[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

vUNE!j  
应用示例简述 (x!bZ,fu  
G)`MoVH1  
1. 系统细节 -"H9W:  
 光源 w9BH>56/"  
— 高斯光束 K!mgh7Dx  
 组件 Q^OzFfR6  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统
glUP  
 探测器 }Z=Qy;zk  
— 视觉感知的仿真 `w}"
0+V  
— 电磁场分布 z@j&vW  
 建模/设计 `z.#O\@o  
— 场追迹： v|z1nD!?]  
 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。 0]HIc  
gsH_pG-jU  
2. 系统说明 ^~od*:  
Ws@s(5r  
TjdYCk]'  
3. 模拟 & 设计结果 |@F<ajlV  
v]>(Ps )R  
4. 总结 M`FL&Ac  
04TV./uA  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 "M]]H^r5  
|Can  
第1步 YVi]f2F%  
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。 hGLBFe#3  
ljRR  
第2步 :csLZqn[  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 %,BJkNV  
K9iR>put  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 WqO*vK!t  
4!wfh)Z  
应用示例详细内容 4{&  
(H7q[UG|  
系统参数 |BR&p)7)  
o/#e y  
1. 该应用实例的内容 !% Md9Mu!o  
#<:khs6  
j.sf FS  
2. 设计&仿真任务 bVym  
<ZLs+|1  
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。 Bb6_['y  
`B~%TEvMh  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 &%<G2x$  
W=drp>Uj  
<\u%ZB  
4. 参数：SLM像素阵列 ESAh(A)8  
uzOZxW[e  
LdL< 5Q[  
5. 参数：SLM像素阵列 _#I0m(  
[&$z[/4:8c  
\W4SZR%u  
应用示例详细内容 rBaK$Ut  
:hr%iu  
仿真&结果 TSeAC[%pL  
\%#jT GFs~  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM | =&r) ~  
 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)。 ]M.ufbguq  
 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。 umciP  
zT@vji%Y  
2. VirtualLab的SLM模块 Mppb34y  

"dIoIW  
iVA_a8}  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 `C3F?Lch  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 iIg_S13  
5}f$O  
3. SLM的光学功能 >PTq5pk  
Z|u_DaSrr|  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 x9a0J1Nb-h  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 Xa36O5$4]9  
 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。 Li}yK[\]  
f_}55?i0  
u VB&DE  
w!Z3EA;`  
_:T\[sz5  
 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。 l#Iof)@#  
R6ywc"xE  
'Z';$N ]  
&iTsuA/7  
Mb-C DPT  
4. 对比：光栅的光学功能 &_ber ad  
 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。 mIOx)`
$  
 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。 Mv_4*xVc  
 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)。 8YCtU9D  
 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。 qk
+:p]2  
 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。 ?P}7AF A(W  
qRNGe8  
% 30&6"  
zg]9~i8  
y2)~ljR  
5. 有间隔SLM的光学功能 Hc}(+wQN%  
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。 T2k5\r8  
${e{#  
8L0#<"'0  
{jbOcx$t  
gq/q]Fm\  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 U<Ag=vsZE  
=>&d
[G[m!  
jQc$>M<"o  
6. 减少计算工作量 od!TwGX  
Ta~Ei=d^  
采样要求： >QCVsX>~  
 至少1个点的间隔(每边)。 8g$pfHt|e  
 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。 s3oK[:/  
iX}EJD{f  
采样要求： .#CTL|x  
 同样，至少1个点的间隔。 eR?`o!@y  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 s+,JwV?b  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 x-cg df  
*r=6bpi  
 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。 )%P!<|s:5  
 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。 b16\2%Ea1  
 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)。 ``U>9S"p)  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ?z p$Wz;k  
GkVV%0;&J1  
H&l/o  
uPt({H  
dCN4aY[d  
7. 指定区域填充因子的仿真 ;=aj)lemCr  
WUZusW5s  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 <\Lii0hi!  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。  9/`T]s"  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 @}qMI   
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 qo/`9%^E?  
l.El3+  
5V8WSnO  
8. 总结 Nn>Oq+:  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 p{NVJ^!+  
#,lJ>mTe4  
第1步 V& _  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 ;X*I,g.+H  
qJj"WU5  
第2步 [<rV "g  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 .liVlo@  
扩展阅读 PF~w$ eeQ  
扩展阅读 ^,*!Qk<c  
 开始视频 ,'Zs")Ydp  
-    光路图介绍 ?t46TV'G