[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

>@N.jw>#T  
应用示例简述 HYl+xH'.j  
=-dnniKW4  
1. 系统细节 3U6QYD55]]  
 光源 !WyJ@pFU^  
— 高斯光束 SqAz((  
 组件 dX?j/M-  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 \%r#>8c8  
 探测器  V FM[-  
— 视觉感知的仿真 h%j4(v}r{C  
— 电磁场分布 rVabkwYD  
 建模/设计 #c|l|Xvq2  
— 场追迹： oCo~,~kTR  
 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。 0hS&4nW  
h),;j`PrC  
2. 系统说明 Md6u4c  
~vF*&^4Vh  
Gr({30"8  
3. 模拟 & 设计结果 <(E)M@2  
c<1$zQY!  
4. 总结 [)`*k#.=  
P~(&lu/;P  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 hx^@aI
 

ZPf&4#|  
第1步 R5sEQ| E  
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。 m#h`iW  
R/{h4/+vJ  
第2步 #|\|G3Si %  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 *42KLns  
2`i&6iz  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ;)rhx`"n  
-Ua5anzB  
应用示例详细内容 /8Lb_QH{  
.UxkTads  
系统参数 Xp;'Wa"@  
z7fX!'3V  
1. 该应用实例的内容 wgSFL6Ei  
IlEU6Rs  
"4XjABJ4'  
2. 设计&仿真任务 qRT5|\l  
uJ"#j X  
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。 X>dQK4!R  

c'$y_]  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ~,W|i  
covCa)kf  
E2hML  
4. 参数：SLM像素阵列 m<Gd 6V5  
Jn(|.eT|  
QP%AJ[3ea%  
5. 参数：SLM像素阵列 +)9=bB  
pDC`Fi  
i?>
>%juK  
应用示例详细内容 BDN}`F[F  
QKk7"2t|  
仿真&结果 o<|u4r={s  
B4OFhtYE  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ml~)7J  
 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)。 @sR/l;  
 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。 yFo8x[  
KYhL}C+  
2. VirtualLab的SLM模块 +o.#']}Pl  

B_!S\?}$  
|}l/6WHB  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 sVO|Ghy65  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 R]Fa?uQW  
c3fd6Je5  
3. SLM的光学功能 ~HctXe'x  
x!4<ff.  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 I/h(*~/  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ~LH).\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。 m=`V  
'fb&3  
6_EfOD9  
8v)Z/R-  
2V @ pt  
 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。 c:DV8'fT  
%)}_OXWf:  
~N2 [j  
V" 5rIk  
h#h)=;  
4. 对比：光栅的光学功能 ]VVx2ERs  
 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。 .>5E 4^$%  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 >wV2` 6  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 ,=6;dT  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 CwF=@:*d  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 6.v)q,JL  
\n0Gr\:  
_hB7;N3  
B3u:D"
t  
'kCr1t  
5. 有间隔SLM的光学功能 e<{Ani0  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 LZPLz@=&]  
5X`m.lhUc  
xqVIw!J?/}  
;;17 #T2  
]T<RC\o  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 4!+IsT  
#w[Ie+  
][Cg8  
6. 减少计算工作量 j&?@:Zg v  
xirZ.wjW  
采样要求： NSh~O!pX  
 至少1个点的间隔(每边)。 ue6&)7:~  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 b;e*`f8T3c  
ADZU?7)  
采样要求： nrZZkQNI  
 同样，至少1个点的间隔。 \H?r[]*c%  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 SQBe}FlktK  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 n ^C"v6X  
[tz}H&  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 x_KJCU  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 ?F%,d{^  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 ]OA8H[U-eA  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 7NfA)$  
K<w$  
]$WwPDZ  
v+`gQXJ"G  
/4-6V d"8  
7. 指定区域填充因子的仿真 >BlF< d`X  
^{fA:N=  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 uyWt{>$  
 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。 h.h\)>DM@  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ER$qL"H U  
 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)。 |"EQyV  
6<C|O-  
9rhl2E  
8. 总结 w57D qG>  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ;bt%TxuKb  
v|u[BmA)*k  
第1步 Wi{ jC?2Q  
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。 ?r-W , n  
iyf vcKO  
第2步 >FM2T<.;  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ;JQ;LbEn  
扩展阅读 e47N9&4  
扩展阅读 uz;z+Bd^  
 开始视频 4XXuj  
-    光路图介绍 }0~4Z)?e3