[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

8*/;W&7y  
应用示例简述 b`+yNf  
Z+U -+eG  
1. 系统细节 D>{`I'  
 光源 ;6hoG(3 +  
— 高斯光束 _GxC|d  
 组件 ($<&H>j0  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 &AxtSIpucP  
 探测器 /_J{JGp9  
— 视觉感知的仿真 <& PU%^Ha  
— 电磁场分布 x f{`uHa8  
 建模/设计 B<BS^waU  
— 场追迹： =PA?6Bm  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 6BA$v-VVU  
=gSc{ i|  
2. 系统说明 i?pd|J  
x[TLlV:{  
3s%DF,  
3. 模拟 & 设计结果 I$sXbM;z=  
|X1axRO  
4. 总结 +2:HgW  
DRRQ]eK0  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 4"eFR'g  
,(h-  
第1步 #]1jvB  
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。 %-fXa2  
M .6BFC  
第2步 y-H9fWi8Y&  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 om`B:=+  
8*b{8%<K  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 j<!dpt  
1mtYap4  
应用示例详细内容 7t<h 'g2  
9C?SEbC  
系统参数 qY%|Uo  
4=^Ha%l  
1. 该应用实例的内容 gzhIOeY  
$s1/Rmw  
DFZ0~+rh  
2. 设计&仿真任务 ehB'@_y  
m.ka%h$  
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。 pFMjfWD,C  
Tz6I
7S-w  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 )skpf%g  
3r[F1z2B  
a(yWIgD\\  
4. 参数：SLM像素阵列 o`QH8  
<<cezSm  
H1?C:R  
5. 参数：SLM像素阵列 ~kV>nx2  
k1g-%DB  
$Lfbt=f  
应用示例详细内容 8q]"CFpa  
_0u=}tc  
仿真&结果 QPp31o.!5  
C[Q4OAFG  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM %$b}o7U"s  
 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)。 &?p(UY7'"  
 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。 ,ko#z}Z4r,  
8M
Divr/@  
2. VirtualLab的SLM模块 p)Q5fh0-  

 s=:LS  
73!NoDxb  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 0#Us*:[6  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 z"z$.c  
-0;{  
3. SLM的光学功能 >mvE[iXRG?  
\>"Zn7  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 lz>.mXdx  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 Rq2bj_j  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 hEo$Jz`  
so.}WU  
N@Ap|`Ei  
$aT '~|?  
>2K'!@~'  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 8f~*T  
PmsZ=FY  
;mD!8<~z.  
\N|}V.r  
Hxac#(,7  
4. 对比：光栅的光学功能 e$QMR.'  
 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。 z\, lPwB2  
 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。 ?G9DSk?6%Z  
 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)。 G]xN#O;  
 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。 uj%]+Llxv  
 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。 =kq<J-:#R  
h0 %M+g  
&l`_D?{<#  
V$
$9Rh  
Xe`$SNM  
5. 有间隔SLM的光学功能 4R01QSbd  
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。 P9`CW  
`T%nGVl>\  
96!2@c{  
fK(:vwh  
.;bU["fn)  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 !p36OEx  
eln$,zK/b  
71<4q{n  
6. 减少计算工作量 3h o'\Ysu/  
ZX+0{E8a  
采样要求： h3\(660>$  
 至少1个点的间隔(每边)。 n sN n>{  
 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。 S n~P1C  
\G/ZA) t  
采样要求： 8<6@O  
 同样，至少1个点的间隔。 `5x0p a  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 $K\;sn; |:  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 I&1.}{G>F  
IK4(r /  
 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。 E.*wNah"U  
 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。 #{)mr [c|  
 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)。 *r~6R
  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 F5UHkv"K&O  
3-0jxx(  
i3(5 '  
`'(@"-L:7  
7Y4D9pw  
7. 指定区域填充因子的仿真 CRzLyiRvU&  
Ms%C:KG  
 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。 PCBV6Y7r  
 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。 "x:-#2+h  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 @@!]Raj=  
 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)。 h^{aG])  
o/RGzPR  
iP^[xB~v  
8. 总结 54s90  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 MpJ3*$Dr  
#aP;a-Q|k  
第1步 O15~\8#'  
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。 *li5/=UC5*  
*TxR2pC}  
第2步 S->S
p  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 '
Ze& LQ  
扩展阅读 Cq\{\!6[  
扩展阅读 WUx2CK2N  
 开始视频 fB4z
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