[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

EwzR4,r\M  
应用示例简述 l&ueD&*4&  
t2o{=!$WH  
1. 系统细节 o'#& =h$_  
 光源 .jCGtR )%  
— 高斯光束 x"Ky_P~  
 组件 tTy!o=  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 T]De{nHu  
 探测器 i wgt\ux.  
— 视觉感知的仿真 o}v<~v(  
— 电磁场分布 OJcS%-~  
 建模/设计 LS[o7!T(  
— 场追迹： v0\l~_|H  
 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。 2T&MVl!%  
Wk0E7Pr  
2. 系统说明 :hZM$4  
{ LvD\4h"  
r%.k,FzGZY  
3. 模拟 & 设计结果 eTa_RO,x  
i<"lXu  
4. 总结 +-j-)WU?,  
G?$@6  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 .yj@hpJM  
0F|t@?S  
第1步 `j>5W<5q\  
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。 SY+0~5E  
MT-T
t  
第2步 9-;-jnDy   
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 $X#y9<bW  
;7P'>j1?U  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 spV7\Gs.@  
|8k1Bap`z  
应用示例详细内容 l(Rn=
?  
9lb?%UFe  
系统参数 L BbST!  
-!PJHCLd  
1. 该应用实例的内容 e=0]8l>\V  
[./FzlAs  
,&_H  
2. 设计&仿真任务
XQy`5iv  
1p}Wj*mc  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。  gHe:o`  
hp~q!Q1=  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 B]
X8KzLu  
<o%T]  
WWu
nS|B!  
4. 参数：SLM像素阵列 e(t}$Q=  
e$~[\ w  
?@'&<o0p#  
5. 参数：SLM像素阵列 tJ^p}yxO  
QF>T)1&J[7  
x"b'Pmw  
应用示例详细内容 <O1R*CaP  
$r!CQ2S  
仿真&结果 IbI0".o  
wEjinP$2  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM JXc.?{LL  
 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)。 u9!  ?  
 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。 7X>I
S#W]  
$XF$ n#ua  
2. VirtualLab的SLM模块 (7R?T}  

@su<h\)  
iXMJ1\!q\|  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 i\sBey ND"  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 8c9HJ9vk  
{M**a  
3. SLM的光学功能 &r1(1<  
b >D  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 fmW{c mr|  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 Jy(G A  
 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。 yx]9rD1cz  
YlrN^rO  
3]*Kz*i  
G8av5zR  
4LTm&+(5  
 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。 d>p' A_  
m]n2wmE3n  
,:t,$A  
^^b'tP1>  
~Gfytn9x.;  
4. 对比：光栅的光学功能 Lwl1ta-  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 dxX`\{E  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 G[k3`  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 E{\CE1*  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 gcA:Q4  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 q A .9X4NQ  
NxHUOPAJc  
eAlOMSL\  
wKM9fs  
p":u]Xgb  
5. 有间隔SLM的光学功能 MJGT|u8O&  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 /PwiZA3sA  
23?u_?+4i  
+9Tc.3vQ  
IhNX~Jg'^  
1/97_:M0~F  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 5
Y *4a%"  
leC!Yj  
E f\|3D_  
6. 减少计算工作量 +YvF+E  
2d.$V,U<  
采样要求： m!xv
WqY+  
 至少1个点的间隔(每边)。 cr!8Tp;2A  
 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。 QD@O!}; T  
Vgj#-7bdyi  
采样要求： ,8 4|qI  
 同样，至少1个点的间隔。 aF 2vgE\  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 :BPgDLL,  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 D>5)',D8xi  
Ph=NH8  
 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:i Q&[f  
 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。 A$@;Q5/2  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 cpOt?XYR~  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 u !BU^@P  
% G=cKM  
6\7c:  
FsE
D9+/m  
!{-W%=Kf  
7. 指定区域填充因子的仿真 ZO%^r%~s  
1K9.3n   
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 zQ=b|p]|W  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 oLoc jj~T  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 <MS>7Fd2  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 ,!{8@*!=s  
!P{ /;Q  
O<$w-(  
8. 总结 C98F?uo%Q  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 JQKXbsXS  
Z|_V ;*  
第1步
WHE<E rV%  
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。 |XB<vj07G  
1J!v;Y\\  
第2步 Tr?p/9.m  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 S>dHBR#AD  
扩展阅读 8ae`V!5  
扩展阅读 j6l1<3j  
 开始视频 gkmof^  
-    光路图介绍  LgF?1?