[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

W4YC5ZH{l  
应用示例简述 |]]fcJOBP  
?)PcYrV  
1. 系统细节 [D?E\Nkk  
 光源 Y|lMa?\E  
— 高斯光束 %Bo Jt-v  
 组件 XnG!
T$  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 n+i}>3'A  
 探测器 G![1+2p:Tq  
— 视觉感知的仿真 g{a0,B/j  
— 电磁场分布 @LmUCP~  
 建模/设计 >3Y&jsh<  
— 场追迹： 0+H"$2/  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 eX$Biv1N  
F%|(pHk  
2. 系统说明 (nzzX?`nY  
HYY|)Wo  
{M$8V~8D  
3. 模拟 & 设计结果 oyd{}$71d  
TUUBC%  
4. 总结 lk'RWy"pw  
oy |@m|J  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 P"#^i<ut@T  
>pYgF=J  
第1步 a&<<X:$Hy  
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。 `<Ftn  
NdZ: 
7  
第2步 c
*W$wr  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 _1Eyqh`oh  
5Tu.2.)N  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 _\<M58/z  
Ylf4q/-  
应用示例详细内容 JSL3.J  
Mu%'cwp$  
系统参数 ,s)H%  
*Zvw&y*  
1. 该应用实例的内容 <eI;Jph5  
+1y#=iM{  
ZAP+jX;  
2. 设计&仿真任务 E5dXu5+ye  
6 qq7:  
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。 ibq@0CR  
 96BMJE'  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 /IC'R"V a  
VuY.})+J:  
Uwp +w  
4. 参数：SLM像素阵列 (!b: gG  
F~Li.qF  
uu:)jxi  
5. 参数：SLM像素阵列 Vh<`MS0X  
s5pY)6)  
2*M*<p=v  
应用示例详细内容 A"'MRYT`  
UdGoPzN  
仿真&结果 A>?fbY2n  
s*I
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1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM D)_Ei'+*l  
 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)。 U,=K_oBAq  
 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。 2 zy^(%a  
Yx"z&J9p  
2. VirtualLab的SLM模块 qkIU>b,B  

VC.?]'OqD  
X=3@M_Jzo  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 g|P hNo  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 8syo_sC |  
|(SW  
3. SLM的光学功能 R+K[/AA  
{OOt+U!  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ueR42J%s  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 @I&"P:E0F;  
 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。 +[ItkfSod!  
;i9CQ0e?  
wL
tTC4D  
qo@dFKy  
MjpJAV/84  
 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。 }]I?vyQ#V  
$ZS9CkN  
HhL%iy1  
o$O,#^  
L3AwL)I   
4. 对比：光栅的光学功能  zjA/Z(  
 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。 q8Dwu3D  
 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。 V5B-S.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)。 ^aXBt  
 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。 ZkW@|v  
 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。 {rT`*P~  
U3}R^W~eb  
K_QCYS.  
|Z ,G  
6<Z:Xw  
5. 有间隔SLM的光学功能 WM"^#=+
$  
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。 5F"?]'
*/  
9#<Og>t2y  
W[Bu&?h$  
L2'd
sOn  
BuTIJb+Q\  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 `a>vPW  
FE}!bKh  
#ja`+w}  
6. 减少计算工作量 Db(_T8sU  
Jj:6 c  
采样要求： vC:b?0s#(  
 至少1个点的间隔(每边)。 It4z9Gh  
 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。 H
c]1mM  
K//T}-Uub  
采样要求： s.`d<(X?  
 同样，至少1个点的间隔。 |A0$XU{  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 xXZKj  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 |QLX..  
V=&,^qZ  
 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。 lGUV(D  
 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。 U@MP&sdL  
 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)。 toqzS!&.v  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 e({fY.)SGo  
ex\W]5  
{~fCqP.2  
c1kxKxE  
`8;,&<U'`  
7. 指定区域填充因子的仿真 Reu{   
y?n2`l7f  
 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。 PgLS\_B  
 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。 UZP6x2:=  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ~9r!m5ws  
 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)。 cEc,e
q|  
-I-Uh{)j  
IzdTXc f  
8. 总结 xwnoZ&h  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 >:E*7
 
^Opy6Bqb  
第1步 s;2/Nc   
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。 .l+~)$  
?
[VpN2*  
第2步 V.ji _vX  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 W Gw!Y1wq  
扩展阅读 kt{C7qpD  
扩展阅读 _/}Hqh  
 开始视频 rEyz|k:  
-    光路图介绍 6_<s=nTX