[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

*z6m644H  
应用示例简述 m$WN"kV`,9  
9ELRn@5.  
1. 系统细节 y_}jf,b4  
 光源 f,0,:)  
— 高斯光束 ]m@p? A$  
 组件 L6n<h  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 EB2 5N~7  
 探测器 Fa-F`U@h(m  
— 视觉感知的仿真 (c|Ry[$|  
— 电磁场分布 %h"%G=:  
 建模/设计 +xn59V  
— 场追迹： _>4Qh#6K  
 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。 eiwPp9[0
8  
zot_
jSV  
2. 系统说明 !lk9U^wnd  
1YJ@9*l  
q~G@S2=}0}  
3. 模拟 & 设计结果 z\r29IRh  
<0!)}O  
4. 总结 8G?OZ47k#  
gQ=l\/H  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 E=L1q)  
2'5
u}G9  
第1步 r"W,G/;h  
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。 p$1y8Zbor  
4$MV]ldUI  
第2步 idSc#n22  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 yYn7y1B  
SeIL   
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 A_}6J,*u  
t>%+[7?6  
应用示例详细内容 qJYEsI2M  
-,^Z5N#\|  
系统参数 K~Z$NS^W&  
f}uW(:f  
1. 该应用实例的内容 r9!,cs  
@D7/u88|  
8Y&_X0T|  
2. 设计&仿真任务 @lTd,V5f  
Ah Rvyj  
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。 b_>x;5k  
<-O^ol,fX  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 S/
)yi  
Ys+NIV#Q  
A? T25<}  
4. 参数：SLM像素阵列 3"p'WZ>  
NNn sq@?6  
*rv7#!].  
5. 参数：SLM像素阵列 !X ={a{<,T  
!G~`5?CvE  
EVW\Z 2N.  
应用示例详细内容 *TC#|5  
6![}Jvu>  
仿真&结果 dj5@9X  
e(Y5OTus  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM Uo=_=.GQ  
 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)。 LQXMGgp  
 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。 EN;4EC7tE  
7p[NuU*Gg  
2. VirtualLab的SLM模块 pz,iQUs_o  

G}#p4\/  
]Pf!wv  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 )kvrQ6  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 ,FWsgqL{l  
;>r E+k%_  
3. SLM的光学功能 E?cf#;2h8m  
'QQa :3<x  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 Y20T$5{#  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ^C70b)68  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 =H/
5  
*:8,w?Nt  
IyoitIbLl  
"V{v*Aei0  
2*TPW  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 H-jxH,mJmW  
<Xb$YB-c  
cd]def[d  
*Z2#U?_  
iE,/x^&,&  
4. 对比：光栅的光学功能 CM4#Nn=i~  
 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。 m e2$ R>@  
 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。 I T gzD"d  
 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)。 'W*ODAz6  
 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。 h1Logm+m  
 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。 WuMr";2*E  
KZ$^Q<d^  
!]l;n Fd  
e7M6|6nb  
=PIarUJ  
5. 有间隔SLM的光学功能 _`+2e-  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 !n|4w$t"V  
".sRi  
O]80";Uv  
_6]c f!H  
Y%Tm `$^V  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 bj7r"_  
BoP,MpF  
CSlPrx2\  
6. 减少计算工作量 /TY=ig1z  
m(CAXq-t  
采样要求： G!E1N(%o  
 至少1个点的间隔(每边)。 AQTV1f_  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 Y3bZ&G)  
%OJq(}  
采样要求： HiSNEp$-4$  
 同样，至少1个点的间隔。 hFMT@Gy  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 DsH#?h<-o  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 gb}>xO  
lN'b"N  
 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。 X][=(l!;w7  
 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。 b_']S0
$c\  
 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)。 cXbQ  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 jPEOp#C  
L16">,5  
1ZO/R%[  
2>/}-a  
XvIY=~  
7. 指定区域填充因子的仿真 V=)' CCi{  
TnJJ& "~3b  
 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。 2q ~y\fe  
 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。 k
;Ask#rs  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 M?QX'fia  
 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)。 G3j'A{  
Le*gdoW.  
hE;BT>_dn  
8. 总结 '1rO&F  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 h I7ur  
4nKlW_{,  
第1步 }Apn.DYbbf  
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。 y=LN|vkQ  
z4 KKt&  
第2步 3c[]P2Bh  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ?63ep:Q
Ek  
扩展阅读 :(#5%6F  
扩展阅读 (W5JVk_o  
 开始视频 9{8xMM-  
-    光路图介绍 4DsHUc6