[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

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应用示例简述 8Kk(8a&v  
Tc3yS(aq  
1. 系统细节 )IZ~G\Ra'  
 光源 }|5Pr(I  
— 高斯光束 b9dLt6d  
 组件 >t_6B~x9  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 dzrio-QU~  
 探测器 ! #2{hQRu  
— 视觉感知的仿真 Y
% 5eZ=z  
— 电磁场分布 4)o  
 建模/设计 b<gr@WF  
— 场追迹： SGlNKA},A  
 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。 vd4ytC  
cD'V>[h  
2. 系统说明 |*tp16+6  
Z0r?|G0  
>`ZyG5  
3. 模拟 & 设计结果 \v)+.m?n  
e6RPIg  
4. 总结 x{WD;$J  
TBU&6M>{3  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 UByv?KZi  
K0Fh%Y4)QH  
第1步 l0A&9g*l2  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 W-zP/]Dh  
f^XOUh  
第2步 iTU5l5Uz  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 x5*!Wx   
Q^txVUL  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 m$T-s|SY  
P3 ^Y"Pv?  
应用示例详细内容 %;YHt=(1*X  
Czu\RXJR  
系统参数 [RTs[3E^  
#],&>n7'  
1. 该应用实例的内容 Otm0(+YB7  
 t[ C/  
_[ZO p ~  
2. 设计&仿真任务 BbS
4m  
O55 xS+3^k  
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。 XFV!S#yEZ  
$43qME  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 l$bu%SZ  
54li^   
W#WVfr  
4. 参数：SLM像素阵列 {8,J@9NU  
WWHoi{q  

_D(rI#q  
5. 参数：SLM像素阵列 m#Z# .j_2  
!9P';p}2  
a\YV3NJ/A  
应用示例详细内容 Jidwt$1l(  
O2dW6bt  
仿真&结果 h6`6tk  
@xYlS5{  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM >y:,9;  
 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)。 \<TXS
)w]  
 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。 !LN?PKJ  
FNY8tv*/x  
2. VirtualLab的SLM模块 ):_\;.L  

'AEE[   
A*P|e-&Q8  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 !.(P~j][  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 /9pwZ%:<  
@>>~CZ`l  
3. SLM的光学功能 =\:qo'l  
;8{4!S&b  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 x!58c
S*  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 (uZ&V7l  
 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。 mahJSz(3  
Bj-:#P@  
MC:@U~}6  
I5n^,@md  
y0.8A-2:  
 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。 8jo p_PG'  
!SdSE^lz`  
EkNunCls  
8MzVOF{"  
9}F*P669f  
4. 对比：光栅的光学功能 [dIXR  
 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。 X1-'COQS%&  
 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。 -^h' >.  
 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)。 H0`]V6+<f  
 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。 k" PayyAC  
 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。 O5kz5b>Z  
ZE=Sp=@)j  
n+q!l&&
 
/-+xQn]  
:hFIl0$,"3  
5. 有间隔SLM的光学功能 oO|KEY(  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 ,*hLFaR-  
DiwxXqY  
KZ ;k)O.Ov  
nR}sNl1  
.e=:RkI,  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 YS@ypzc/  
6NM:DI\%  
*%fi/bimG  
6. 减少计算工作量 dP<=BcH>f  
F9E<K]7K  
采样要求： !1DKLQ  
 至少1个点的间隔(每边)。 b#toM';T  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 C=)A6 ;=se  
e .2ib?8  
采样要求： #_J@-f7^  
 同样，至少1个点的间隔。
?DQsc9y  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 ]#l/2V1  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 nvJf/90$  
Ix!Iw[CNd  
 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。 _w/EP  
 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。 !GLz)#SBl  
 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)。 r(aLEJ"u?  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 vCxD~+zf  
;":zkb{  
v~V5`%  
E^lvbLh'  
wrbLDod /  
7. 指定区域填充因子的仿真 ;8*`{F[  
d + /&?3  
 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。 wF,UE_  
 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。 @}OL9Ch  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 &7b|4a8B%  
 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)。 ZP*q4:  
LuSLkLN  
UXugRk%d  
8. 总结 wEE\+3b)  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 :xD=`ib  
8:>1F,  
第1步 &8>IeK{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。 xA1hfe.9  
|e?64%l5P  
第2步 8V)^R(\;  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ph[#QHB  
扩展阅读 c^u"I'#Q  
扩展阅读 B}?5]N==]  
 开始视频 X M#T'S9y8  
-    光路图介绍 e7(ucE