[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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C%69C'  
应用示例简述 ^e.-Ji  
UT<e/  
1. 系统细节 vF27+/2+R  
 光源 k;l3^kTy  
— 高斯光束 ]||b2[*  
 组件 W;vNmg}mn  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 Oidf\%!mvR  
 探测器 '$9o(m#  
— 视觉感知的仿真 N''QQBUD  
— 电磁场分布 EwP2,$;  
 建模/设计 $h#sb4ek  
— 场追迹： {X!OK3e  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 E/zf9\  
IzP,)!EE  
2. 系统说明 Ir9GgB  
IVR%H_uz  
1MN!  
3. 模拟 & 设计结果 40t xZFQ0  
en<~_|J  
4. 总结 :"%/u9<A  
q(KjhM  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 aB,-E>+  
RzEzNV  
第1步 \9?[|m z  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 R;< q<i_l  
GcBqe=/B!  
第2步 s4|\cY`b-  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Un6R)MVT  
6r)P&J  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ]~TsmR[  
^""edCs  
应用示例详细内容 a1Fx|#! mq  
&hOz(825r  
系统参数 H1bR+2s  
n!jmxl$  
1. 该应用实例的内容 1JJs
YX  
>US*7m }  
N^L@MR-  
2. 设计&仿真任务 Y}?8  
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*InF  
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。 ? #K|l*  
/v{+V/'+  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 Z vysLHj  
GY~$<^AK  
1QoW/X'>.  
4. 参数：SLM像素阵列 `Q@7,z=f  
n]4E>/\  
fUT[tkb/!  
5. 参数：SLM像素阵列 EZUaYp~M  
m:H^m/g  
ZEqW*piI  
应用示例详细内容 /$~1e7W  
{2\Y%Y'}*  
仿真&结果 f}:C~L!  
aacy5E  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM qE
)FQeN  
 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)。 "5hk%T'  
 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。 =?i?-6M  
? x)^f+:9|  
2. VirtualLab的SLM模块 gQnr.  

d ^bSV4  
f|d~=\0y  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ({uW-%  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 NRRJlY S  
I7ao2aS  
3. SLM的光学功能 O. * 0;5  
i)i>Ulj*i  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 i5e10@Q{  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 R"nB4R0Uh  
 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。 h]4xS?6O  
1T^WMn:U  
WgNA%.|,  
ipSMmpB  
ptCF))Zm'  
 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。 AWO)]rM  
EGu%;[  
.3 EZk86  
*^?tr?e%I<  
T.bFB+'E|  
4. 对比：光栅的光学功能 s^kG]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。 J)|3jbX"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。 P\U<,f  
 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)。 (:oF\  
 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。 j7I=2xnTWu  
 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。 @6 he
!wW  
V?mP
7  
4I4m4^  
K
@.5   
sY]J!"  
5. 有间隔SLM的光学功能 l}nVWuD  
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。 )nN!% |J  
9{Hs1MD[  
=z1Lim-  
[$y(>]~.  
h&"9v~  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 vs@d)$N  
bZowc {!\  
!I7$e&Uz@  
6. 减少计算工作量 wE .H:q4&  
h:Pfiw]  
采样要求： Xaz "!  
 至少1个点的间隔(每边)。 6-U_TV  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 ;d
Ik$_FN  
@Q1!xA^S  
采样要求： 2?,Jn&i5  
 同样，至少1个点的间隔。 !6/UwPs  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 S_lGrk\j  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ,np=m17  
AR|4^  
 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。 4D65VgVDM  
 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。 I
b(C`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)。 O8;/oL4 U  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 kowS| c#  
'|C%X7  
cU;Bm}U  
I;4quFBlMu  
!LKxZ"  
7. 指定区域填充因子的仿真 E\iK_'#  
-}7$;QK&a  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 d9{lj(2P  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 1_Yx]%g<  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 v
:pT(0N  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 }dc0ZRKgx  
Ca
-"3aQkc  
yi$CkG}  
8. 总结 Bii'^^I;?  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 OVL
VsNg  
8xy8/UBIk0  
第1步 cAR `{%b  
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。 c>bns/f  
@eYpARF  
第2步 7Ae`>5B#  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 9p_?t'&>q  
扩展阅读 Tm"H9  
扩展阅读 Jm_)}dj3o  
 开始视频 (T1< (YZ  
-    光路图介绍 S,5ok0R