[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

RX|&cY>  
应用示例简述 /OtQk-E  
"@|V.d@  
1. 系统细节 MZF ;k$R  
 光源 6Kc7@oO~  
— 高斯光束 IHMyP~{  
 组件 v%e"4:K}?  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 o;P;=<  
 探测器 }XE/5S}D  
— 视觉感知的仿真 @wZ_VE7B  
— 电磁场分布 TZ]Gl4@  
 建模/设计 ]lG\t'R
 
— 场追迹： kqB00 ;  
 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。 .F|WQ7Mu  
Hx0,kOh)  
2. 系统说明 b,A1(_pzi  
U,(+rMeY0  
e;3 (,  
3. 模拟 & 设计结果 p=T\3_q  
} ~bOP^'  
4. 总结 Oz7v hOU  
!XC7FUO  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 \F3t&:  
fX|,s2-FW  
第1步 0g)mf6}o  
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。 FeMu`|2  
RO8Ynm2 <  
第2步 /_(Dq8^g@  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 xI8*sTx 6  
xFnMXht  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 S>Y?QQ3#wp  
2kve?/  
应用示例详细内容 vX%gcs/@  
9-SXu lgu  
系统参数 56dl;Z)  
h]$zub
 
1. 该应用实例的内容 5. i;IOx  
~Sq >c3Wn  
~K`blW
47  
2. 设计&仿真任务 &aOOG8l  
1[ Pbsb  
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。 k,& QcYw  
,\7okf7H,-  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 UHW
unI S  
"'L SLp  
}Of^Y@{q.  
4. 参数：SLM像素阵列  O(!'V~3  
I%Z&i-33y  
*XuzTGa"  
5. 参数：SLM像素阵列 RP$A"<goP  
b3H;Ea?^^<  
+zvK/Fj2q  
应用示例详细内容 o^D
{WH\p  
#]2u!ama  
仿真&结果 -_+0[Nb.  
6._):[_2  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM n)yqb  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 5:wf"3%%  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 }V{, kK  
9 +6"<r!  
2. VirtualLab的SLM模块 &IPT$=u  

@Hzsud  
w}iflAnjq  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。
8}&cE#@  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 ts ] +W!:  
|zf||ju  
3. SLM的光学功能 \hz)oC  
T!n<ya
!  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 a[/p(O  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 Aq-v3$XL  
 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。 >z2{D7  
*\>&  
>v(Xc/oI
 
R$\ieNb  
,i}"e(f  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 *m;L.r`5[  
y Le5,  
!j(R_wOq  
)}EwEM  
U|>Js!$  
4. 对比：光栅的光学功能 BjShK+Y  
 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。 h0GXN\xI  
 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。 N7NK1<vw2  
 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)。 ^t| %!r G  
 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。 %c&h:7);  
 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。 m~}nM|m%  
]UNmhF!W>u  
@E}4LTB  
J9o]$.e  
F:n7yey  
5. 有间隔SLM的光学功能 |{$Vk%cUE  
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。 <h^vl-L>  
KjhOz%Yt[o  
*@D.=i>  
/m%;wH|6%  
Tfj%Sb,zM  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 N^O.P  
V-VR+Ndz  
0(]C$*~mk  
6. 减少计算工作量 huO_ARwK'  
Z5v\[i
@H!  
采样要求： 6z~6o0s~  
 至少1个点的间隔(每边)。 T$SGf.-  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 KZ&{Ya  
o4U9jU4<"  
采样要求： : xW.(^(d  
 同样，至少1个点的间隔。 xM[m(m  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 @?TOg{:  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ]5wc8Kh"  
I t",WFE.  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 ym^  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 b0t/~]9G  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 [8[g_  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 <8~bb-U$  
T=%,^  
]U82A**n  
><^ ,  
^Yul|0*J  
7. 指定区域填充因子的仿真 4YMX
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3,t3\`=  
 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。 t[ cHdI  
 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。 0.!_k )tu  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 @p"m{  
 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)。 ~qT5F)$B-  
EZypqe):/C  

n 'gU  
8. 总结 j`7q
7}  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 
MfNsor  
,v,#f .  
第1步 ZW7z[,tk<.  
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。 :Y>FuE  
wwaw|$  
第2步 xl>8B/Zmf#  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 l$/.B=]  
扩展阅读 /0CS2mLC  
扩展阅读 /F@CrNFb(  
 开始视频 /xq^]0xy  
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