[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

)q[Wzx_ j<  
应用示例简述 162Dj$  
D}N4*L1  
1. 系统细节 08g2? 5w"  
 光源 S7@/dHN  
— 高斯光束 w BoP&l  
 组件 urQ<r{$x0  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 :w7?]y6~S  
 探测器 Ci2*5n<  
— 视觉感知的仿真 CX; m8  
— 电磁场分布 *zdUCX  
 建模/设计 zKh<zj  
— 场追迹： 2Tv W 6  
 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。 lk=[Xo  
|lyspD  
2. 系统说明 +;bZ(_ohG  
biU ?>R  
8
k_hX^  
3. 模拟 & 设计结果 ?ea5k*#a  
y`cL3 xr4R  
4. 总结 n} ]gAX  
wBEBj7(y  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 'vKae  
$- Y8@bw  
第1步 5JG`FRW!  
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。 3.rl^Cq1  
.s|5AC[  
第2步 /sqfw,h@  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 K1o&(;l8G  
V8Z@y&ny  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 h|<;:o?yh  
IU"8.(;o  
应用示例详细内容 7>EMr}f C  
\[/}Cy  
系统参数 ojVN-*5  
w*u.z(:a`  
1. 该应用实例的内容 <1`MjP*w  
|:`)sx3@#  
%Siw>  
2. 设计&仿真任务 8L`wib2  
^GiWU +`  
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。 }$* z:E  
!"ydl2  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 q}(f9  
Hdjp^O!  
LwH+X:?i  
4. 参数：SLM像素阵列 aaI5x  
}$a*XY1  
x@|10GC#:  
5. 参数：SLM像素阵列 8/~@3-9EK  
{RD9j1  
gUiZv8C  
应用示例详细内容 *~.'lE%[U  
aED73:
b  
仿真&结果 JQW7y!Z  
WISK-
z  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM JYLAu4s6  
 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)。 0Cyus  
 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。 59V8cO+qH  
X#X/P  
2. VirtualLab的SLM模块 g
$z6*bL  

*#GX~3A  
[5GzY`/m  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 \^lDd~MWG  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 %B\VY+  
Z,>owoP4  
3. SLM的光学功能 )?(_vrc<  
*QoQ$alHH  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 a24(9(yh  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 _gpf9ad  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 z\K-KD{Ad  
oF s)UR  
gj }Vnv1[  
?O9|  
t*-_MG  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 Z/OERO   
Z[kVVE9b?  
&b]_#c  
O44Fj)  
c2PBYFCyC  
4. 对比：光栅的光学功能 /5?tXH"  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 u\f QaQV  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 `
/(9#E  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 ZtpbKy!\$B  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 OZe`>Q6  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 ^[q/w<_j~  
{$C"yksr  
UxnZA5Lk*  
/^`do3a}  
W QeQ`pM  
5. 有间隔SLM的光学功能 98CS|NEe  
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。 6L-3cxqf\  
\M*c3\&~,e  
Z{_YH7_  
cY|@s?3NND  
Z_Y gV:jc  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 L; <Pod  
+,eF(VS!  
O/oLQoH  
6. 减少计算工作量 r$,Xv+}  
YOY2K%o  
采样要求： y!~ }7=  
 至少1个点的间隔(每边)。 M4t:)!dji?  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 '.7ER  
ZD<e$PxxCd  
采样要求： !" @<!  
 同样，至少1个点的间隔。 6vg` 8  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 {7EpljH@  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 "lB%"}  
@\U] hN?  
 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。 w|-m*v .  
 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。 *~zB{  
 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)。 %D`j3cEp@  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 p }3$7CR/  
)1!0'j99.  
-CTLQyj)  
TjjR% 3  
sLc,Dx"+  
7. 指定区域填充因子的仿真 0*KL*Gn  
352RJC  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 WFvVu3  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 I-W,C&J>  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 d}@n,3  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 m=60a@o]  
HHT8_c'CC#  
Ru$%gh>v  
8. 总结 m-Qy6"eW  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 )~ ^`[`  
e[db?f2!  
第1步 9
r 5(  
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。 }|],UXk{xB  
~eXI}KhBw6  
第2步 x}OJ~Yk]  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 JHJ]BMm  
扩展阅读 q<cxmo0
S  
扩展阅读 tV2o9!N4  
 开始视频 B_"PFWwg  
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