[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

 c`'2  
应用示例简述 0A~zuK  
Unl6?_  
1. 系统细节 l!B)1  
 光源 Q k`yK|(0=  
— 高斯光束 cVzOW|NVx  
 组件 uZyR{~-C  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 UTa
tcn  
 探测器 eBD7g-  
— 视觉感知的仿真 x<  Td  
— 电磁场分布 EM_
`` 0^  
 建模/设计 -Oo7]8  
— 场追迹： c3\z  
 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。 UMg*Yv%  
Pkr0|bs*  
2. 系统说明 ^ fo2sN"   
GEg8\  
>*TFM[((Y)  
3. 模拟 & 设计结果 T)IH4UO  
7Y:~'&U|  
4. 总结 'RIlyH~Yf  
9zj^\-FA_l  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 @v1f)(N  
t83n`LC  
第1步 0Ywqv)gg  
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。 4v+4qyMyE  
>Q0HqOq  
第2步
l\=M'D  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 M<3P  
g-c\;  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 L< MIl[z7  
qTA
@0fL  
应用示例详细内容
fP41B  
*D: wwJ  
系统参数 qb+vptg
@I  
Nz+Jf57t  
1. 该应用实例的内容 I'URPj:t  
7o$4ov;T  
`>@n6>f  
2. 设计&仿真任务 33O@jbs@  
u!([m; x|  
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。 %N!2 _uk5  
3|/<
Pk  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 W/O&(t  
*i[^-  
$]/a/!d  
4. 参数：SLM像素阵列 LTsG  
;>o}/h  
DkP%1Crdr  
5. 参数：SLM像素阵列 z}'*zB>  
lx<]v^  
$7{V+>  
应用示例详细内容 9}`A_KzFx  
L]o 5=K  
仿真&结果 ;;E "+.  
Lh~Ym<CeN  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM UE4zmIq  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 e2~i@vq  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 lZTD>$  
X!0s__IOc  
2. VirtualLab的SLM模块 A*ImruV  

oWVlHAPj  
cGw*edgp6  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 pU`4bT(w%  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 28L3"c  
Cc:m~e6r  
3. SLM的光学功能 ZbJUOa?W
F  
L3M
]06y  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 :F:<{]oG_  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 i)V-q9\  
 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。 EQ&E C  
)1H$5h  
C'ZF#Z  
UOrfwK  
G`
NH
~C  
 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。 s1XW}Dw  
X*Mw0;+T  
8
H_3.MK  
ruM16*S{=  
;8UHnhk_O  
4. 对比：光栅的光学功能 {5U;9: sO6  
 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。 CUOxx,V  
 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。 y: @[QhV  
 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)。
9 |Iq&S  
 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。 rvRtR/*?j  
 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。 9V&%_.Z
 
JcxhI]E  
,[IN9W  
I(E1ym  
<Tr_,Ya{9  
5. 有间隔SLM的光学功能 TL(L[  
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。 Au'[|Prr  
f<ABs4w  
,D-VC{lj  
='=\!md  
\HFh?3-g  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 i*j[j~2>C;  
w/s{{X<bF  
o>{+vwK  
6. 减少计算工作量 uQ#3;sFO  
1cS{3  
采样要求： 6vz9r)L  
 至少1个点的间隔(每边)。 6o&{~SV3  
 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。 emb~
l{K$  
mPGF Y  
采样要求： Y;>0)eP  
 同样，至少1个点的间隔。 Rxld$@~-(]  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 .H+`]qLkL  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ['m@RJm+  
[vpZ3
;  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 Zk2-U"0\o  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 ( B$;'U<  
 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)。 6sl*Ko[  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 <2w@5qL  
]J)WcM:  
pdsjX)O+f  
Gk2\B]
{  
Y;S+2])R2  
7. 指定区域填充因子的仿真 5nzkZw  
Mq]~Ka3q7  
 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。 CDei+ q  
 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。 [Fe`}F}Co8  
 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;|Pp;dc  
 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)。 ;5-Sn(G  
p_=^E*J]  
:*TfGV  
8. 总结 >1xlP/4jx  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 4`)B@<  
 Mi.xay%  
第1步 <T:u&Ic  
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。 YVZm^@ZVV  
GEy^*, d  
第2步 {PGNPxUbe  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 _QfA'32S  
扩展阅读 )El#Ks5u  
扩展阅读 LX4S}QXw  
 开始视频 Z6SM7?d  
-    光路图介绍 Q$G!-y+"i