[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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YyLf;  
应用示例简述
)m)-o4c  
$6 9&O  
1. 系统细节 y9GoPC`z  
 光源 hEH?[>9  
— 高斯光束 L}b.ulkMD  
 组件 9T9!kb  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 w3_>VIZJl  
 探测器 ,PW'#U:  
— 视觉感知的仿真 iy!=6  
— 电磁场分布 itP,\k7>d  
 建模/设计 lNh70G8^p  
— 场追迹：  'KL0@l  
 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。 JR21>;l#2  
@n /nH?L  
2. 系统说明 eJ-xsH*8  
m?}6)\ob  
M"Hf :9Rk  
3. 模拟 & 设计结果 ED( Sg  
1(R}tRR7R  
4. 总结 !i}w~U<  
;`{H!w[D  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 7Q9 w?y~c  
MKk\ u9  
第1步 P3=G1=47U  
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。 t%)7t9j  
|SSSH  
第2步 d&Zpkbh"  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 lfgq=8d  
rXP,\ ]r+  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 8kIks
y  
? :%@vM  
应用示例详细内容 *:7rdzn  
+TL%-On  
系统参数 K@]4g49A/j  
iWkWR"ysy  
1. 该应用实例的内容 \*?~Yj#  
_;
y9
$"A  
{S)6;|ua'  
2. 设计&仿真任务 Q3~H{)[Kq  
>Cp0.A:UC#  
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。 +Kc
  
0Mm)`!TLSW  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 K5h  
FD #8mg  
^{`exCwMx  
4. 参数：SLM像素阵列 g$-PR37(  
qe#tj/aZ  
,&.!?0+  
5. 参数：SLM像素阵列 zC!t;*8a  
<'oQ \eB  
H*R"ntI?w  
应用示例详细内容
V}CG:9;  
cV6D<,)  
仿真&结果 C}Cs8eUn  
 mq.`X:e  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM K\r8g=U  
 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)。 CAhXQ7w'Z  
 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。 +O{*M9B  
2/^3WY1U  
2. VirtualLab的SLM模块 $s:aW^k  

qyTU8Wp  
~36!?&eA8  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 f$$/H>MJ  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 TD0 B%  
=dKtV.L  
3. SLM的光学功能 C1)!f j=  
Bwxd&;E  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 6bC3O4Rw  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 H1./x6Hr  
 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。 
=:pJ  
5t]H?b8  
Jnov<+  
m:2^=l4  
Y:[u1~a  
 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。 ~$^XP.a.  
L="}ErmK  
<bWG!ZG  
~f98#43  
3]S$ih&A  
4. 对比：光栅的光学功能 )y$(AJx$  
 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。 4!?eRY  
 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。 ;e*!S}C,  
 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)。 q_58;Bv  
 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。
q/,O\,  
 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。 Q![@c  
~]2K^bh8&  
z Iu'[U  
26h21Z16q  
b\2 ds,  
5. 有间隔SLM的光学功能 G"t5nHY\.  
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。 j\M?~=*w  
(GfZ*  
G 3ptx! D  
iXjM.G  
gPPkT"  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 +
I28|*K"  
i/Zd8+.n$  
[7y]n;Fy  
6. 减少计算工作量 ckCE1e>s  
FYQS)s  
采样要求： M_DwUS1?  
 至少1个点的间隔(每边)。 X&H"51  
 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。 ?:0Jav  
ZN0P:==  
采样要求： !4+<<(B=E  
 同样，至少1个点的间隔。 dR]m8mdqc1  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 G3T]`Atf  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 Q~9^{sHZjP  
]`WJOx4  
 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。 Q7CsJzk~)  
 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。 ;O,jUiQ  
 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)。 (TM,V!G+U~  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 @H8EWTZ  
v3>UV8c'  
GM<9p_ B  
jPkn[W# 6  
\9EjClfo  
7. 指定区域填充因子的仿真 >H,*H;6  

8u]2xB=K  
 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。 YS_;OFsd  
 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。 K3uRs{l|  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 Vxt+]5X  
 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)。 U6s[`H3I{  
"0TZTa1e  
5"H=zJ=r  
8. 总结 K*dCc}:`  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 LDa1X2N  
>yDZ
w!C  
第1步 qqU 64E  
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。 _@/8gPT*i  
q5S9C%b  
第2步 ],].zlN  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Eh4=ZEX  
扩展阅读 Dvln/SBk  
扩展阅读 ;dhQN}7  
 开始视频 L}NSR  
-    光路图介绍 Etm?'