[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

(](:0H  
应用示例简述 la</I
pC  
&]ts*qCEL  
1. 系统细节 c,!Ijn\;(  
 光源 l<(
MC R*  
— 高斯光束 CS:j->  
 组件 Wf-i)oc4I  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 i`FevAx;[m  
 探测器 t}c ymX
~  
— 视觉感知的仿真 ;R@zf1UYA  
— 电磁场分布 aVNRhnM  
 建模/设计 )_,*2|b  
— 场追迹： rt_%_f>qd  
 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。 J)x-Yhe  
_o'ii VDuD  
2. 系统说明 =A$5~op%  
q}*(rR9/Br  

7!]$XGz[  
3. 模拟 & 设计结果 P5P:_hr  
K;k_MA310  
4. 总结 plh.-"   
?k TVC  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 z4HIDb  
|j^^*z@  
第1步 Zz!XH8sH  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 WUvrC  
5@%$M$E  
第2步 M/EEoK^K@  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 X#EMmB!  
^vn8s~
#  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 =kp#v  
cV\(Z6u  
应用示例详细内容 n;@PaE^8=  
Aq yR+  
系统参数 8`v+
yHjG  
MRR5j;4GK  
1. 该应用实例的内容 %YkJA:  
f*,jhJ_I  

Oh3AbpTT  
2. 设计&仿真任务 $5yH(Z[[
 
IDQ@h`"B  
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。 $sTbFY  
N7Kq$G2O  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 JR8 b[Oj.S  
cfBq/2I  
P"Lk(gY  
4. 参数：SLM像素阵列 #` Q3Z}C  
X;lL$  
t~H'Ugv^  
5. 参数：SLM像素阵列 ##+|zka!U  
Ls< ";QJc  
QkS~~|0EI>  
应用示例详细内容 b`){f\#t  
#
tg,%*.s  
仿真&结果 dw#K!,g  
`%IzW2v6  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM H
.*:+  
 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)。 tS!FnQg4  
 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。 m5m}RWZ#  
$\M<
gW6  
2. VirtualLab的SLM模块 \X.CYkgK  

'n4Ro|kA  
sL" h  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 3#N'nhUzA  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 ]L+YnZ?6  
3*)<Y}Tc  
3. SLM的光学功能 #hG0{_d7  
Uc%n{ a-a  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。  ?QxI2J  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 YXz*B5R  
 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。 %J(y2 }  
8=QOp[w

 
[Jv0^"]  
w0qrh\3du  
EQ 'L"  
 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。 B7PkCS&X  
I><B6pIR  
Hdvtgss!  
t/55tL  
sZe$?k|  
4. 对比：光栅的光学功能 8(-V pU  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 3y^PKIIrt  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 X$*MxMNs  
 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^Q  
 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。 0lpkG ="&r  
 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。 w>#{Nl7gz  
h?_Cv*0q  
#1Zqq([@  
m=Mb'<  
(LiS9|J!  
5. 有间隔SLM的光学功能 9mE6Cp.Wv  
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。 D5Zgi!  
k;5$]^x  
r<'ni  
bn7"!6
 
f3yH4r?;w  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 /my5s\;s|z  
?'_Ty`vT  
Z9 z!YaOL  
6. 减少计算工作量 r]q;>\T'  
G^r`)ND  
采样要求： EPEWyGw  
 至少1个点的间隔(每边)。 JJ:pA_uX  
 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。 ,LE
15},  
(vX) <Z !  
采样要求： ak,KHA6u  
 同样，至少1个点的间隔。
B
orr  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 ( p(/  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 mM9aT0_w  
vYFtw L`  
 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。 9sP;s^#t7U  
 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。 {c :7:  
 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)。 uzoI*aqk-s  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 zA%YaekJ  
$-D}y:  
P"(VRc6x  
_0cCTQE  
^C=dq(i=[  
7. 指定区域填充因子的仿真 18^#:
=Z  
--fRhN>  
 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。 SND@#?hiO  
 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。 +3yG8  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 nx
Wm  
 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)。 kzE<Y  
NX[-Y]t  
J&2J6Eq  
8. 总结 HLe/|x\@<  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Iuyq!R4:7  
~dO+kD  
第1步 @m5c<(bkfp  
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。 f+cN'jH E  
6"Ze%:AZZ  
第2步 c;?J  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 A"e4
w?  
扩展阅读 M(^_/1Z  
扩展阅读 H#S`m  
 开始视频 z''ejq  
-    光路图介绍 oE.Ckz~*d