 &7J-m4BI