[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

Hg`2- Nl  
应用示例简述 R*>
EbOuI  
P/ 7aj:h~P  
1. 系统细节 2br~Vn0N  
 光源 J%lEyU  
— 高斯光束 -A)/CFIZ  
 组件 "j%L*J)  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 dY'>'1>P 9  
 探测器 QI{<q<  
— 视觉感知的仿真 oxJ#NGD  
— 电磁场分布 :AM_C^j~ D  
 建模/设计 EV|L~^Q  
— 场追迹： .MI 5?]_  
 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。 8e}8@[h  
:B1a2Y^"  
2. 系统说明 [Ontip  
^9 {r2d&c  
;BjJ<?^{  
3. 模拟 & 设计结果 'Z`fZ5q  
Su/}OS\R  
4. 总结 .q_SA-!w>  
kf2e-)uUs  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 K])| V  
_Rey~]iJJ8  
第1步 O*-sSf   
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。 \aB"D=P\ok  
hnnPi  
第2步 <G#z;]N  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 73tWeZ8rvx  
=*Y=u6?  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 XaR(~2  
{pM3f  
应用示例详细内容 5 @61=Au  
IXt cHAgX  
系统参数 FaA7m  
^9xsbv B0  
1. 该应用实例的内容 MRL,#+VxA  
dxF/]>t  
v9+1[Y";  
2. 设计&仿真任务 <nE|Y@S  
O!.mc=Gx7  
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。 SM
8m\c  
~[9(}UM  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 aIABx!83>  
v}-jls  
6v9A7
g;4.  
4. 参数：SLM像素阵列 .Wq"  
*r]Mn~3  
)uIHonXU  
5. 参数：SLM像素阵列 tx{tIw^2;  
PbN"+qM  
+yYSp8>  
应用示例详细内容 1$adX  
{qkd63X  
仿真&结果 Dt8wd,B  
(VA:`pstP  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM RXU#.=xvy  
 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)。 20p/p~<  
 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。 ?{M!syD<  
sT"h)I)]*  
2. VirtualLab的SLM模块 JdW:%,sv  

jt8% L[  
8ncgTCH:  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 Al(u|LbQ  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 1WMwTBHy+  
{|Pz9a-:  
3. SLM的光学功能 KV$J*B Y  
IfGQeynj  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 W9ewj:4\0  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 H<6/i@ly  
 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。 Z/@%MEU[zl  
Cq,hzi-  
CF k^(V"  
l TJqWSV=f  
DG $._  
 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。 !.ot&EbE
 
%7oB[2  
7VwLyy  
^"d!(npw  
4x JOPu
 
4. 对比：光栅的光学功能 d.3O1TXK  
 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。 4f?Y'+>Z,  
 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。 `kP (2b  
 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)。 _,2P4  
 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。 .h8%zB#|i  
 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。 ToHCS/J59  
,~_)Cf#CB  
]8XY"2b  
K$..#]\TM  
buhn~ c  
5. 有间隔SLM的光学功能 ~4~-^ t  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 )A4WK+yD$z  
s2@}01QPo  
+jD{O @9  
6_wf $(im  
T$'GFA  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 C||A[JOS  
d&p]O  
<(Wa8PY2(  
6. 减少计算工作量 ~OXC6z  
wOy1i/oj  
采样要求： cmIAWFj-)e  
 至少1个点的间隔(每边)。 I,r 3.2u  
 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。 {q1&4U~'>O  
"b!QE2bRO  
采样要求： O\T  
 同样，至少1个点的间隔。 'wAOY  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。  8IH&=3  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 =De%]]>   
EO,;^RtB  
 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。 & CiUU  
 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|ZwZix
 
 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)。 }B_n}<tjD  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 2k[i7Rl \c  
\>j._#t$h  
| %af}# FQ  
\K)"@gdW  
}}?L'Vby  
7. 指定区域填充因子的仿真 2;4Of~  
B:tS
T(  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 -pj&|< h+9  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 ehXj.z  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 f{lg{gA(  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 {W}.z  
x!q$`zF\\  
>#R<*?*D}  
8. 总结 HB\y [:E  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。  |Gjd  
A0M)*9 f  
第1步 3skq%;%Wsk  
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。 (^eS
m]<  
e(BF=gesgp  
第2步 2"nd(+QH  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 |nXs'TO'O  
扩展阅读 /Z>#lMg\.  
扩展阅读 $qy%Q]  
 开始视频 6@!<'l%z  
-    光路图介绍 c\.4I4uy