[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

pwA~?$B1  
应用示例简述 }eSrJgF4M  
~pwk[Q!  
1. 系统细节 &_'3(xIO  
 光源  *1*i5c  
— 高斯光束 Z5@E|O&  
 组件 
s@*i  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 r%`3*<ALV)  
 探测器 
R?#.z#  
— 视觉感知的仿真 +)_#j/  
— 电磁场分布 l=<},_]{  
 建模/设计 R=S)O.*R  
— 场追迹： 
x.'Ys1M  
 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。 i4)]lWnd  
$]4o!Z  
2. 系统说明 RP9~n)h~b  
?v&2^d4C*F  
">q?(i\  
3. 模拟 & 设计结果 UryHte  
O{EbL5p  
4. 总结 .+5;AtN  
{]O.?Yru?  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 3o#K8EL  
Y0ACJ?|  
第1步 SOluTFxUw  
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。 ceae~  
&Zo+F]3d  
第2步 ;33SUgX  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 zRB LkrC  
-9R.mG  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 /&5:v%L  
}s.\B 
 
应用示例详细内容 <WL] (-9I:  
t6~~s iQI'  
系统参数 rfV{+^T;  
v3cLU7bi?2  
1. 该应用实例的内容 $I9U.~*  
z h%b<  
4Td)1~zc3  
2. 设计&仿真任务 ~31-)*tJ]  
Zk5AZ R!|  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 fdgjTX  
8Y;2.Z`Rz  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 5[P^O6'  
h@Ix9!?+  
Or-LQ^~  
4. 参数：SLM像素阵列 AA}+37@2I  
Vr #o]v  
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)q.`  
5. 参数：SLM像素阵列 3(1UIu  
X rut[
)H  
'<AE%i,  
应用示例详细内容 jK2gc^"t  
\# 1p  
仿真&结果  hAD gi^  
#/)U0IR)  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM B XO,  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 ,n$HTWa@0  
 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。 /km0[M  
>d
wY(a  
2. VirtualLab的SLM模块 h2 >a_0"  

[V0%=q+R  
*\^(-p~M  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 j{HIdP  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 DOq"=R+  
_FN#Vq2  
3. SLM的光学功能 vH6.;j'^  
t]xR`Rr;X  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 D+7[2$:z  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 hjp,v)#  
 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。 3&B- w  
vh^?M#\  
+KIFLuL  
E-#C#B  
m4G))||9Q  
 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。 s2 $w>L  
HyIyrUrYW  
'Kd-A:K2g  
u`u{\ xN9  
'Ge8l%p
 
4. 对比：光栅的光学功能 Y7 e1%,$v  
 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。 "1hFx=W+\  
 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。 MkM`)g 5  
 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)。 8 LsJ}c  
 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。 l^rQo_alk  
 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。 Y5<W"[B!  
]x6rP  
]m#*4  
`|4k>5k  
6e"Lod_ L  
5. 有间隔SLM的光学功能 (ZQ?1Qxo  
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。 iO}KERfU  
(.kzJ\x  
\ F)}brPc  
I\|.WrMNi  
o RK:{?Y  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 H_w?+Rig  
0_-P~^A  
y_2B
@cj  
6. 减少计算工作量 </_.+c [  
;G*)7fi  
采样要求： [NbW"Y7  
 至少1个点的间隔(每边)。 0*6Q8`I  
 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。 H"wIa8A  
RJdijj  
采样要求： ~\ v"xV  
 同样，至少1个点的间隔。 x}#N?d
  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 5X:3'
*  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 |?ZNGPt  
Xi!e=5&Pa  
 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。 X5+$:jq&  
 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。 kT:?1w'  
 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)。 ]6,D9^{;  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 s$ ?;C  
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%Hu.FS5'  
7nZ3u_~  
j2mMm/kq\  
7. 指定区域填充因子的仿真 6+:;Mb_S  
-cP1,>Ahv  
 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"dR}S.Uf  
 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。 3Qu-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。 `k(m2k?  
 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)。 hbs /S  
`)TgGny01  
yh.WTgcW  
8. 总结 xp*d:  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 JI/iq  
q XB E3  
第1步 W?n/>DML  
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。 kA9k^uR/  
zO0K*s.yK  
第2步 #p-\Y7f  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ){KrBaGa4  
扩展阅读 @?& i   
扩展阅读 BJ{?S{"6%G  
 开始视频 t|*UlTLm  
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