[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

K2,oP )0.Y  
应用示例简述 8jW{0&ox)  
}R:eKj  
1. 系统细节 #95.KkF  
 光源 E\Hhi.-  
— 高斯光束 K0RY2Hiw  
 组件 Cdl#LVqs  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 9\RSJGx6  
 探测器 -M}#-qwf  
— 视觉感知的仿真 u"r~5  
— 电磁场分布 \D(6
t!Ox  
 建模/设计 PLR[nB7K  
— 场追迹： Z-;<R$  
 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。 hD!W&Er  
=vLeOX  
2. 系统说明 k L2(M6m  
I=X-e#HM?  
/gh=+;{  
3. 模拟 & 设计结果 #y13(u,dN  
Q':xi;?Kt  
4. 总结 <U`lh
 
YlDui8.N  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 .VN"j  
ez_qG=J .  
第1步 +c5z-X$^]  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 Ovh  
YIo$  
第2步 ~F?s\kp6  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 MjCD;I:C.  
uTGd{w@]0|  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 57IAH$n8o  
BYt#aqf  
应用示例详细内容 so}(*E&(a  
'&,$"QXwE  
系统参数 %cMX]
U  
FOiwB^$>  
1. 该应用实例的内容 p x1y#Q  
IMLk{y%6  
,2T&3
3m  
2. 设计&仿真任务 lR[[]Yn  
-
C]RFlV  
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。 8 hx4N  
|D<J9+  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 D+?/MrP  
j:K>3?   
uu L
"o  
4. 参数：SLM像素阵列 >2tQ')%DJ  
FWI<_KZO  
M72.  
5. 参数：SLM像素阵列 (hej
 3;W  
8P5yaS_  
oLK-~[p  
应用示例详细内容 WrH7tz  
`%}SK~<R  
仿真&结果 d2s
Y.L  
KM$Lu2
  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM Qa@b-v'by  
 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)。 (c;F%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。 cM%I5F+n  
v3!oY t:l  
2. VirtualLab的SLM模块 *YmR7g|k  

"L^]a$&  
3T^f#UT  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 dPplZ,Y%  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 .%;`:dtj  
:VpRpj4f  
3. SLM的光学功能 o?(({HH
 
3D L7  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ^`>,~$Q  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 =Hplg>h)  
 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。 S}6Ty2.\  
+bpUb0.W  
E~vM$$O$  
;hb;%<xqT  
_b8&$\
>  
 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。 QND{3Q  
5{nERKaPf  
xUl=N   
Sy|fX_i  
87WIDr  
4. 对比：光栅的光学功能 2noKy}q  
 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。 A|>~/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。 hG~4i:p <  
 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)。 \]R
PxM:_>  
 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。 02B *cz_K  
 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。 YaiogA  
]DVZeI03@  
'J\nvNm  
<q@/Yy32  
52S
q;X  
5. 有间隔SLM的光学功能 q?} /q  
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。 |R$V[  
.j"iJ/  
:[![9JS/  
Ze+
p;v  
~[n]la  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 1;_tu  
SSG57N-T  
S -$ L2N  
6. 减少计算工作量 o/0cd  
r7B.@+QK  
采样要求： 9C&Xs nk  
 至少1个点的间隔(每边)。 wUb5[m  
 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。 UuXq+HYR  
}!_x\eq^  
采样要求： r{NC
I  
 同样，至少1个点的间隔。 ^`M,ju  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 \"=4)Huv  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 BK>3rjXi>a  
6/{V#.(  
 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。 &Xh8j^p'  
 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。 J,N='~kfh  
 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)。 QuFzj`(  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 k;EG28   
,Dh+-}  
=NJ:%kvF  
kyV!ATL1F  
>ZRCM  
7. 指定区域填充因子的仿真 n
^}M*#  
117`=9F  
 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。 ~x67v+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。 tE|W8=be/  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 :+?eF^5  
 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)。 >~%!#,C(|U  
Buxn!s  

0 0JH*I  
8. 总结 NT(gXEZ  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 }jL_/gvgy  
`Uz2(zqS  
第1步 -@*[   
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。 d}d1]@Y\  
.kbo]P  
第2步 R0yPmh,{  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ]IF QD  
扩展阅读 ?HD eiJkX  
扩展阅读 TNi4H:\  
 开始视频 A=N &(k  
-    光路图介绍 8]G