[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

yj:@Fg-3g  
应用示例简述
2y`h'z  
x1 |
/  
1. 系统细节 0|AgmW_7 .  
 光源 }g+kU1y  
— 高斯光束 .YF1H<gwa  
 组件 $ar^U  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 Biv)s@"f-Q  
 探测器 [cB^6v  
— 视觉感知的仿真 $FPq8$V  
— 电磁场分布 _HwA%=>7  
 建模/设计 AS;Sz/YP  
— 场追迹： EXSJ@k6=8s  
 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。 m"!SyN}&9?  
<+*0{8?0  
2. 系统说明 'Ix@<$~i3F  
mqZK1<r  
yr%[IX]R  
3. 模拟 & 设计结果 &2W"4SE]6  
YrL(4Nt8  
4. 总结 fw&*;az  
QT c{7&  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 \c\~k0u  
qm=U<'b^  
第1步 }
.g5z
y  
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。 Z#.d7B"  
utmJ>GWSI  
第2步 xKu#OH  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 c'Z=uL<Rm  
$NR[U+  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ZLzc\>QX  
Vit-)o{zr  
应用示例详细内容 C_J@:HlJ  
4M&$wi  
系统参数 ~ky;[  
xgxfPcI  
1. 该应用实例的内容 ?>;b,^4  
mh8fJ6j29N  
(?l ]}p^[  
2. 设计&仿真任务 5Y+YN1  
1 iox0  
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。 !;>s.]  
Z]Bv  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 n$2oM5<  
+c%jOl  
)h@PRDI_  
4. 参数：SLM像素阵列 a{xJ#_/6  
''auu4vF  
brmSJ7  
5. 参数：SLM像素阵列 U5C]zswL  
G_1r&[N3  
cg{5\Vl  
应用示例详细内容 K~d'*J-  
"73*0'm  
仿真&结果 4~Qnhv7  
yP7b))AW9  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM xT 06*wQ  
 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)。 z%E(o%l8  
 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。 'd2 :a2C]  
deAV:c  
2. VirtualLab的SLM模块 sUlf4<_zW  

6CFnE7TQf  
AZ(zM.y!#_  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 :#g.%&  
 必须设置所设计的SLM透射函数。  +rv##Z  
z]9t 5I  
3. SLM的光学功能 85!]NF  
=6U5^+|d  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 m}z6Bbis0  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ~R[ k^i.Y  
 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。 lW5Lwyt8  
x_~_/&X5  
IM1&g7Qs2  
$,K@xq5  
f+9WGNpw  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 c@g(_%_|2  
A5j?Yts  
c1E{J<pZ  
Q~(Qh_Ff  
S"*k
#ao  
4. 对比：光栅的光学功能 B>1,I'/$.  
 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。 ?;o0~][!  
 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。 LBq
2({="  
 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)。 @Y`Z3LiR$  
 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。 0UJ6>Rj  
 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。 VHPqEaR  
SZXSVz0j  
PESvx>:  
kcUn GiP  
3ibQbk  
5. 有间隔SLM的光学功能 E G+/2o+W  
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。 G%k&|  
[;Ih I  
5/Qu5/  
K6-)l isf  
tf6-DmMH  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 \)5mO 8w  
C)c*s C5N  
'Z#_"s#L  
6. 减少计算工作量 w2xD1oK~o  
^~N:lW#=  
采样要求： L{VnsY V  
 至少1个点的间隔(每边)。 vv&< 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。  OLIMgc(W  
-HGRrWS  
采样要求： Ce-= -  
 同样，至少1个点的间隔。 5eL b/,R  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 |=ph&9  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 U]}FA2  
2FaCrc/  
 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。 N {{MM
Iq  
 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。 Zoxblk  
 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)。 @]IRB1X  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 Xg]Cq"RJC  
,mx\ -lWFy  
VoYL}67c  
9]Ue%%vM  
;=$;h6W0  
7. 指定区域填充因子的仿真 ,,G"EF0A  
(/nnN4\=  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 r'yNc&~  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 d:|x e:  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 .s>@@m-  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 V-7l+C5  
IagM#}m@  
@.$- ^-  
8. 总结 ]QHp?Ii1  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 #8M?y*<I  
CR23$<FC  
第1步 c*7|>7C$i  
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。 vu@.;-2E%  
f6K.F  
第2步 /0qbRk i  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。
FS=yc.Q_  
扩展阅读 T5|kO:CbHq  
扩展阅读 , @UO
j=  
 开始视频 RHBQgD$  
-    光路图介绍 O'IU1sU