[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

"~ID.G|<  
应用示例简述 =7+%31  
\L(jNN0_R  
1. 系统细节 6ZI
Pe~`  
 光源 :(XyiF<Ud  
— 高斯光束 "J,|),Yd  
 组件 Nmx\qJUR(  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 n@+?tYk*e  
 探测器 sX6\AYF1M  
— 视觉感知的仿真 b<y*:(:  
— 电磁场分布 OT\D;Z"__I  
 建模/设计 E}4{{{r  
— 场追迹： P-ZvW<M  
 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。 i{EQjZ  
SlB`ktcfI  
2. 系统说明 6kp)'wz`  
YMu#<ZG  
 _:\rB  
3. 模拟 & 设计结果 |
5(un#  
UhW{KIW  
4. 总结 E&J<qTH9  
K7C <}y  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 (KC08  
7Z2D}O+  
第1步 Ru`afjc  
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。 9)+!*(D  
QswPga(-  
第2步 Gs"lmX-{$j  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 10zM8<bl  
yI8O#  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 vVt
kB$]L  
,9G'1%z,  
应用示例详细内容 kq=Htbv7  
4'D^>z!c  
系统参数 5(#z)T  
Lfx a^0  
1. 该应用实例的内容 by9UwM=gp  
0(c,J$I]Z!  
z}J~X%}e  
2. 设计&仿真任务 w +UBXW  
0* x?rO?  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 @;9KP6d  
H$?MPA-c  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 x3'ANw6E  
o!h::j0,~  
Ow?~+) 4  
4. 参数：SLM像素阵列 ]NaH *\q  
I|*<[/)]y  
t@lTA>;U@  
5. 参数：SLM像素阵列 t_I-6`8o]  
dj084q7  
Kc] GE#~g  
应用示例详细内容 OkQ< Sc   
=S54p(>  
仿真&结果 B[sI7D>Y  
@&HLm^j2O  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM *9KT@"v  
 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)。 SgQmR#5  
 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。 |LIcq0Z  
b6e2a/x  
2. VirtualLab的SLM模块 Ld:-S,2  

;(E]mbV'=  
a)Ht(*/B  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 M&Q&be84  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 9_*3xu<7i  
{nZP4jze  
3. SLM的光学功能 %QDAog  
Y"5FK  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 'h&>K,U?5  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 w'i+WEU>l  
 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。 I&8!V)r)  
I7XM2xM  
KxmB$x5-=8  
3 P\4K  
)q!dMZ(  
 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。 !x-9A  
P5XUzLV L  
V:D?i#%,z  
N^`S'FVA  
yYJ +vs  
4. 对比：光栅的光学功能 R,!aX"]|  
 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。 "5,Cy3  
 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。 $\oe}`#o  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 >0N$R|B&  
 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。 vO zUAi  
 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。 =;8q`  
LD|T1.  
bA"*^"^  
:d<F7`k H  
v{SYz<(  
5. 有间隔SLM的光学功能 q|B.@Ng.  
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。 <ihJp^kgQ  
)1 0aDTlr  
yaC_r-%U&  
k~Y_%#_  
}z-)!8vF  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 g{?{N  
)Zyw^KN^  
oe_,q&e  
6. 减少计算工作量 _A$V~Hp9q  
o2y #Yk  
采样要求： DQ6pe)E|  
 至少1个点的间隔(每边)。 AIQ]lQ(  
 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。 /h!iLun7I  
"Bn]-o|r  
采样要求： rYyEs I#qo  
 同样，至少1个点的间隔。 !E/%Hv1  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 iaaD1<m  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 V+y:!t`  
@rW%*?$7  
 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。 X2('@Yh  
 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。 wdgC{WGl  
 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)。 nR?m,J  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 yc$8X sns  
KMkX0+Ao  
sv>c)L}I  
ByXcs'  
x6~`{N1N M  
7. 指定区域填充因子的仿真 Dmk~t="Y  
X@7e7  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 @|o^]-,  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。
gY@$g  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 SR1UO'.  
 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)。 $66DyK?  
OY#=s!] M  
T$xY]hqr  
8. 总结 DvXbbhp  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 aSNTm8SYX  
kF*^" Cn  
第1步 !bD`2m[Q  
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。 RiAY>:  
GfT`>M?QGK  
第2步 &AlX).  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ZTSNM)f  
扩展阅读 8|p*T&Cn&  
扩展阅读 4#@zn 2l  
 开始视频 {-Y% wM8<i  
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