[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

3J(STIxg  
应用示例简述 l@j!j]nE  
E+~~d6nB  
1. 系统细节 |?g2k:fzB7  
 光源 Pyyx/u+?@  
— 高斯光束 Q7}w
Y  
 组件 IloHU6h'  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 dDm<'30?*v  
 探测器 rtzxMCSEU  
— 视觉感知的仿真 .Dx]wv  
— 电磁场分布 C y&L,  
 建模/设计 c!841~p(Q  
— 场追迹： )L#I#%  
 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。 _@^msyoq  
MaM
s(  
2. 系统说明 ~+T~}S  
P}VD}lEyO  
Eydk645:3  
3. 模拟 & 设计结果 ol:_2G2xQ  
.5I1wRN49  
4. 总结 Q7DkhKT  
Wg$MKc9Vy[  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 D!@c,H  
LXK+W
B/s  
第1步 4Yn*q~f  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 %*s[s0$c  
E4{^[=}  
第2步 #v~5f;[AAs  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ,$*IJeKx  
] xH `  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 7M$>'PfO  

,YiBu^E9  
应用示例详细内容 leyX: +  
ZM)a4h,kcm  
系统参数 /#Xz+#SqY  
R_Hdi~ k  
1. 该应用实例的内容 r-!8in2  
@0)bY*njj  
VTV-$Du[}  
2. 设计&仿真任务 qQ|v~
^  
k@wxN!w;  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 Qp<6qM35  
UCq+F96j  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ^ 5UIbA(  
_y8)jD"  
Wm"W@LPx5  
4. 参数：SLM像素阵列 U9;AU]A  
M VsIyP  
Put+<o <  
5. 参数：SLM像素阵列 l$zM|Z1wR`  
&PGU%"rN  
e<IT2tv>u  
应用示例详细内容 ci*Z9&eS+  
5X[=Q>  
仿真&结果 ?p}m[9@  
~A6QX8a  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ,rG$JCS'KQ  
 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)。 ]^.#d   
 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。 7[8PSoo  
hB|LW^@v  
2. VirtualLab的SLM模块 !rwv~9I  

cQN}z Ke  
cl{;%4$9  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 )WBTqML[  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 M#2DI?S@  
3g} ]nj:N  
3. SLM的光学功能 CM~)\prks  
 DMf:u`<  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 2AU_<Hr6  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 Pirc49c  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 J;G+6C$:  
4egq Y0A  
D[9eu>"'9M  
sH#UM(N  
7zy6`OP  
 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。 ;JDxl-~  
]JtK)9  
H{9di\xnEm  
gP)g_K(e  
Joe k4t&0<  
4. 对比：光栅的光学功能 Rsqb<+7  
 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。 }cMb0`oA  
 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。 {3!v<CY'  
 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)。 qifX7AXHr  
 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。 RXLD5$s^  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 s8eFEi  
r1xNU0A  
Ean@GDLz8  
C:zK{+  
"M1[@xog  
5. 有间隔SLM的光学功能 !SEg4z  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 vA:1z$m  
$^d,>hJi  
WOR~tS
 
fY$M**/,  
Xk
OsnI8n  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 a\aJw[d{  
h0d;a  
: xB<Rq  
6. 减少计算工作量
TU7
Qt<  
hH|3s-o  
采样要求： XeKIue@_  
 至少1个点的间隔(每边)。 ]xfu@''  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 {Jwh .bJ  
E"nIC,VZ  
采样要求： z45ImItH  
 同样，至少1个点的间隔。 ON\_9\kv  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 zT*EpIa+LS  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 b_:]Y<{> f  
@|idlIey  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 +r"{$'{^  
 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。 }RDGk+x7|  
 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)。 5iwJdm  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 w:#yu  
f3[gAY  
D:/^T
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S{7A3 x'B  
Cpz'6F^oP  
7. 指定区域填充因子的仿真 bO8g#rO  
LaG./+IP  
 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。 bM;=
=W  
 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。 bb`GV  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 c-(,%0G0  
 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)。 *?VbN}g2  
!MOVv\@O  
kG^DHEne  
8. 总结 nm_]2z O  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ]<V[H  
K?8{y
 
第1步 ryg1o=1v/  
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。 yF8 av=<{  
QX1QYwcmG  
第2步
[I^>ji0V  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 & gnE"  
扩展阅读 DpI)qg#>V  
扩展阅读 *Fi`o_d9[`  
 开始视频 ;K
ob]b  
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