[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

T#EFXHPr  
应用示例简述 +ZA)/  
@g-G =Ba  
1. 系统细节 =dzWmL<~8  
 光源 PLA#!$c7q  
— 高斯光束 e[1>(l}Ss  
 组件 7
 [d?  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 *fnvZw?  
 探测器 rrqQCn9  
— 视觉感知的仿真 ;3"@g]e  
— 电磁场分布 <*(^{a.O  
 建模/设计 q.Jsf+  
— 场追迹： #HAC*n  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 Pbn!KX~F~  
%}3qR~;  
2. 系统说明 h3!$r~T!a:  
BRS#Fl:  
m$wlflt  
3. 模拟 & 设计结果 kn"q:a
D  
^/@jwZ  
4. 总结 .cDOl_z<:G  
Xg7|JS!  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 sOBu7!G%  
5Bjgr  
第1步 "OmD@ EMT  
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。 $s-Y%gc  
`~#<&w  
第2步 ;H'gT+t<c  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ik.A1j9oN  
]:ZdV9`  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 }V]R+%:w@  
Bv6K$4  
应用示例详细内容 LWnR?Qve<  
YXW%]Uy+  
系统参数 ^D{lPu 3  
;*2>ES  
1. 该应用实例的内容 
_; Y`  
O|kOI?f  
rl08R  
2. 设计&仿真任务 2]cRXJ7h  
_S}A=hK'  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 4_/?:$KO  
XH}'w9VynR  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 m ci/'b Xt  
r^Zg-|gr  
47K1$3P  
4. 参数：SLM像素阵列 "N?+VkZEv  
{)8>jxQN  
*Hz^K0:8(  
5. 参数：SLM像素阵列 r|u MovnV  
dG7OqA:9  
457\&  
应用示例详细内容 0Hxmm@X2  
?a(L.3E  
仿真&结果 vw,rF`LjZ  
|yEa5
rd?W  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM T~0k"uTE  
 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)。 }7E^ZZ]f  
 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。 gKYfQ+  
@a:>
$t  
2. VirtualLab的SLM模块 VHJM*&5  

2;a(8^n  
.Z:zZ_Ev  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ,'xYlH3s  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 y*pUlts<  
/1mW|O>0  
3. SLM的光学功能 x^4xq#Bb7  
*t[. =_v  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 D=m'pL/pl  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 FCi U  
 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_x13EaV0  
9l,a^@Y:  
3b'QLfU&#  
aT>'.*\]  
l&iq5}[n&  
 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。 }by;F
9&B  
5[0 O'%$  
h3LE>}6D  
$,+O9
Et  
r\qj!  
4. 对比：光栅的光学功能 'Vyt4^$%  
 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。 =jB08A  
 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。 mEw ~yOW]M  
 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)。 Fa'k0/_j  
 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。 8"sb;
  
 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。 O+y-}7YX  
L#E] BY  
28 8XF9B^  
5R(/Uiv3F  
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8PitS  
5. 有间隔SLM的光学功能 O8B\{T1  
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。 ne4Q#P  
fQ#l3@in  
yzqVz_Fi*W  
b0lq\9  
h }B% /U  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 %Ev4]}2C1  
:yUEkm8  
.Fdgb4>BXX  
6. 减少计算工作量
E\Rhz]G(  
vI>>\.ED  
采样要求： {NHdyc$  
 至少1个点的间隔(每边)。 {phNds%  
 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。 28 ?\  
bD/~eIcWL  
采样要求： Y;?{|  
 同样，至少1个点的间隔。
S:h{2{  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 mIK7p6  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ogyTO
|V=  
;M)QwF1  
 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。 ;7}VBkH  
 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;Pm68V  
 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)。 ;lHr =e7  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 #"@|f  
x[a<mk  
P-?0zF/T$  
o,_?^'@  
A"L&a l$i  
7. 指定区域填充因子的仿真 `aciXlqIF  
MF5[lK9e  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 ML|FQ  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 %J+E/  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 .yz}ROmN^  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 =ALTUV3/q  
<g$~1fa  
#d6)#:uss  
8. 总结 PGqQ@6B  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 aDU<wxnSvO  
E|iQc8gr&  
第1步 qm/)ku0  
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。 N sXHO  
Q+[n91ey**  
第2步 RoPRQCE  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 jIJ~QpNE  
扩展阅读 AE[b},-[  
扩展阅读 e"|efE  
 开始视频 JMC. w!  
-    光路图介绍 "&Y`+0S8