[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

Al0 i{.V  
应用示例简述 ]WO0v`xh  
7;wx,7CUq  
1. 系统细节 +J`HI1  
 光源 MPtn$@  
— 高斯光束 ['*{f(AI  
 组件 +bGj(T%+'  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 d,c8ks(  
 探测器 hJ>Kfm  
— 视觉感知的仿真 ?bq S{KF  
— 电磁场分布 !bPsJbIo>  
 建模/设计 {#Lj,o  
— 场追迹： _`H2CXGg  
 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。 !' D1aea5
 
4F-r}Fj3  
2. 系统说明 v4pFts$J  
~"Kf+eFi  
<8JV`dTywC  
3. 模拟 & 设计结果 }Sxuc/%:  
:cvZk|b%  
4. 总结 l\?HeVk^  
iPD5 KsAOA  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 9L"Z ~CUL  
AB.gVw| 4  
第1步 2i~tzo  
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。 /YyimG7  
hJkSk;^  
第2步 T;4& ^5n  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Nx%]dOa  
8Moe8X#3  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 h6yXW!8  

l[MP|m#  
应用示例详细内容 #dvH0LX?  
7lC );  
系统参数 /uh?F  
 c"pI+Q  
1. 该应用实例的内容 l@h|
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\NiW(!Z}  
<~%e{F:[#  
2. 设计&仿真任务 X\z`S##kj  
/8)-j}gZa  
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。 #[Z1W8e  
vM.Y/,7S  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 H/rJ:3  
;2NJkn9t  
^AI5SjOUx  
4. 参数：SLM像素阵列 Xscm>.di  
up# R9 d|  
<l:c O$ m  
5. 参数：SLM像素阵列 k3pY3TA@w+  
Wk0"U V  
YqJ `eLu  
应用示例详细内容 -L.U4x  
UdIl5P  
仿真&结果 dGNg[  
IbC8DDTD  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM EAdr}io  
 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)。 Z4"SKsJT/>  
 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。 1TOT}h5  
oy;g;dtq  
2. VirtualLab的SLM模块 Dc2U+U(J  

O/?Lk*r  
9{A[n}  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 Hv>16W$_  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 ']
x
`d  
]]EOCGZ"  
3. SLM的光学功能 hxXl0egI  
2b[R^O}   
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 8Hdm(>  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 vFz#A/1  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 &e-MOM2&  
}#b[@3/T  
&&Uc%vIN  
R
TLA*  
]"*sp  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 THOXs; k0  
PQ#zF&gL9t  
zL%ruWNG  
4P>4d +  
@_ZE_n   
4. 对比：光栅的光学功能 7V="/0a  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 &4dh$w]q  
 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。 6AA"JX  
 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)。 8Hf:yG,  
 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。 < s>y{e  
 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。 .#4;em%7  
odm!}stus  
R9!GDKts%  
JM&:dzyIP  
)~Pj3  
5. 有间隔SLM的光学功能 ,drcJ  
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。 GY~Q) Z  
BM }{};p6  
w.:fl4V  
bMrR  
}(yX$ 3?`  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 1p|h\H  
]9 ArT$
 
5>nbA8  
6. 减少计算工作量 HXg#iP^tv  
jx?"m=`s:  
采样要求： jW!x!8=  
 至少1个点的间隔(每边)。 ]6*+i$  
 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。 Y
qz B="  
Rr!oT?6J?  
采样要求： 4b}94e@(N  
 同样，至少1个点的间隔。 $yi[wwf4  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 1%^d<%,]  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 5{.g~3"  
?%]?#4bkc  
 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。 UEb'b,O_9  
 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。 P*kKeM
l  
 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)。 ?04$1n:  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 8#_"WzDw  
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$&@etsW0/  
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7. 指定区域填充因子的仿真 >7Y6NAwY  
x$WdW+glZ-  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 aP}%&{iC*  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 yClbM5,  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 A:JWUx  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 mKh<M)Bz  
*qN(_  
'y<<ce*  
8. 总结 {-'S#04  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 k@RIM(^t  
&l| :1  
第1步 !J%m7A  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 bpv?$j-j  
NW*qw q  
第2步 "?Mf%u1R  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 $At,D.mGkb  
扩展阅读 1(ud(8?|  
扩展阅读 6Y-sc*5  
 开始视频 f[;l7  
-    光路图介绍 ud@7%%