[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

Ww\M3Q`h  
应用示例简述 #s%_ L  
oA+/F]XJ  
1. 系统细节 Q &~|P}  
 光源 |0^~S  
— 高斯光束 Z8 eB5!$  
 组件 |YEq<wbQ  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 wjEyU:  
 探测器 bSJ@ 5qS  
— 视觉感知的仿真 |f67aN  
— 电磁场分布 |k,M$@5s  
 建模/设计 8=k
IN-l_  
— 场追迹： 9:
9gam  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 J> Z.2  
D[i?T3i  
2. 系统说明 2J;_9 g&M  
1|bg;X9+  
v=8sj{g3,3  
3. 模拟 & 设计结果 ~$PY6s  
Rq`d I~5!b  
4. 总结 ?cur}`  
W*.j=?)\[  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 6>DmcG:.  
@y1:=["b  
第1步 X\Gbs=sf6  
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。 a*2JLK  
-_[ZRf?^  
第2步 ^jYE4gHM  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 i(O+XQ}Fyx  
|&u4Q /0  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 @h=r;N#/`P  
,azBk`$iQr  
应用示例详细内容 vCX
54  
5.M82rR;~  
系统参数 yt+d f0l  
jCp^CNbA  
1. 该应用实例的内容 BG/Q7s-?K  
]L6[vJHx  
,II-:&H  
2. 设计&仿真任务 Bcl6n@{2f  
[6cF#_)*  
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。 r7FFZNs!  
Ja
vSR1_  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 CpLLsphy  
2'U+QK@  
Q ym=L(X  
4. 参数：SLM像素阵列 2 Q}^<^r  
wNm1H[{  
|SX31T9rG  
5. 参数：SLM像素阵列 b|Sjh;  
y^:N^Gt  
pq +~|  
应用示例详细内容 >Q#\X=a>  
tRYi q  
仿真&结果 hqc)Ydg_%  
b wqd`C  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ]k)h<)nY  
 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)。 A}W}H;8x  
 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。 }AGdWt@  
 ovsI2  
2. VirtualLab的SLM模块 $s<bKju  

7El:$H  
q?$<{Z"  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 _>u0vGF-  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 \1nj=ca?  
fI }v}L^  
3. SLM的光学功能 k)TNmpL%"  
>5MHn@  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。  2p;N|V  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 w$$vR   
 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。 ^3lEfI<pBm  
|PutTcjQ  
D<J,3(Yu  
s)5W:`MH?  
~#PC(g  
 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。 7-j=he/  
?TMrnR/d  
"yf#sEabV  
q~6((pWi|  
-_T@kg[0zB  
4. 对比：光栅的光学功能 S*'  
 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。 bR}=bp4K  
 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。 :d}@Z}2sD  
 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)。 )^]1j$N=3  
 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。 `kM:5f+>W  
 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。 k|;[)gE  
(0!U,8zz  
%y[ t+)!E  
f[+
N=vr  
{wCzm  
5. 有间隔SLM的光学功能 \{{i:&] H  
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。 M&ec%<lM  
k*k 9hv?  
^k}%k#)  
=x-@-\m  
$[M5Vv  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 57rH`UFXH  
tish%Qnpd  
o}6d[G>  
6. 减少计算工作量 /2fQM_ ,P  
TW!>~|U)y  
采样要求： ,_!MI+o0  
 至少1个点的间隔(每边)。 <}t<A
 
 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。 -=VGXd  
]`u_d}`  
采样要求： U`)o$4Bq  
 同样，至少1个点的间隔。 1%k$9[!l%  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 gFAtIx4  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ~spfQV~  
zMbz_22*  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 ;6/dFOZn  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 L0EF CQ7  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 |^T?5=&Kt  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 AA~6r[*~  
2Pic4Z  
,-.
a! a  
d!#qBn$*[  
\8iWcqJktN  
7. 指定区域填充因子的仿真 rBrJTF:
.  
3%DDN\q\u  
 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。 /qObXI  
 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。 EjFK zx  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 >'e(|P4  
 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)。 tp?< e  
&M2SqeR62;  
]}HuK#  
8. 总结 =x^b  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 4.qW ~W{  
5,u'p8}.  
第1步 *\T ]Z&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。 7^*[XH  
jw$[b=sa  
第2步 $G.ws  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 C">w3#M%  
扩展阅读 .7v .DR>  
扩展阅读 UCL aCt -  
 开始视频 8}<4f|?  
-    光路图介绍 t182&gpd`