[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

Pf,S`Uw;  
应用示例简述 $p_FrN{  
!;Hi9,<#7g  
1. 系统细节 %f??O|O3  
 光源 S}fU2Wi  
— 高斯光束 fDe4 [QQ8  
 组件 5WhR|  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 yLv jfP1  
 探测器 2K >tI9);  
— 视觉感知的仿真 @L?X}'0xI4  
— 电磁场分布 W5'07N^  
 建模/设计 QG{).|pm  
— 场追迹： Hgu:*iYA  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 jC_7cAsl  
Y)D~@|D,  
2. 系统说明 38Rod]\E  
dFdll3bC  
*qx<bY@F  
3. 模拟 & 设计结果 gkxEy5c[  
>| d^  
4. 总结 D+$k  
$#Mew:J  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 }qf9ra  
oECM1'=Bf  
第1步 %y@iA91K  
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。 'vgO`  
OBF3)L]  
第2步 C):RE<X  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 >;E[XG^  
:V)W?~Z7B  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 fX.V+.rj  
&p?Oo^  
应用示例详细内容 lHYu-}TNP  
>{DHW1kF?  
系统参数 3F%Qq7v  
Effp^7 3  
1. 该应用实例的内容 hl
4@Y#n  
pB @l+ n^  
xP@VK!sc  
2. 设计&仿真任务 *%0f^~!G<p  
Bx(+uNQ  
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。 id^U%4J  
Y`FGD25`  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 )G(6=l*  
nMU#g])y)  
TO\%F}m(  
4. 参数：SLM像素阵列 a S- rng  
K#"@nVWJ.m  
Q:LyD!at  
5. 参数：SLM像素阵列 DSwF }  
//--r5Q  
>K`.!!av,Y  
应用示例详细内容 v}6YbY Tq  
my#qmI  
仿真&结果 ht^U VV2  
)k&pp^q\  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 1B3,lYBM  
 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)。 
h.)2,  
 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。 c%.f|/.k  
UQ|zSalv,  
2. VirtualLab的SLM模块 ;WIL?[;w  

bw*
@0;  
Q^Ln`zMe  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 hp(n;(OR  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 {nQ}t }B  
;{|a~e?Y  
3. SLM的光学功能 Q6S[sTKR  
X7kJ
WX  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ErC~,5dj;n  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 \h^bOxh  
 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。 a@@!Eg A  
;U<)$5  
tC+9W1o  
.Jdw:  
MW9B -x  
 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。 NrvS/cI!t  
cFLu+4.jsG  
hE:P'O1  
"sFdr
XJ  
whNRUOK:  
4. 对比：光栅的光学功能 PqcuSb6  
 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。 e:[Kp6J  
 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。
M O5fu!  
 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)。 +2oZB]GPL  
 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。 ,WOF)
  
 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。 nVG\*#*]|  
V`69%35*@  
_|8"&*T^  
"EpE!jh  
IJ,,aCj4g  
5. 有间隔SLM的光学功能 r"fu{4aX  
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。 MC#bo{Bq3-  
 1,PFz  
 CjQ_oNI  
(XqeX(s  
3|:uIoR{  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 P[P!WLr""  
\)BKuIP  
q){]fp.,@  
6. 减少计算工作量 !^axO  
l^`!:BOtR  
采样要求： -I=}SZ  
 至少1个点的间隔(每边)。 `?JrC3  
 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。 3UC8iq*  
>^J!Z~;L)  
采样要求： x6DH0*[.  
 同样，至少1个点的间隔。 6%S>~L66  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 \f66ipZK*  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 bf;IJ|v^  
=As'vt 0  
 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。 SgXXitg9+  
 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。 M~662]Ekk  
 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)。 [JAd1%$3  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 '&<-,1^L  
&I(|aZx?J  
Kg](kP  
R:.7c(s  
/@#)j( eY/  
7. 指定区域填充因子的仿真 E#ys-t 42  
RM<\bZPc  
 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。 iBUf1v  
 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。 =
m/2)R{  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 !d(!1fC  
 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)。 D 0n2r  
rkD4}jV  
xBw"RCBz^  
8. 总结 9q8 rf\&  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 w@:o:yLS  
|u}sX5/q  
第1步 =kc{Q@Dk  
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。 8dZH&G@;  
e@,L~\  
第2步 #&8Opo(  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 z:fhq:R(  
扩展阅读 L0_=R;.<  
扩展阅读 S i>TG  
 开始视频 pH
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-    光路图介绍 57MoO