[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

wBE7Bv45  
应用示例简述 []=_<]{   
GI?PGAT  
1. 系统细节 FvAbh]/4  
 光源 8XlU%a6x  
— 高斯光束 gY%OhYtF2  
 组件 V07VwVD  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 fw:7U%MGv  
 探测器 J ZA*{n2  
— 视觉感知的仿真 2'Y{FY_Z  
— 电磁场分布 <c(&T<$  
 建模/设计 :q(D(mK  
— 场追迹： &jt02+Hj'  
 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。 b]"2VN  
?P%|P  
2. 系统说明 p%tE v  
[#IBYJ.6  
+)?,{eE|  
3. 模拟 & 设计结果 0e)lY='^_  
1E8$% 6VV  
4. 总结 )sRN
!~  
re]%f"v:5  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 zaH 5 Km_j  
EG%I1F%  
第1步 ji
qi!*  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 K!9y+%01  
04P.p6  
第2步 Ob7zu"zr  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 I; ^xAd3G  
UP}feN  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 @8QFP3\1  
+d.u##$  
应用示例详细内容 iKohuZr  
K/!/M%GB6  
系统参数 C\y[&egww  
_2wAaJvA  
1. 该应用实例的内容 Vp|2wlFE-  
5P-K *C&  
Lc58lV=  
2. 设计&仿真任务 | -JI`!7  
,jAx%]@,I  
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。 976E3u"Vt  
d^ 2u}^kG  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 fx]\)0n  
d1UVv
yH  
U* -% M  
4. 参数：SLM像素阵列 3"^a rK^N  
^RYn8I  
qXXYF>Z-  
5. 参数：SLM像素阵列 %M|Z}2qv  
Ly#h|)  
Zkf 3t>[  
应用示例详细内容 F% F c+?  
_
<u8%\  
仿真&结果 EJWOXxU  
p:DL:^zx  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM #Tr;JAzVjG  
 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)。 ;X?Ah  
 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。 Q%M'[L?[  
#G'S ve?  
2. VirtualLab的SLM模块 8[6ny=S`  

i /O1vU#  
3MNhH  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 T0@](g  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 zjluX\  
AzLbD2Pl  
3. SLM的光学功能 OaD Alrm  
\iFMU#  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 =]_d pEEQ  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 QU-7Ch#8  
 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。 !ol hZ  
|<|28~#  
yj}bY?4I  
^4xlZouCb  
Jcwh|w9D8  
 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。 M iP[UCh  
Hrd5p+j  
IqvqvHxLX
 
LG/=+[\{E  
lfU"SSQ  
4. 对比：光栅的光学功能 1S*8v7  
 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。 Bo](n*i  
 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。 J)7,&Gc6  
 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)。 jQ.>2-;H9  
 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。 Z/V`Z* fy  
 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。 pz*/4  
yiv RpSL  
x[GFX8h(k6  
bl:a&<F  
])Q9=?Sd}  
5. 有间隔SLM的光学功能 "xvV'&lQ  
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。 wS F!Xx0  
8 7|8eU2:k  
YO.`l~ v  
C
1#o<pv  
+H)!uLvaB  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 W G3mQ\k  
|*]X\UE  
=\Tud-1Z  
6. 减少计算工作量 D*d 3w  
+hgaBJy  
采样要求： yO$r'9?,*  
 至少1个点的间隔(每边)。 &|'Kut?8  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 5fvUv"m  
Q?Bjq>  
采样要求： W{$+mow7S  
 同样，至少1个点的间隔。 tvj'{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。 6bRQL}[  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 \K_!d]I {  
2t]! {L  
 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。 K;ry4/Vap  
 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。 =AnZ>6  
 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)。 m|#(gX|F  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。  jKb=Zkd  
rvoS52XG,  
1CS]~1Yp:  
soQv?4  
g*w-"%"O  
7. 指定区域填充因子的仿真 VtPoc(o4]  
m|Q&Lphb8  
 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。 8tFyNl`c  
 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。 Tm~#wL +r  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 /bNVgK`L5  
 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)。 bbPd&7  

+DV6oh  
iqv\ag  
8. 总结 B,VSFpPx  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 We+FP9d%  
`w+9j-  
第1步 KAZkVL  
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。 #V9hG9%8  
[>]VN)_J5  
第2步 CK`3   
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 B43#9CK`o  
扩展阅读 YDzF( ']o:  
扩展阅读 ks`  
 开始视频 TI7Ty+s  
-    光路图介绍 I\4`90uBN