[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

9@9(zUS|  
应用示例简述 Tu"bbc  
@FKm
_q  
1. 系统细节 W1dpKv  
 光源 mmE\=i~  
— 高斯光束 g 4G&  
 组件 <lopk('7  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 .B_LQ;0:   
 探测器 ;'~U5Po8  
— 视觉感知的仿真 ]%>7OH'  
— 电磁场分布 hd^?mZ  
 建模/设计 c07'mgsU  
— 场追迹： .jA'BF.  
 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。 gi\2bzWkbX  

b{%p  
2. 系统说明 j")#"& m  
@~,&E*X! .  
!W4A9Th  
3. 模拟 & 设计结果 R/Y9t8kk  
7}>Zq`]~  
4. 总结 'Z5l'Ac  
$a.fQ<,\X  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 dCc"Qr[k  
JcV'O)&
  
第1步 (cAWT,  
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。 RdaAS{>Sk  
Hz~?"ts@;  
第2步 *'[8FZ|dQ  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Zq1ZrwPF  
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t#Bi9  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 HEh,Cf7`'  
utOATjB.z  
应用示例详细内容 Bp&7:snGt  

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系统参数 cBcfGNTJ~  
F/O5Z?C?  
1. 该应用实例的内容 b* (~8JxZ  
f4[fXP;A  
K ?uHAm  
2. 设计&仿真任务 ^#
i3JMq  
A.-j5C4  
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。 zNG]v?JAh  
0#Ivo<V  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ]rC2jB\,M  
8[v9|r  
(B+CI%= D  
4. 参数：SLM像素阵列 [u*-~(  
H#/ #yVw  
b-!+Q)  
5. 参数：SLM像素阵列 m{#?fR=9  
*~Y$8!ad  
2-G6I92d  
应用示例详细内容 C?dQ QB$  
]? 2xS?vd  
仿真&结果 y0}3s)lKv  
U)v){g3w)  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM "2'4b  
 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)。 3(o}ulp  
 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。 oyw*Z_9~  
)}!Z^ND*  
2. VirtualLab的SLM模块 Cj/J&PDQ  

1PGY/c  
Q+<{2oVz  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 &JUHm_wd&S  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 V8KdY=[  
[KcF0%a  
3. SLM的光学功能 "%zb>`1s  
bv:M zYS  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 |-)2 D=P  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 CU`yi.)T{  
 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。 ;bYS#Bid{V  
n3z]&J5fr  
)t#>fnN  
t GS>f>i  
~SzHIVj:6  
 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。 ob.Br:x  
|7CFm  
]&b>P ;j:  
0%(.$c>:f  
h4,g pV>t  
4. 对比：光栅的光学功能 OUtXu7E$  
 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。 rbt/b0ET  
 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。 L$zB^lSM  
 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)。 &"gQrBa  
 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。 uD=FTx  
 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。 n9H4~[JiC  
a>H8,a  
U0m 5Rc  
"L9yG:  
9 $&$Fe  
5. 有间隔SLM的光学功能 :aHLr[%Mz  
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。 e+~Q58oD  
P->.eo#VG  
,&F4|{  
c0U=Hj@@  
 rYI7V?  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 x{_3/4  
EEJ OJ<  
%G`GdG}T  
6. 减少计算工作量 |& Pa`=sp  
z)_h"y?H{%  
采样要求： 0ZAT;eaB  
 至少1个点的间隔(每边)。 DG-XX.:z  
 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。 dX;Q\  ]"  
*Dhy a g  
采样要求： Hx?OCGj=S*  
 同样，至少1个点的间隔。 5Tg[-tl  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 y#iQ  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 oMeI
Xb)z  
;oM7H*WC  
 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。 oYmLJzCf  
 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。 f&
2f8@  
 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)。 kSUpEV+/  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 |*5HNP  
U9t-(`[j?  
[XbNZ6  
o,gH*  
2A(?9 R9&h  
7. 指定区域填充因子的仿真 +t7n6  
p0sq{d~  
 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。 h%PbM`:}6  
 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。 231,v,X[  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 61pJVOe  
 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)。 /v-:ca)7mI  
ZW@%>_JR]  
=im7RgIBo  
8. 总结 x_oiPu.V  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。
lO/?e!$  
(iJ9ekB  
第1步 htu(R$GSM  
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。 ~\khwNA  
E(-@F%Q  
第2步 c`O(||UZT  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 L_O*?aaZ  
扩展阅读 8nE}RD7bx  
扩展阅读 Vk:] aveW  
 开始视频 VdOcKP.  
-    光路图介绍 =-%10lOI