[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

j0e,>X8  
应用示例简述 Z5vdH5?!r  
lI?P_2AaS  
1. 系统细节 #yH+ENp0   
 光源 lKsn6c,]  
— 高斯光束 v[Q)L!J1  
 组件  T01Iu  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 -P}A26qB  
 探测器 1Vu#:6%  
— 视觉感知的仿真 MDlH[PJ@i  
— 电磁场分布 ,>-jZtm  
 建模/设计 *a Z1 4  
— 场追迹： 9ngxkOGx  
 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。 8oJl ]  
'{ _ X1  
2. 系统说明 e#*3X4<\K  
u+j\PWOtm  
qnp}#BZ  
3. 模拟 & 设计结果 I!L J&>  
|,$&jSe  
4. 总结 N0p6xg~  
b$b;^nly  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 <[[yV  
VO0:4{-  
第1步 %D4)Bqr  
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。 E:K
4k <  
i%FC lMF  
第2步 vc
lc%ws  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 2K9X(th1  
86{>X5+  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ,'0#q  
D"pT?
\kO  
应用示例详细内容 32z4G =l  
GNJ/|9
  
系统参数 Q$U5[
TZm  
!Vyf2xS"  
1. 该应用实例的内容 iE''>Z  
fB+h( 2N~  
q@wD@_  
2. 设计&仿真任务 WAxNQfEe  
ZPH_s^  
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。 ;O}%SCF7  
W_}j~[&  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 7s
u2A>Ix  
Q'n+K5&p  
1%v6d !  
4. 参数：SLM像素阵列
gk|>E[.  
qKD  
4G,FJjE`p  
5. 参数：SLM像素阵列 a]r+np]vTy  
s6~;)(r  
f- XUto  
应用示例详细内容 &b|Ro
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v7"VH90`!  
仿真&结果 /Z6lnm7wJ  
N)"8CvQL  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ;y,g%uqE  
 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)。 q? ">  
 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。 44u)F@)  
bW=q G  
2. VirtualLab的SLM模块 -W9DH^EL<  

{g.YGO  
/F;2wT;  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 vcFR Td  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 >+J}mo=*  
*F1TZ_GS  
3. SLM的光学功能 S' $;  
}!_z\'u  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 }*(_JR4G  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 \1Y|$:T/  
 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。 i6WPf:#wr  
s;I @En  
Zye04&x9k  

R>0[w$  
uLzE'ZmV  
 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。 DP),~8  
:k_&Zd j,B  
~2k.x*$  
i?!9%U!z4  
eE'P)^KV  
4. 对比：光栅的光学功能 "d)YqQ  
 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。 @ ;!IPiU  
 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。 c[ZrQJ  
 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)。 u9 &$`N_G  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 :2KHiT5  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 <XLaJ;j  
lNxP  
[ iTP:8  
2L&c91=wE  
Z
|C,HF+m.  
5. 有间隔SLM的光学功能 JlnmG<WLT  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 ]B )nN':  
LY0f`RX*&  
dXxf{|gk>  
PV#h_X<l%  
uMDd Zj&  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ZRf9'UwS  
ULt5Zi  
-u@ ^P7  
6. 减少计算工作量 <\epj=OclV  
=W7-;&  
采样要求： oZ*?Uh*  
 至少1个点的间隔(每边)。
KfjWZ4{v  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 kqKT>xo4EZ  
32K& IfV  
采样要求： X[$h &]  
 同样，至少1个点的间隔。 YA pC|R,^  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 _6fy'%J=U  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 Q`*U U82!  
PR"x&JG@  
 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。 [TA.|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。 E "=4(   
 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)。 SY5}Bu#  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 OvT[JpV  
we_CF*zj  
nnn\  
MxpAh<u!vF  
L'Cd`.yVO  
7. 指定区域填充因子的仿真 F?'  
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g=Ym)  
 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。 5,,'hAq_  
 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。 u)Kiw
a  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 J\@g3
oGw  
 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)。 L91vp'+2  
)!0}<_2  
JL G!;sov  
8. 总结 .I~:j`K6  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 R=.?el  
<B>qEa_I  
第1步 .<?7c!ho  
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。 oo;<I_#07  
Q>4NUq  
第2步 HXT"&c|  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 B](R(x>L  
扩展阅读 kk`K;`[tB  
扩展阅读 k}:;`ST  
 开始视频 L
p-$Ie  
-    光路图介绍 Wi=zu[[qc