[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

qFY>/fCP4  
应用示例简述 0A75)T=lQ  
%e/L .#0  
1. 系统细节 R]
S!PSoL  
 光源 T&E'MB  
— 高斯光束 CL!s #w1I\  
 组件 =MmAnjo  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 0\o5+  
 探测器 92/_!P>  
— 视觉感知的仿真 ,esUls'nz'  
— 电磁场分布 _U~~[I  
 建模/设计 `] Zil8n  
— 场追迹： 4tp}  
 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。 94[8~_{fG  
t"&qaG{  
2. 系统说明 9_%??@^>  
CEI.*Iywu  
qI2&a$Zb$  
3. 模拟 & 设计结果 *adwCiB  
d!4:nvKx  
4. 总结 mP./e8  
l+^4y_  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ebf/cCh  
gt(!I^LHYc  
第1步 sN/8OLc  
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。 ?T>)7Y)  
_6\"U5*Y  
第2步 vyruUYFWe  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 GrM`\MIO  
JuRx>F4  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 AZbFj-^4  
1Zgv+
.  
应用示例详细内容 ;
fm> \
f  
FOSC#W9E  
系统参数 :io[9B [  
zIc_'Z,b  
1. 该应用实例的内容 |k/;1.b!9(  
VO7&<Y}{x  
cx*$GaMk  
2. 设计&仿真任务 k6|/ik9C  
cnU()pd  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 UH7FIM7kX  
<e$%m(]  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 )bB Va^  
:eR\0cn  
#9]O92t2UV  
4. 参数：SLM像素阵列  e3%dNa  
Mdy4H[Odq  
+-MieiKv  
5. 参数：SLM像素阵列 q.d qr<  
d'e\
tO  
)3)f
q:[  
应用示例详细内容 1<pb=H  
{[r}gS%  
仿真&结果 dwUs[v  
Y]+KsiOL  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ?q}:ojrs1  
 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)。 K5(:0Q.5y  
 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。 qE{L42  
'F Cmbry  
2. VirtualLab的SLM模块 !+3nlG4cw  

/*m6-DC  

ST[E$XL6  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 t^g+nguz  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 7y=1\K
W(  
j.SE'a_  
3. SLM的光学功能 3u1\zse  
\-{2E  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 G5!!^p~  
 为此，将区域填充因子设置为60%。
y6gao
j  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 eZmwF@  
r.v.y[u  
RtF!(gd  
\!Ap<  
;Bne=vjQp  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 o:lMRP~  
7$Pf  
Poxoc-s  
B8?j"AF  
.}iRe}=  
4. 对比：光栅的光学功能 zl)r3#6hW  
 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。 Ksvk5r&y  
 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。 rnM C[  
 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)。 (xMq(g  
 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。 `/o|1vv@_  
 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。 M8f[ck  
t7,**
$ST  
_ IlRZ}
f  
G PL^!_  
!r9~K^EI
 
5. 有间隔SLM的光学功能 fs8C ^Ik>~  
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。 ZKVM9ofXRi  
-5,+gakSk  
.8]=yPm  
e J:#vX86  
DN|+d{^lN  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 Nd**":i$  
``Rg0o  
iy|xF~  
6. 减少计算工作量 6\6g-1B`  
>*]B4Q  
采样要求： E4xybVo@  
 至少1个点的间隔(每边)。 __)"-\w-_(  
 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。 rz5@E  
Mqm9i  
采样要求： 'o1lJ?~kH  
 同样，至少1个点的间隔。 \;!g@?CA  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 NtQ#su$  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 +l>X Z  
/cx Ei6I
-  
 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。 @mEB=X(-l=  
 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。 >&)|fV&4  
 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)。 6bBNC
2K$-  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 10m`LG  
q5>!.v   
h{CyYsQ  
6x@4gPy[  
\|$GBU  
7. 指定区域填充因子的仿真 slV]CXW)t  
]9hhAT44  
 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。 gA&`vnNP  
 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。 FUZ`ST+OL  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 RHuc#b0  
 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)。 T,v5cc:nO  
&Pgk$e%>  
sDyt3xN  
8. 总结 36
yIfC,  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 1"U.-I@  
)D ':bWP  
第1步 gOkum_  
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。 w,zm!  
FyRr/0C>  
第2步 zq]:.s  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 (+
;%zh-  
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 开始视频 6KKQ)DNu_  
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