[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

W0KSLxM  
应用示例简述 ?Fj>7  
zq4)Uab*  
1. 系统细节 gclw>((5  
 光源 xZp`Ke
!  
— 高斯光束 WkK.ON^  
 组件 e%.|PZ)  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 F+::UWKA  
 探测器 i-31Cxb  
— 视觉感知的仿真 d> L*2 g  
— 电磁场分布 2[yfo8H  
 建模/设计 `&qeSEs\  
— 场追迹： h}<Ie <  
 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。 5=9gH  
7wwlZ;w  
2. 系统说明 #;Z+X)  
r`!S*zK  
C}cYG  
3. 模拟 & 设计结果  \%/zf  
=@"'aCU/  
4. 总结 6sl2vHzA  
\_PD@A9  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 i`HXBq!|w  
qlIbnyP<  
第1步 DF~{i{  
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。 J-+p]xG  
]^?V8*zL]  
第2步 N.qS;%*o{e  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 %2`geN<  
,?Nc\Q<:  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Xw{Qktn  
#J)83  
应用示例详细内容 0FEn&\2<  
</7_T<He.  
系统参数 :h6
0  
Y"Y+U`Qt  
1. 该应用实例的内容 zoI0oA  
NlV,] $L1T  
xlU:&=|  
2. 设计&仿真任务 gCc::[}\Y  
p:q?8+W-r  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。  {]=oOy1  
YR} P;  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 +p#Q|o'  
biw2f~V  
;H:+w\?8f$  
4. 参数：SLM像素阵列 ~G*eJc0S:  
q'~F6$kv5  
vynchZ+g]  
5. 参数：SLM像素阵列 (S4[,Sx6E  
}|!9aojr  
T)"LuC#C
 
应用示例详细内容
ss>p  
<fm0B3i?  
仿真&结果 js<}>wD7<  
TB  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM YoEL|r|  
 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)。 x9{&rldC  
 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。 #3m7`}c  
`lA[-x~  
2. VirtualLab的SLM模块 ); <Le
6  

w`;>+_ E7  
v<wR`7xG  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 xIh,UW#  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 E5U{.45  
;^`WX}]C(  
3. SLM的光学功能 xp<p(y8e1d  
@+`">a8},  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 Kc[Y .CH  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 q&`>&k  
 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。 +f- E8q  
Sx^4Y\\  
uk)6%  
AECaX4h+_  
$NG|z0  
 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。 ahJu+y  
NDv_@V(D  
#MhieG5  
GE0,d  
.oR_r1\y  
4. 对比：光栅的光学功能 |f.R]+cH  
 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。 r-+S^mOE]  
 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。 Mkc|uiT   
 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)。 O%n=n3  
 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。 %ut7T!Jp
 
 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。 ^%:syg_RM[  
zu8l2(N  
`mfN3Q*[c  
h+rrmC  
9WH  
5. 有间隔SLM的光学功能 #*|0WaC  
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。 :',Q6j(s  
7Vd"AVn}g  
2]f"(X4jp  
x$
'0}vnT  
TnvX&Y'  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ZTwCFn  
%+y92'GqG/  
?H.7 WtTC  
6. 减少计算工作量 YdI&OzaroE  
w 
u  
采样要求： jcT  
 至少1个点的间隔(每边)。 )G">7cg;t  
 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。 iq!u}# x_  
dGrm1w  
采样要求： FojsI<  
 同样，至少1个点的间隔。 \D]H>i$  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 '#fwNbD  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。  ~/B[;#  
o1"-x  
 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。 Cy~Pfty  
 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。 9Fkzt=(E~  
 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)。 qrj:H4#VB  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 >**7ck  
?5>Ep:{+/  
{'QA0K  
U6pG  
QE.a2 }  
7. 指定区域填充因子的仿真 5ecAev^1-  
-zq_W+)ks  
 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。
-]?F  
 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。 Ba9le|c5  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 v/Z!Wp1LV  
 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)。 n;eK2+}]  
tw`{\kWG  
z}" Xt=G?  
8. 总结 #SzCd&hI  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 0PK*ULwSN  
\*C}[D  
第1步 ^h:%%\2  
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。 t&r-;sH^[  
)i;o\UU  
第2步 /kAu&}  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 3+%c*}KC~  
扩展阅读 .!\NM&E  
扩展阅读 fFHT`"bD:  
 开始视频 tWNz:V  
-    光路图介绍 M]+FTz