[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

^VlPnx8y=  
应用示例简述 Q02:qn?T  
,DWC=:@X  
1. 系统细节 .2STBh.;  
 光源 B?<Z(d7  
— 高斯光束 v`u>;S_  
 组件 ?anKSGfj  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 bR? $a+a)  
 探测器 %c,CfhEV%&  
— 视觉感知的仿真 [$(/H
;  
— 电磁场分布 G@Vz }B:=  
 建模/设计 Z~Z+Yt;,9a  
— 场追迹： p4{3H+y  
 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。 jp QmKX  
"]{"4qV1=  
2. 系统说明 Ol. rjz9  
KdTna6nY  
t>>\U X  
3. 模拟 & 设计结果 Q\<^ih51  
.TWX,#  
4. 总结  |{@_J  
Qz?r4kR  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 *;C8g{  
" ^:$7~%bA  
第1步 h^6Yjy  
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。 =D~RIt/D  
i#y3QCNqf^  
第2步 lw"5p)aB  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 $C !Mk  
*Ad7GG1/u  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 P(BV J_n  
6 bnuC  
应用示例详细内容 mh8~w~/[  
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系统参数 1z[GYRSt  
vVi))%&S(  
1. 该应用实例的内容 ,0Y5O?pu\  
NQ(}rr'.  
*!y.!v*  
2. 设计&仿真任务 Bswd20(w  
QWBQ0#L  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 5=.EngG  
z~BrKdS  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 p@7[w@B\c  
mjq
VP.  
1y5$  
4. 参数：SLM像素阵列 rpT{0>5  
|O]oX[~  
MrA&xM  
5. 参数：SLM像素阵列 7+I
2"Hy  
8HLcDS#  
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应用示例详细内容 ?=uw0~O[  
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仿真&结果 AQ 5CrYb  
o= %Fh
 
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM :bA@ 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)。 n'#(iW)f  
 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。 9)qjW&`  
\k|ZbCWg  
2. VirtualLab的SLM模块 &,Xs=Lvmq  

$v6dB {%Qu  
Z<#beT6
 
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 q#RVi8('  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 {-]/r  
\8!&XcA  
3. SLM的光学功能 ZC1U  
$W8  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 sS$- PX C  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 /.\$%bua  
 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。 S{NfU/: dL  
X~Li`  
%
Iv0<oU  
m GWT</=[$  
tp.qh]2c  
 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。 ,diV;d  
ud`.}H~aB  
%
&"_=Lc  
1px:(8]{  
OX?9 3AlG  
4. 对比：光栅的光学功能 1Ly?XNS  
 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。 Kk~0jP_B9  
 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$`!~z1  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 Y1 i!  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 V&_5q`L  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 C<6IiF[>%  
~`{HWmah  
48n>[ FMSR  
h.QKbbDj  
Y:VM5r)  
5. 有间隔SLM的光学功能 %&^F.JTt\  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 T"Wq:  
?#\?&uFJ}  
vbQo8GFp}  
d*1@lmV*  
r&\}E+  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ]P ->xJ  
0}Xkj)R,  
B{|P}fN5}  
6. 减少计算工作量 y-"*[5{W  
F5J=+Q%8[&  
采样要求： A{;b^IK  
 至少1个点的间隔(每边)。 SM:{o&S`  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 P!m~tu}B  
8@/]ki`>  
采样要求： Gz!72H  
 同样，至少1个点的间隔。 B\}E v&  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 9\Mesf1$o  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 tZ=BK:39\  
gW6lMyiLb  
 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。 d?&?$qf[  
 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。 sj`9O-?49  
 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)。 \x x<\8Qr_  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 &tQ,2RT  
;oULtQ  
m5zP|s1`['  
.Kq>/6  
'8k\a{t_z  
7. 指定区域填充因子的仿真 tB[(o%k  
bK("8T\?  
 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。 r#]gAG4t\  
 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。 q`}Q[Li  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 2X)E3V/*  
 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)。 &6MGPh7T  
3T Q#3h  
rg_-gZl8&z  
8. 总结 kd'qYh  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 =}r&>|rrJ  
c.,:rX0S  
第1步 kzns:-a  
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。 &N*S   
-j]r\EVKS  
第2步 !U,qr0h  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ',6QL4qV/  
扩展阅读 [4Glt>Nj>  
扩展阅读 /n?5J`6  
 开始视频 [CRy>hfV  
-    光路图介绍 {)ZbOq2