[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

"dN< i  
应用示例简述 6Dm+'y]l  
"D> ]ES%5  
1. 系统细节 8?jxDW a  
 光源 WOndE=(V  
— 高斯光束 %my
  
 组件 rS~qi}4X  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 rm+v(&  
 探测器 PM~*|(fA  
— 视觉感知的仿真 ++9
2:decM  
— 电磁场分布 d><fu]'  
 建模/设计 QjukK6#W  
— 场追迹： fwmLJ5o N  
 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。 /)1v9<vM"  
Y">4Qx4W  
2. 系统说明 /GsrGX8  
r7XD&Y  
hhq$g{+[  
3. 模拟 & 设计结果 fykI,!  
8[\79|  
4. 总结 -h\@RC  
&X w`T9<  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 mrnxI#6  
+G!v!(Ob+  
第1步 :Kay$r0+  
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。 x*mc -&N  
T8q[7Zn  
第2步 Z% Z"VoxH  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 5!:._TcO  
7jezw'\=~  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 j6X LyeG7  
Qg>L,ZO  
应用示例详细内容 ]IXAucI]  
X\G)81Q.S  
系统参数 U2&HSE|2J  
-><QFJ  
1. 该应用实例的内容 LD@7(?m
lU  
~j}J<4&OvC  
JTkCk~bX[z  
2. 设计&仿真任务 ;E2kT GT  
}B*,mn2N  
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。 nL\ZId  
vcOsq#UW  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 O2@" w23  
fB[\("+  
+QupM  
4. 参数：SLM像素阵列 gL,"ef+nM  
Cji#?!Ra?  
3#<'[TF00t  
5. 参数：SLM像素阵列 BGA%"b  
?k w/S4  
{*nEKPq(_*  
应用示例详细内容 X o_] v  
zK /f$}  
仿真&结果 Z_jn27AC  
!Pe1o-O  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM y$v@wb5  
 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)。 P[1m0!,B  
 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。 J2Y 3er  
iZu:uMoc  
2. VirtualLab的SLM模块 I-,Xwj-  

~\-r  
V[To,f  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 J(&Gmk9&  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 j`+0.Zlq  
&Ky3Jb<:Gt  
3. SLM的光学功能 # s,Y% Bce  
+Gp!cGaAm  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 )MMhlcNC  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 S--/<a2  
 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。 JYl\<Z' {  
\/X{n*Hw?  
kkHTbn=!  
wFn@\3%l
`  
o9~h%&  
 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。 Qlf 9]ug)  
&l?N:(r  
%
Mw'e/?  
K]%N-F>r  
nh?9R&  
4. 对比：光栅的光学功能 q!9^#c  
 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。 '?z9,oW{  
 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。 1Q0%7zRirI  
 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)。 @
-}D7?  
 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。 !k%l+I3J[  
 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。 pqkcf\  
n=;';(wR[  
Ny]'RS-  
5>N6VeM  
mQmBf|Rl  
5. 有间隔SLM的光学功能 -??!@R7V  
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。 DBLA% {05  
mL8A2>Gig  
#?L(#a$k  
.jLMl*6%:  
Zj:a-=  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 QQ5
lW  
x:=0.l#  
%H 8A=  
6. 减少计算工作量 ev)rOcOU  
',L{CQA?c  
采样要求：
N)9pz?*V  
 至少1个点的间隔(每边)。 Y]D7i?3N  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 03PN{<  
%kFTnX
HK  
采样要求： jc${.?m  
 同样，至少1个点的间隔。 eL]{#WL  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 }<6oFUZ  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 o+]Y=r2  
Gr`MGQ,  
 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。 4.,KEt'H  
 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。 bEVO<x+  
 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)。 j;1~=j])  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 N*_/@qM> a  
N1D6
D$s0  
ws*~$x?7  
4iYgs-,  
3bT6W,J4T  
7. 指定区域填充因子的仿真 }:,o Y<  
v_?s
1+w  
 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。 Fw(b1d>E  
 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。 $[HcHnf  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 Yio>ft&g]  
 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)。 #i`A4D  
_A@fP[C  
4jC4X*  
8. 总结 ~zXG<}n  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。
n"^/UQ|#j  
$V`KrA~]  
第1步 w^:V."}-$  
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。 ?.rH;:9To  
t 1Ir4  
第2步 i6!T`Kau  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 @%I_&!d  
扩展阅读 b7W=HR  
扩展阅读 v!pj v%  
 开始视频
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-    光路图介绍 wW6mYgPN%