[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

@<P;F  
应用示例简述 3q'nO-KJ  
E>@]"O)=M,  
1. 系统细节 [*K9V/  
 光源 n{|j#j  
— 高斯光束 FM3.z)>  
 组件 /slCK4vFc  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 k'.cl^6Z8  
 探测器 %>nAPO+e  
— 视觉感知的仿真 UptKN|S&V  
— 电磁场分布 lx$Z/f  
 建模/设计 aIT0t0.  
— 场追迹： s'/_0  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 -= c&K&  
DM6(8df(  
2. 系统说明 9XUYy2{G  
r,|}^u8`  
,*Wh{
)  
3. 模拟 & 设计结果 e}gGl<((g  
/"!ck2d&1  
4. 总结 Cjt].XR@  
Gf7r!Ur;g  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 FBi&MZ`  
</9c=GoJ  
第1步 9-#=xE9'U  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 Yh,,(V6  
&6GW9pl[  
第2步 m{*_%tjN0  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 iMYJVB=  
)fuAdG  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 z\k6."e_&  
3DjX0Dx/l  
应用示例详细内容 CW@EQ3y0  
|em_l$oGc  
系统参数 gBgaVG  
9nd,8Nji  
1. 该应用实例的内容 Yg!fEopLb  
'uqY%&U  
7CU<R9Kl  
2. 设计&仿真任务 0CeBU(U+|R  
]7,0}q.  
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。 o -x=/b  
h^zcM_  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 !9S!zRy@  
{- &wV  
O2Y1D`&5  
4. 参数：SLM像素阵列 lR ZuXo9<  
:y~l?0b&8  
z4[8*}  
5. 参数：SLM像素阵列 27JZwlzZ  
RLVz"=  
{f6~Vwf  
应用示例详细内容 0d,&)  
['c*<f" D2  
仿真&结果 ]|Iczg-   
|'k7 ;UW  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM UnTvot6~  
 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)。 )"bP]t^_  
 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。 +o6"Z)  
I~M@v59C  
2. VirtualLab的SLM模块 ,Igd<A=  

gr>>]C$  
@vi;P ^1!
 
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 cS|W&IH1  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 R5cpmCs@R  
U)S!@2(4  
3. SLM的光学功能 I!p[:.t7  
covK6SH  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 %vWh1-  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ;`Wh^Qgi  
 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。 >` |sBx  
O=}jg0k  
|/RZGC4  
csv;u'  
/n1H;~f]  
 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。 $2v{4WP7G  
*edhJUT  
8Dc'"3+6  
jW.IkG[|  
=@ed{~
 
4. 对比：光栅的光学功能
HqKD
]1  
 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。 Ix+\oq,O  
 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。 Ei\tn`I&  
 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)。 \yo)oIi[p  
 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。 $-BM`Zt0;  
 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。 ^14a[ta/'  
-W"w  
T oK'Pd  
$tca: b}Mk  
}Lb[`H,}A  
5. 有间隔SLM的光学功能 /HM0p  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 5tu 4uYp;  
CDDOm8  
{edjvPlk  
l 1Ns~  
Q\GSX RP  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 p>0n~e  
\XgpwvO".  
s% (|z  
6. 减少计算工作量 rTYM
N  
)p+6yH  
采样要求： S5xum_Dq  
 至少1个点的间隔(每边)。 J4^aD;j  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 A{KF<Omu  
~V!gHJ5M  
采样要求： }>~]q)]  
 同样，至少1个点的间隔。 nG !6[^D  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 l]__!X  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 rh 7%<xb>  
x`gsD3C  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 )Vnqz lI5  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。
Jz6zJKcA  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 jun$CY4  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 )_Wo6l)i  
`\#J&N  
_';oT*#  
~jn~M_}K  
).9m6.%Uk  
7. 指定区域填充因子的仿真 `_5{: 9N$  
^Jdji:  
 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。 N3QDPQ  
 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。 >]S-a-|Bp  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 6-h(305A  
 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)。 I`FqZw  
a+
lGN  
kF29~  
8. 总结 "3X~BdH&J  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ;dE'# Kb  
tg'2v/  
第1步 a!Ht81gj  
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。 !JWZ}u
M6  
%Y*]eLT>  
第2步 rq_0"A  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 0L|D1_k[  
扩展阅读 o!>h Q#h  
扩展阅读 68-2EWq  
 开始视频 s\A4y "  
-    光路图介绍 P\2UIAPa\b