[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

5Q^~Z},  
应用示例简述 Ea3tF0{  
p;'vOb  
1. 系统细节 |, :(3Ml  
 光源 w68qyG|wM  
— 高斯光束 H;Bj\-Pa  
 组件 +6>Pp[%  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 BpKP]V  
 探测器 9R E;50h  
— 视觉感知的仿真 !YoKKG~_0  
— 电磁场分布 *]EcjK%  
 建模/设计  d,H%  
— 场追迹： E+>;tLw3j  
 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。 %?cPqRHJ ~  
n%O`K{86  
2. 系统说明  ,cB`j7p(  
)/=J=xw2  
G9gvOEI/  
3. 模拟 & 设计结果 'IgtBd|K>  
oL~Yrb%R  
4. 总结 -Wig k['v  
SHaZ-d  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 o]FQ)WRB  
!]`]67lC  
第1步 B O"+m  
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。 _l Jj6=  
6z(_^CY  
第2步 :DZiDJ@  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 w8on3f;6n#  
aCTVY1  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 U]
P;X~$!  
Ky=&C8b<  
应用示例详细内容 $X{& KLM[  
;J_d%  
系统参数 1HZexV  
*"4ltWS  
1. 该应用实例的内容 RXP"v-  
S !e0:  
 $SDx) '!  
2. 设计&仿真任务 ="4jk=on  
}Jc^p  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 U_J|{*4S.!  
*zx;81X=  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 QR#,n@fE  
;xRyONt  
@3G3l|~>  
4. 参数：SLM像素阵列 N0XGW_f  
kn<[v;+  
.h6h&[TEU  
5. 参数：SLM像素阵列 Z# :Ww  
\gzNM
I*  
leiza?[  
应用示例详细内容 Di L@NU!$q  
&oR&NKk  
仿真&结果 t9=rr>8)  
fL@[B{XMM  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM g,1\Gj%y  
 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)。 9:m+mpL
=9  
 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。 W[vak F  
ugL$W@   
2. VirtualLab的SLM模块 -}>Q0d)  

*s/F4?*  
c2y5[L7?  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 @Wv*`  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 n.T [a  
aR3W9  
3. SLM的光学功能 }b{N[  
7<) .luV  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 S5XFYQ  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 $DQMN  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 w,P2_xk`  
5zUD W?  
SAqX[c  
v<c8qg  
mjw:Z,  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 %8v?dB;>x`  
0)nU[CY  
phNv^R+  
v3[ 2!UXq  
*v&g>Ni  
4. 对比：光栅的光学功能 w</
kGK[O  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 m=#2u4H4  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 .NPai4V'  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 ^v`|0z\  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 r..Rh9v/=E  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 VJPt/Dy{  
| 0&~fY  
w+JDu_9+A]  
vb$k/8JK  
:_vf1>[  
5. 有间隔SLM的光学功能 {!<zk+h$  
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。 (l$bA_F\  
2AdV=n6Z  
T%:}/@
 
Bq\%]2;eo{  
H*!E*_  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 "eBpSV>nnQ  
jPFA\$To  
;8ugI  
6. 减少计算工作量 hnyZXk1|  
VkUMMq{  
采样要求： @Gl=1  
 至少1个点的间隔(每边)。 aiz_6@Qfz*  
 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。 V a<L[8  
&OsJnkY<<  
采样要求： o8Tt|Lxb$8  
 同样，至少1个点的间隔。 WJl&Vyl2FL  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 \# #~Tq  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 _57i[U r  
t.3b\RV[  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 A?Uyj  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 Ut0oh  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 ;Q\Duj  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 3>-^/  
qL]!/}  
A5z5e# ,u  
0<
fN<iR`  
C?X^h{Tp  
7. 指定区域填充因子的仿真 t}]=5)9<  
=%p0rz|b  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 MsfY|(/m  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 <kp?*xV]]  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 4s%vx]E  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 ^Qq_|{vynf  
)%gigQZ+  
>DPC}@Wl  
8. 总结 gP?pfFhG  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Q.@9"&)t  
8|HuxE  
第1步 e'p'{]r<w  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 0)+F}SyyD  
REli`"bR  
第2步 >]s|'HTxF  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 7$Jb"s  
扩展阅读 1o V\QK&  
扩展阅读  GMrjZ  
 开始视频 COZ<^*=A#p  
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