[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

R
d7Xs  
应用示例简述 qPY OO  
K<'L7>s3lA  
1. 系统细节 E$"( :%'v  
 光源 l3dGe'  
— 高斯光束 phr6@TI  
 组件 28>PmH]7  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 !{tkv4  
 探测器 E~Eh'>Y(B  
— 视觉感知的仿真 R{uq8NA- W  
— 电磁场分布 gmkD'CX*A  
 建模/设计 VDq4n;p1  
— 场追迹： 6UOV,`:m+  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 69AgPAv<k  
E#?*6/  
2. 系统说明 W&23M26"{  
m2{3j[  
q|,cMPS3  
3. 模拟 & 设计结果 gU1E6V-Jm  
\lwYDPY:  
4. 总结 -7\Rl3c  
R?@F%J;tx  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ov>Rvy  
~RGZY/4  
第1步 k9H7(nS{  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 c#X9d8>  
\-3\lZ3qj  
第2步 ma@3BiM  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 2]W"sT[  
}`M53>C,gQ  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ip6$Z3[)  
`|@#~  
应用示例详细内容 o;bK 7D  
n4
6A  
系统参数 uJ;7]  
j.UQLi&`  
1. 该应用实例的内容 O9y4.`a"  
-+fbK/  
h#a;(F4_7  
2. 设计&仿真任务 5y]1v  
F)P"UQ!\  
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。 %Ci`OhT  
Omy4Rkj8bh  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 g}HB|$P7  
r~ gjn`W  
`tZu~ n  
4. 参数：SLM像素阵列 ANB@cK_  
py#`  
.
Y B}w  
5. 参数：SLM像素阵列 u;1/.`NPB  
#D8Z~U,-  
9$[I~I#z  
应用示例详细内容 f+>l-6M+p  
R Fgy  
仿真&结果 WmU5YZ(mAq  
-<rQOPH%  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM |X&.+RI  
 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)。 +-_71rJc.  
 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:02LHE  
_hP siZY9  
2. VirtualLab的SLM模块 ~x<nz/^  

VrL==aTYXs  
566vjE  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 huh-S ,M  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 CNwYQe-i  
]L0GIVIE  
3. SLM的光学功能 K:PzR,nn  

bi
wV7<  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 @\-i3EhR  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 3V")~m  
 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。 GA&mM  
>~O36q^w  
:eaqUW!Y  
>7@kwj-f)  
|n9~2R  
 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。 VAkZ@ u3'~  
3$Ecq|4J:  
R Wa4O#  
ogN/zIU+VA  
!eb}jL  
4. 对比：光栅的光学功能 $HjKELoJ<  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 -QH[gi{%`  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 =)Z!qjf1U  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 }s
To,F$  
 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。 |Ad1/>8i  
 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。 1d49z9F  
yX:A?U  
/Mq]WXq[V  
*We.?"X'].  
x;H#-^LxW=  
5. 有间隔SLM的光学功能 )9_jr(s  
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。 u15-|i{y7  
-ya0!D  
J&,N1B  
-VK6Fq  
oZvQ/|:p!  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 T';<;6J**  
(s?`*i:2  
Lo,z7"8  
6. 减少计算工作量 ibDMhW$n  
5j(3pV`_  
采样要求： )tQG5.to  
 至少1个点的间隔(每边)。 @g|Eb}t  
 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。 6bL+q`3>  
J"w!Q\_  
采样要求： UN`F|~@v  
 同样，至少1个点的间隔。 ,e"A9ik#  
 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^; =+Z  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 $@_7HE3  
KZ ezA4  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 'BT}'qN  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 @Z$`c{V<  
 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)。 iQ= %iou  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 HgG-r&r!2  
C]aa^_Ldd-  
.8is!TT  
s:Us*i=H,  
$)| l#'r  
7. 指定区域填充因子的仿真 #8;|_RU  
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+`e  
 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。 cmDskQ:  
 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。 9IL#\:d1  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 S=O/W(ZB  
 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)。 qB3{65  
L
V:oNK(  
`R
j<qz^7  
8. 总结 `n8) o%E9  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ]UnZc  
%hU8ycI*h  
第1步 SsjO1F  
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。 ?uUK9*N  
Du>dTi~  
第2步 owe362q  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 6G"AP~|0  
扩展阅读 -@ #b<"1  
扩展阅读 e,Xvt5  
 开始视频 ErF;5ec  
-    光路图介绍 =Mq=\T