[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

X%98k'h.y  
应用示例简述 ;0
4< 9i  
Zet80|q  
1. 系统细节
Lng@'Yr  
 光源 ydTd.`  
— 高斯光束 Y6`^E  
 组件 P9o
=G=i  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 (@Kc(>(: Y  
 探测器 <2e[;$  
— 视觉感知的仿真 M2nWvU$  
— 电磁场分布 2@!B;6*8q  
 建模/设计 [7\x(W-:@>  
— 场追迹： #l 6QE=:  
 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。 [a!)w@I:  
3=("vR`!  
2. 系统说明 0}"'A[xE  
:rU,7`sE/  
A!v:W6yiz  
3. 模拟 & 设计结果 e8eNef L$  
!-m 'diE  
4. 总结 25;(`Td5  
E5IS<.  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 H@te!EE  
mgTzwE_\  
第1步 )S`=
y-L$  
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。 txiX1o!/L  
*/OKg;IMi  
第2步 `<6FCn4{X  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 :eH\9$F`x;  
G0he'BR  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 NpxgF<G  
m7u" awM^  
应用示例详细内容 oS~;>]W  
k#-%u,t  
系统参数 G1Vn[[%k  
NFPWh3),f  
1. 该应用实例的内容 (v&iXD5t  
6
$K
@s  
p/HGI)'  
2. 设计&仿真任务 Svdmg D!  
89m9iJ=  
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。 *6G@8TIh  
%Iiu#- 'B  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 t)mc~M9w  
i
Z4"@G:,  
* ).YU[i  
4. 参数：SLM像素阵列 >[ g=G  
xX@9wNYD  
$$XeCPs0  
5. 参数：SLM像素阵列 F<^f6z8  
/CUBs!  

&(m01  
应用示例详细内容 k~?5mUyK<  
5n[''#D  
仿真&结果 RIDl4c [  
SX&Q5:  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ornU8H`  
 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)。 @aP1[(m
 
 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。 >uYU_/y$2  
. I."q  
2. VirtualLab的SLM模块 MpTOC&NG%s  

B=%x#em  
j.[W] EfL~  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ZSr!L@S  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 ">5$;{;2r  
OuKRaZ  
3. SLM的光学功能 &A=c[pc  
F:~@e(  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 r]U8WM3r  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 x<7?  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 3"sXN)j  
/.~zk(-&h  
'2UQN7@d  
~[f`oC  
zRgAmX/g  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 1vS-m
x  
j<R&?*  
n}- _fx  
D G|v'#  
DS_0p|2  
4. 对比：光栅的光学功能 a}iP +#;  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 X3~`~J  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 z`p9vlS[  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 q,> C^p|2b  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 /} h"f5  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 QK
hGEW~G  
0M?zotv0#  
T^{=cx9x9  
LB[?kpy  
~,Yd.?.TI  
5. 有间隔SLM的光学功能 a!f71k r  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 ~Orz<%k.  
c?KIHZ0  
itg"dGDk  
`5"3Cj"M  
GB;_!69I  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 x&"P^gh)  
wEN[o18{  
CNhLp#  
6. 减少计算工作量 3w"_Onwk  
i|xz  
采样要求： F)Z9Qlo  
 至少1个点的间隔(每边)。 oKH+Q6S:  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 Z$B%V t  
PIdGis5G  
采样要求： uvw1 _j?  
 同样，至少1个点的间隔。 4eF{Y^  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 {;6a_L@q;|  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 fwlicbs'  
L}'^FqO[IW  
 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。 ( uG;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。 fn.;C  
 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)。 $My~sN8  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 `~=NBN=tiL  
EXwU{Hl  
f0R+Mz8{  
`C$QR 8  
hm k ~  
7. 指定区域填充因子的仿真 3}fhU{
-c  
`U|zNizO  
 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。 EEo I|  
 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。 Se37-  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。  A;*<  
 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)。 3(nnN[?N,5  
TAqX f_  
cd=K=P}p  
8. 总结 .g?D3$|K  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 =''b`T$  
TP~1-(M)}  
第1步 JIHIKH-#  
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。 B|8|f(tsSa  
[LUqF?K&  
第2步 YW&`PJ9o  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 .:GOKyr(~  
扩展阅读 n)z:C{  
扩展阅读 M{jq6c  
 开始视频 BjA$^i|8  
-    光路图介绍 A)Rh Bi