[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

Bp.z6x4  
应用示例简述 !6 k{]v  
' >
F_y t9  
1. 系统细节 \!_:<"nX.  
 光源 /P8`)?f~y  
— 高斯光束 R[/]iK+!&  
 组件 :q+D`s  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 EXrOP]Kl  
 探测器 y9>?  
— 视觉感知的仿真 [8b,}i 1  
— 电磁场分布 qU/,&C  
 建模/设计 "?yu
^  
— 场追迹： qUMM}ls  
 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。 eL7rX"!  
[)ybPIv]  
2. 系统说明 |RdiM&C7  
%L^S;v3  
)t/[z3rn  
3. 模拟 & 设计结果 %~ROV>&  
7fB:wPlG;  
4. 总结 k/|j
e~$  
LhM{d  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 L,QAE)S'a  
}: W6Bo-|  
第1步 DJF-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。 aKly1G  
d
_5wMK6O6  
第2步 ?b&~(,A{  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 
4*
<27  
6}vPwI  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 4/rdr80  
#&hu-gMV  
应用示例详细内容 m9Z3q ;  
P]pVYX#m  
系统参数 gXR1nnK  
j})6O!L.  
1. 该应用实例的内容 7;_./c_@  
F
f\U]g  
aXSTA,%  
2. 设计&仿真任务 4~G+
+|NQ  
)I`6XG  
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。 U =()T}b>  
{FavF 9O  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 $X%w9le  
e:BKdZGW  
/}]Irj
4m  
4. 参数：SLM像素阵列 LZ@4,Uj  
U[S#axak  
RyGce' q  
5. 参数：SLM像素阵列 Mb I';Mq  
%rz.>4i)(  
27;t,Oq}  
应用示例详细内容 !50Fue^JM  
S> f8j?n  
仿真&结果 *lN>RWbM%  
%h ?c  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM j
HOE%  
 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)。 ;UU+:~  
 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。 N[~"X**x  
h5bQ  
2. VirtualLab的SLM模块 B=:7N;BT  

3 *o l  
O;qerE?i`  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 i%+p\eeq*  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 _fH.#C  
J`ia6fy.I  
3. SLM的光学功能 A22h+8yG  
5o~;0K]  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 g`jO  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 RNyw`>  
 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。 (R*K)(Nw[  
r@3VN~  
`N~;X~XFk  
7W[}7Y  
'm@0[i  
 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。 :N~1fvx  
p;dH[NW  
fPs'A  
ZJ} V>Bu-  
(Ck|RojC  
4. 对比：光栅的光学功能 ?qviJDD|f  
 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。 ?hh
4M  
 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。 t)n!];  
 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)。 s%nx8"  
 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。 \: H&.VQ"  
 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。 +'$=\d^  
DiyviH  
V`V Z[  
-{i;!XE$SR  
6@-VLO))O  
5. 有间隔SLM的光学功能 Y"&&=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。 QvK-3w;=  
2*6b{}yJH  
F:.rb Ei  
TOo0rcl  
/wB<1b"  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 0/d+26lR  
LL+ROX^M  
)miY>7K  
6. 减少计算工作量
H gMLh*  
`<Xq@\H  
采样要求： ~^QL"p:5|  
 至少1个点的间隔(每边)。 cB U,!  
 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。 , ;L  
dUOvv/,FZT  
采样要求： I"4j152P|  
 同样，至少1个点的间隔。 .'C$w1[w  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 0wV!mC  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 O1pBr=+j+{  
jk2h"):B>  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 6D,xs}j1  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 Y,OS
QBgk  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 `y; s1nL  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 *a*\E R  
E.]sX_X?  
h_ef@ZwSw  
%j%}iM/(<  
Hxft~*  
7. 指定区域填充因子的仿真 RKsr}-18  
4]jN@@  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 {x
e$  
 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。 l/,O9ur-  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 D;.O#bS  
 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)。 \xi wp.  
GUJ[2/V~A  
((wG K|d  
8. 总结 8Czy<}S<G  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 @e#eAJhU  
W8j)2nKD  
第1步 DQM\Y{y|3  
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。 keNPlK%>  
vdrV)^  
第2步 Q#8}p
Bw  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 O7|0t\)  
扩展阅读 4Y5Q>2D}  
扩展阅读 +v:t  
 开始视频 w*[i!i  
-    光路图介绍 ItGi2'}