[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

g.AMCM?z
 
应用示例简述 %O5 k+~9  

"][MCVYP  
1. 系统细节 d/Q}I[J.u  
 光源 ]+1?T)<!  
— 高斯光束 @Y/PvS8!  
 组件 VE4Z;Dr"  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 f&t]O$  
 探测器 -i|qk`Y  
— 视觉感知的仿真 35Nwx<  
— 电磁场分布 OxX{[|!`  
 建模/设计 +4ax~fuU  
— 场追迹： %JDG aG'  
 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。 8^=g$;g  
"!XeK|Wi  
2. 系统说明 2}]6~i  
La?q>  
|x["fWK  
3. 模拟 & 设计结果 exV6&bdu  
S5d:?^PGg  
4. 总结 H~1laV  
gBHev1^y  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 c&)
H  
FQB)rxP  
第1步 Pca~V>Hd  
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。 +FQ:Q+  
$-"AMZ899  
第2步 Dqe)8 r  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 zc]
F  
jpyV52  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 IGT~@);  
Km]N scq1  
应用示例详细内容 '*!R gbj;  
C!XI0d  
系统参数 vX)6N#D!  
COFs?L.`  
1. 该应用实例的内容 Vv' e,m  
= Ii@-C  
BzF.KCScs  
2. 设计&仿真任务 W)^:*z  
' F`*(\#  
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。 g}Hk4+  
Y:^ =jV7  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 yr&oJYM  
7;;W{W%  
,M7sOp6}  
4. 参数：SLM像素阵列 !/< 5.9!9r  
#lltXqvD?  
Z/q%%(fh 0  
5. 参数：SLM像素阵列 78+H|bH8  
Ms1G&NYP  
jm RYL
("  
应用示例详细内容 L)8+/+  
<B`}18x  
仿真&结果 -/x +M-X#  
m80+b8b  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM "1%<IqpU+  
 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)。 :1_hQeq  
 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。 |r}%AN6+  
gywI@QD%#  
2. VirtualLab的SLM模块 `Kym{og  

[.6>%G1C  
?[RG8,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。 ,Lv}Xku  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 ?jqZeO#W7  
G8u8&|  
3. SLM的光学功能 e"r}I!.  
H7Y}qP5X  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 4bAgbx-^  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 $nn~K  
 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。 JTx}{kVO  
d.2b7q09  
07(E/A]  
yqejd_cd  
Jk{>*jYk`  
 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。 ~%#?;hJ  
!-N!80  
.&sguAyG  
"b1_vA]03  
EHzZ9zH\  
4. 对比：光栅的光学功能 `b\4h/~  
 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。 IC}zgvcW  
 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。 {q}:w{x9u  
 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)。 Ku&(+e  
 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。 FblGFm"P  
 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。 }\823U %  
t<`ar@}  
MO _9Yi  
AP@xZ%;K  
@%#(Hse  
5. 有间隔SLM的光学功能 ,7j`5iq[m  
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。 50I6:=
@\\  
>p<(CVX[  
z? {#/  
Ev^Xs6 }"  
dt5gQ9(B  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 Ys<wWfW  
4k#B5^iJ  
I?fE=2}9  
6. 减少计算工作量 8vT:icl  
A%GJ|h,i  
采样要求： ;JZXSM-3  
 至少1个点的间隔(每边)。 D>|:f-Z6Z  
 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。 ~f@<]  
3R{-\
ZMd  
采样要求： NGze: gPmO  
 同样，至少1个点的间隔。 >|iy= Zn%'  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 JfVayI=  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 WEsH@ [  
.Z^g 7 *s  
 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。 "|Pl(HX  
 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。 !3b%Q</M H  
 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)。 P\M+ZA ;  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 sW]n~
kTt'  
'sA&Pm  
w+MdQ@'5  
@"~\[z5  
Gt1Up~\s  
7. 指定区域填充因子的仿真 AH7k|6ku<*  
w1}[lq@  
 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。 .U1dcL6  
 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。 #>,cc?H-  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 NRl"!FSD;"  
 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)。 D3K`b4YV  
?k3b\E3  
l~=iUZW<  
8. 总结 }+lxja]C  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 z=fag'fzM  
7&QVw(:)M  
第1步 ryT8*}o  
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。 4ku/3/6  
e"2QV vB  
第2步 e56#Qb@$\  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 jG2w(h/"  
扩展阅读 Cn55%:  
扩展阅读 ]lo1Kw  
 开始视频 4w?7AI]Ej  
-    光路图介绍 g}D$`Nx: