[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

Be}$I_95\P  
应用示例简述 )uLr?$qe  
{?{U,&  
1. 系统细节 nVD Xj  
 光源 n$2RCQ  
— 高斯光束 {[
(pWd%J  
 组件 -iCcoA  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 9zgNjjCl]  
 探测器 :o"8MZp  
— 视觉感知的仿真 )uP[!LV[e  
— 电磁场分布 L<(VG{)Z  
 建模/设计 P.sg
RsL  
— 场追迹： 9YF$CXonE=  
 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。 Ewo*yY>  
NfE.N&vI_c  
2. 系统说明 {Ts:ZI+ 8d  
ODf4+& u  
W>spz~w%j  
3. 模拟 & 设计结果 0>!/rR7  
^t'3rft  
4. 总结 }iIbc
A  
Q1>zg,r  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 i9UI,b%X  
A2x;fgi  
第1步 /'y5SlE[J  
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。 F?Or;p5`Y  
| W#~F&{]  
第2步 ,2WH/"  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 v9}[$HWx  
#B\=Aa`*  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 iilyw_$H  
=:h3w#_c  
应用示例详细内容 2w?G.pO#  
${U6=  
系统参数 J-J3=JG  
b"8FlZ$  
1. 该应用实例的内容 H?}wl%  
#Y[H8TW  
0^]t"z5f0  
2. 设计&仿真任务 015Owi  
a]1i/3/  
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。 ;mO,3dV  
J(d2:V{h  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ,VD6s!(  
gJ\%>r7h  
xaXV^ZM3  
4. 参数：SLM像素阵列 ]Sta]}VQ  
FU@uH U5fd  
&]nd!N  
5. 参数：SLM像素阵列 ) Ypz!  
J0Four#MD  
K[?R[  
应用示例详细内容 ]+IVSxa!u  
MM_py!=>7  
仿真&结果 oofFrAaT  
 3t  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM IYNM
U\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)。 0|2%# E  
 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。 jA2ofC  
ci7~KewJ*  
2. VirtualLab的SLM模块 ?@a$!_  

F7uhuqA]N  
'P/taEi=R  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 (G5T%[/U  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 Y}/jR6hK  
?1m ,SK  
3. SLM的光学功能 \r]('x3S  
q<}PM  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ~'f8L#[M  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 EHWv3sR-  
 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。 x_ySf!ih  
szn%wZW  
eH=c|m]!P  
/s-d?  
CTU9~~Xk  
 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。 &5/JfNe3  
-ddOh<U>  
 {@\/a  
n49s3|#)G  
-eYL*P
a  
4. 对比：光栅的光学功能 ?W<cB`
J  
 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。 w?;b7i  
 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。 jmPp-}tS7  
 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)。 ,$i<@2/=m  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 QAXYrRu  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 H8"tbU  
;5RIwD  
j}RM.C\7  
_U=S]2QW  
O<iI  
5. 有间隔SLM的光学功能 /T#
o<D  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 "sIN86pCs  
Eb7}$Ji\  
Jh(mbD  
wKrdcWI,Z  
]h!*T{
:  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 F$C+R&V_  
DzmqR0)  
Vdy\4 nu(  
6. 减少计算工作量 c8tP+O9  
}amE6  
采样要求： `~KAk  
 至少1个点的间隔(每边)。 tpz=}q  
 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!].H  
X?_v+'G  
采样要求： $WM8tF?H  
 同样，至少1个点的间隔。 y(ldO;.  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 h?3f5G*&H  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ]N_140N~  
95% :AQLV  
 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。 ILIRI[7(  
 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。 .>oM z&  
 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)。 \ /sF:~=  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 /^8t'Jjd,  
cxk=| ?l  
1dXh\r_n  
V?o&])?[  
$&NbLjeS  
7. 指定区域填充因子的仿真 /.f!  
\J\vp0[nO}  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 H.f9d.<W%  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 q w"e0q%)  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 6l=M;B7:i  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 OHQ3+WJ  
-1#e^9Ve\  
X^9t  
8. 总结 jeyaT^F(   
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 *E$H;wKs8  
X{4xm,B/  
第1步 _GRv  
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。 b<48#Qy~l  
#0xm3rFy4  
第2步 s'_$j$1  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 mn,=V[f  
扩展阅读 xU:PhhS  
扩展阅读 I(F1S,7  
 开始视频 69[w/\  
-    光路图介绍 o(vZ*^\