[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

;pdW7  
应用示例简述 $~4ZuV%  
-\yaP8V  
1. 系统细节 _$"qC[.  
 光源 6/9 A'!4C  
— 高斯光束 W&y%fd\&3  
 组件 @AL,@P/9=  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 VF=$'Bl|  
 探测器 XiI@Px?FL  
— 视觉感知的仿真 Vin d\yvM  
— 电磁场分布 Bv
pGP  
 建模/设计 r?d601(fa  
— 场追迹： ~DcX}VCm  
 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。 $@q)IK%FDL  
39?iX'*p
 
2. 系统说明 5nzkZw  
Mq]~Ka3q7  
CDei+ q  
3. 模拟 & 设计结果 .Vq-
<c%  
q%#dx4z&  
4. 总结 S|
Wv1H>
 
2#5SI  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 nGGYKI  
>1xlP/4jx  
第1步 mY2Ubn*  
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。  Mi.xay%  
pm O}m>  
第2步 <T:u&Ic  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 YVZm^@ZVV  
GEy^*, d  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Z2`(UbG}  
_QfA'32S  
应用示例详细内容 )El#Ks5u  
LX4S}QXw  
系统参数 Z6SM7?d  
Lm"l*j4  
1. 该应用实例的内容 *nU7v3D  
V3K  
o6  
2. 设计&仿真任务 $@[6jy  
I :%(nKBK  
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。 c3]ZU^  
D_`MeqF}C  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ?n>h/[/  
&H;0N"Fn  
pUZe.S>G  
4. 参数：SLM像素阵列 rC}r99Pe:x  
W1M<6T.{7  
c&IIqT@Gb0  
5. 参数：SLM像素阵列 _!H{\kU  
\kZxys!4  
u!?.vx<
qy  
应用示例详细内容 vL{sk|2&  
BdB/`X*  
仿真&结果 $S|bD$e  
Uaog_@2n,  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ` *x;&.&v  
 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)。 mu0
4TPj  
 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。 q5YgKz?IC  
g:`V:kbY$  
2. VirtualLab的SLM模块 9a"[-B:  

pJ"Wg@+  
gI6./;;x  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ko*Ir@SDv  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 Wd?(B4{  
3iJ4VL7  
3. SLM的光学功能 L|EvI.f
 
]re1$W#*  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 L0Bcx|)"$`  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 +DaPXZ5.  
 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。 ie{9zO<d  
6%~ Z^>`N  
Z{xm(^'i  
rg)>ZHx  
nAG2!2_8  
 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。 $(K[W}  
*=mtt^yZ  
i[sHPEml(5  
d4t%/Uh  
@~hiL(IR'  
4. 对比：光栅的光学功能 C:xgM'~+  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 xDG8C39qrs  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 (4o_\&  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 XT> u/Z)  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 |jH- bm  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 BZP}0  
x>d,\{U  
x;dyF_*;  
*cz nokq6  
-61{ MMiA  
5. 有间隔SLM的光学功能 XdjM/hB{fD  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 !f[LFQD  
"bZ%1)+  
n*{aN}auJ  
q}p&<k  
fT.18{'>  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 q">lP(t  
xCGa3X  
d,AEV_  
6. 减少计算工作量 4<[,"<G~3  
g|ewc'y  
采样要求： N^z4I,GV(  
 至少1个点的间隔(每边)。 }5 ^2g!M  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 i#]}k  
j>Wb$p6S  
采样要求： jLo(Uf  
 同样，至少1个点的间隔。 R?Zv  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 6U~AKq"+f  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 OV/H&fe  
uNSaw['0j  
 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。 >>/|Q:  
 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。 ?!TFoD2'  
 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)。 [Z9 lxZ|  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 2-=Ov@y2k!  
rYez$e^r  
g<U\7Vp\1  
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NV\t%/ ?  
7. 指定区域填充因子的仿真 l7#5.%A  
1oU/gm$7\q  
 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。 xe?!UCUb@  
 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。 BV)oF2b:  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 0x BO5[w,Y  
 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)。 %PA#x36
 
XzLB#0  
'kU5  
8. 总结 :jL>sGvBv  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ?-M?{De  
R 6JHR
d  
第1步 -wr#.8rzTT  
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。 ;IyA"C(i  
wNc.z*+O"H  
第2步 E$O-\)wY0  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 h pf,44Kg  
扩展阅读 c_"=G#^9@i  
扩展阅读 FK;3atrz  
 开始视频 (|O9L s7N  
-    光路图介绍 <c'0-=