[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

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应用示例简述 ZU=omRh5  
Yq6e=?-  
1. 系统细节 ^V1.Y  
 光源 9hJlc
  
— 高斯光束 U?bQBHIC  
 组件 ~HFqAOr  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 Ihd{@6m  
 探测器 {Dc{e5K  
— 视觉感知的仿真 eHQS\n  
— 电磁场分布 k10g %K4g  
 建模/设计 I%^Bl:M  
— 场追迹： 6.!aJJLN  
 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。 )p$a1\~m  
B<p-
qPR K  
2. 系统说明  {"RUiL^  
n=z=%T6  
pR3@loFQ`o  
3. 模拟 & 设计结果 %kHe
U=  
\aEarIX#*  
4. 总结 $ $=N'Q  
IL]Js W  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 _d[4EY  
.T>^bLuFy  
第1步 W~!uSrY  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 "^Ax}Jr  
#FZoi:'Q  
第2步 CeZ+!-lG  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ujLz<5gKuO  
A-&'/IHR"B  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 (GeOD V?U  
0qCx.<"p8#  
应用示例详细内容 33M10 1X{6  
W$>AK_Y}  
系统参数 F['<;}  
?oD
]J  
1. 该应用实例的内容 CDT%/9+-  
$:RP tG  
<Z>p1S  
2. 设计&仿真任务 -p-<mC@<&S  
z#( `H6n:  
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。 [X\<C '<  
URo#0fV4C  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 :L6,=#  
gG,"wzj  
U2DE zr  
4. 参数：SLM像素阵列 GyVRe]<>B  
8fH.E  
Pf,lZU?f  
5. 参数：SLM像素阵列 %3@a|#g  
s"xiGp9  
f]*TIYicc  
应用示例详细内容 O0~Qh0~l  
7`G FtX}  
仿真&结果 ?
xT ^9  
a3Fe42G2c|  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 7rZE7+%]  
 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)。 TwT@_
~IM  
 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。 ar%!h~  
<CIy|&J6  
2. VirtualLab的SLM模块 V49[XX  

u&Lp  
&x#3N=c#  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 { ML)F]]  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 ;+Mee^E>!  
.!^}sp,E  
3. SLM的光学功能 PX$_."WA  
Yo^9Y@WDW  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 <`P7^ 'z!  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 d>YX18'<Q  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 +p\+15  
<W2YG6^i  
ro8c-[V  
nu<kx  
ol#4AU`  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 #FwTV@  
SU$%nK)  
+DR,&;  
iYR`|PJi  
}%lk$g';  
4. 对比：光栅的光学功能 F=9
-po  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 -NL=^O$G  
 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。 >713H!uj  
 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)。 )N}
.n2Y8W  
 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。 5@/hqOiu  
 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。 tsys</E&  
D
:DtP6  
/@xL {  
yM`QVO!;  
s<b(@L 1  
5. 有间隔SLM的光学功能 U3rpmml  
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。 8v12<ktR`  
in>.Tax*  
k>W}9^ cK  
FrL ;1zt  
tFrNnbmlQ  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 AY)R2> fW%  
N&YQZ^o  
dxk~  
6. 减少计算工作量 i^_?C5  
dkI(&/  
采样要求： f`Wces=5  
 至少1个点的间隔(每边)。 U!D\Vd  
 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。 _2p D  
'joE-{  
采样要求： I5H#]U  
 同样，至少1个点的间隔。 96P3B}Dk  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 hutdw>  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 k.K;7GZC  
5 cz6\A&  
 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。 Ew$-,KC[  
 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。 LPK[^  
 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)。 em,j>qp  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 A>Y!d9]ti  
DFN  
.~jn N  
6,j&u7  
{cMf_qQ  
7. 指定区域填充因子的仿真 =!P  
ZB5u\NpcW  
 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。
z>9g
t  
 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。 l>{+X )  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 -gR }^D  
 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)。 MB3 0.V/\  
b_%W*Q  
.In8!hjYy4  
8. 总结 M F_VMAq  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 vm4q1!!(  
Y&y5^nG  
第1步  vgbk {  
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。 UukHz}(E  
OYwH$5  
第2步 le.(KgRS4  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 n&;-rj^qq  
扩展阅读 =[x @BzH  
扩展阅读 yMCd5%=M\  
 开始视频 RQt\
_x7P  
-    光路图介绍 avwhGys#