[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

vSu dT  
应用示例简述 Y}]-o9Rl  
rQxiG[0  
1. 系统细节 'u:
-~nSX)  
 光源 q{ [!" ,  
— 高斯光束 e\em;GTy  
 组件 RR+{uSO,t  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 Q
5^ #:uZ  
 探测器 l*?_@  
— 视觉感知的仿真 ]"&](e6*  
— 电磁场分布 f"*k>=ETI  
 建模/设计 -.Blj<2ah  
— 场追迹： gYCr,-_i  
 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。 g#MLA5%=u  
~Pj q
3etk  
2. 系统说明 <5?pa3  
D4b-Y[/"  
UE{$hLI?g  
3. 模拟 & 设计结果 [#9i@40  
PY;tu#W!%  
4. 总结 En:>c  
^v`naA(  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 CLTkyS)C  
X$;&Mdo.  
第1步 m8=n`XI  
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。 lLp,sNAj  
 vTgx7gP  
第2步 ^?$,sS ;Q  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 tYXE$i  
c"v75lW-J  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 7o0zny3?  
6Cz O ztn  
应用示例详细内容 (Vr%4Z8  
2j:0!%  
系统参数 `sCn4-$8  
hJ$9Hb  
1. 该应用实例的内容 n m<?oI*\  
gfs;?vP  
{9yf0n  
2. 设计&仿真任务 ~_-]> SI  
tEL9hZzI  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 qa-FLUkIk!  
R0}1:1}$Sn  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 UXlZI'|He  
G[\TbPh  
'Y/0:)
 
4. 参数：SLM像素阵列 y?&hA!x  
R!%nzL@e&`  
fO$){(]^  
5. 参数：SLM像素阵列 :{#O  
QXZyiJX}  
UWF \Vx*)b  
应用示例详细内容 !uQT4<g  
>;^/B R=  
仿真&结果 8 ECX[fw  
+U2lwd!j  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM &yvv
ea]  
 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)。 E`UkL*Q  
 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。 |L8 [+_m  
{2h*NFp  
2. VirtualLab的SLM模块 MzD1sWmK  

G;3%k.{  
'< U&8?S  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 E=N$JM  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 K9lekevB  
N#K)Z5J)b  
3. SLM的光学功能 ${MzOi  
d 2d-Mk  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 "_q~S$i
^  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 
~=*o  
 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。 Jv8:GgSg
 
rXi&8R[  
==OUd6e}  
^Hv&{r77  
w6i2>nu_O  
 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。 WM'!|lg  
:QGkYJ  
byxlC?q7  
!fzS' pkk.  
o]q~sJVk6  
4. 对比：光栅的光学功能 nzC *mPX8  
 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。 s/tLY/U/  
 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。 zr/v.$<  
 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)。 i%-yR DIX  
 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。 kk /#&b2  
 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.q`E@ T*  
}PBme'kP  
d}\]!x3t  
uu.X>agg  
rLsY_7!  
5. 有间隔SLM的光学功能 9wYm(7M6  
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。 x/DV>Nfn  
,VS\mG/}s  
$@L;j  
9"S2KT@8  
J\y^T3Z  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 \>6*U r  
W3,r@mi^s7  
+MX~1RU+  
6. 减少计算工作量 ',r` )9o  
|dgiW"tUm  
采样要求： kG/1  
 至少1个点的间隔(每边)。 Pvc)-A  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 dPEDsG0$a  
FOQ-KP\=,  
采样要求： sfX~X/  
 同样，至少1个点的间隔。 3Y)&[aj  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 8J3#(aBm  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 q-(~w!e  
.b,\.0N  
 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。 2nyK'k  
 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。 L<!h3n  
 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)。 ;\7`G!q  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 JTKS5r7?  
uOv<*Jld*  
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KNeVSZT  
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7. 指定区域填充因子的仿真 d~aTjf  
p%$r\G-x  
 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。 GJB+]b-  
 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。 }!iopu  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 PA^*|^;Xh  
 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)。 ! v![K
  
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B>_#+:  
zeMV_rW~  
8. 总结 !f/K:CK|  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ]V/5<O1  
E:9RskI  
第1步 (d&" @  
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。 wrkw,H  
5S4Nx>  
第2步 (f&V 7n  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 $*{,Z<|2  
扩展阅读 j0L%jz
 
扩展阅读 Vx!ZF+  
 开始视频 )j8'6tk)Z  
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