[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

liB>~DVC  
应用示例简述 MdfkC6P  
:R&tO3_F  
1. 系统细节 Ywr{/  
 光源 1wM p3  
— 高斯光束 zc(7p;w#p  
 组件 Mt:(w;Y  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 w/<hyEpxg  
 探测器 A,/S/_Q=  
— 视觉感知的仿真 @'
y"D  
— 电磁场分布 ^YZ#P0 y  
 建模/设计 M;bQid@BG  
— 场追迹： *\>2DUu\`  
 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。 x/<.?[A  
eyWwE%  
2. 系统说明 fe$WR~  
/L 4WWQ5  
YD%Kd&es  
3. 模拟 & 设计结果 G7
<X l}  
6bn-NY:i  
4. 总结 HTG;'$H^  
nNKL{Hp  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 *$1)&2i  
I|:j~EY  
第1步 rG]Xgq"   
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 Sq'z<}o  
V]2z5u_q  
第2步 Sm,$~~iq}  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ]=3O,\  
zkOgL9 (_8  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 +A3H#'  
VGq]id{*$  
应用示例详细内容 {mQJ6 G'ny  
y()( 8L  
系统参数 [`lAc V<  
BSY#xe V  
1. 该应用实例的内容 -iHhpD9"X  
2o/`8+eJu  
+*q@=P,  
2. 设计&仿真任务 BTyVfq sx  
YB|9k)Z2[  
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。 -G 'lyH  
NC}#P<U  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ZIp=JR8o$  
QFYy$T+W  
5PPpX=\  
4. 参数：SLM像素阵列 :6+~"7T  
7w*&Yg]  
1^3#3duV  
5. 参数：SLM像素阵列 ^d*>P|n*@e  
Dhoj|lc  
l?o- p  
应用示例详细内容 j
lBCu(.,_  
B .mV\W  
仿真&结果 U:9vjY  
jHCKV  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM JPG!c
X%  
 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)。 M6sDtL9l  
 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。 pg)g&ifKl  
$ Zr,-  
2. VirtualLab的SLM模块 3D0I5LF&  

MV}]i@V  
{)qP34rM  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 $wTX  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 HV.7IyBA^  
P1n@E*~V5  
3. SLM的光学功能 F948%?a  
<4,
?lZ  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 0)!zhO_}  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 !%r`'|9y  
 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。 df& |Lc1J  
C5UDez  
P;&p[[7  
F.D1;,x  

$lA,{Q  
 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:<R@V<~#  
9lCKz !E
 
,v_r$kh^  
[Gy'0P(EQ  
zP}v2  
4. 对比：光栅的光学功能 N
-E`go  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。
-d'|X`^nE  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 "lf3hWGw  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 Ai18]QD-  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 6~WE#z_  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 wf%Ep#^6}  
f*}E\,V"&  
wlg#c6#q  
@0,dyg<$>  
+Uq:sfj,  
5. 有间隔SLM的光学功能 bU`yymf{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。 uTGvXKL7  
3G|fo4g  
%0]b5u  
`|Z@UPHzG  
JSK5x(GlH  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 4ZpF1Zc4B  
$4JX#lkt  
$#3<rcOq  
6. 减少计算工作量 G!%XQ\a!  
q.Z#7~6`3  
采样要求： ArzsZ<\//  
 至少1个点的间隔(每边)。 | V,jd  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 WV"QY/e3  
VQMd[/  
采样要求： *[:CbFE0y  
 同样，至少1个点的间隔。 luk2fi<$  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 k+GnF00N^8  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 BV?N_/DXp  
sNmC#,  
 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。 cG!2Iy~lA  
 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。 )wv[!cYyW  
 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)。 T)f_W  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 C+m^Z[
 
4Olv8nOe<  
LE80`t>M#  
l'".}6S  
K |} ]<  
7. 指定区域填充因子的仿真 Z)T@`B6  
`+BaDns  
 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。 yi-"hT`  
 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。 rR
rW   
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 {&u7kWD|  
 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)。 4$DliP  
<&EO=A  
lWw!+[<:q1  
8. 总结 {^5<{j3e  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 p2DNbY\]  
\ +-hn  
第1步 B "F`OS[  
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。 Q*&aC|b&  
Iki+
5  
第2步 4\SBf\ c  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 EJ;0ypbG  
扩展阅读 $]U5  
扩展阅读 3/IWO4?_  
 开始视频 })Mv9~&S  
-    光路图介绍 {G1aAM\Hz