[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

8%a ^j\L  
应用示例简述
-zzT:C  
92N`Q}  
1. 系统细节 10GU2a$0"$  
 光源 YM.  
— 高斯光束 HV]u9nrt#  
 组件 9C!b f \  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 SP>&+5AydX  
 探测器 9/I xh?  
— 视觉感知的仿真 MOi1+`kwh  
— 电磁场分布 3a}c'$F>_'  
 建模/设计 6JRFYgI  
— 场追迹： WY5HmNX3E  
 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。 THgEHR0,}[  
:KGPQ@:O  
2. 系统说明 =8"xQ>D62  
}KNBqPo4B  
6['o^>\}f  
3. 模拟 & 设计结果 YOA)paq+  
fhC|=0XB  
4. 总结 8_O?#JYi  
hDBo XIK  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 x0%@u^BF  
$'::51  
第1步 R:f ,g2  
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。 !HP=Rgh  
2i NZz  
第2步 gr# |ZK.`  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 "{2niBx  
f9)0OHa  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 l?I
bq}[~  
9;L8%T (  
应用示例详细内容 4[Ww
m  
][YC.J  
系统参数 k[@/N+;")`  
::-*~CH)  
1. 该应用实例的内容 n?9FJOqi  
:-(qqC:  
FC]n?1?<(  
2. 设计&仿真任务 :sAUV79M  
[ A 7{}  
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。 9o3?  
Y.#fpG'  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 +wI<w|!  
*u< ZQq  
J=HN~B1  
4. 参数：SLM像素阵列 vskp1Wi(  
Yvu?M8aK!  
SzfMQ@~  
5. 参数：SLM像素阵列 d"Zyc(Jk  
?0qP6'nWx  
3UUN@Tx  
应用示例详细内容 O]Y
z7  
Ynp#3r  
仿真&结果 xLgZtLt9  
U\-R'Z>M  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ~@T`0W-Py  
 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)。 Hxleh><c-  
 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。 
?},RN  
7<Y aw,G  
2. VirtualLab的SLM模块 $R:Q R?   

2^f7GP  
=1<v1s|)q  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 D'BGoVP  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 M|{NC`fa  
a|4Q6Ycu  
3. SLM的光学功能 J"TF@7{p  
J93xxj  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 qVjMflVoay  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 o/oLL w  
 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。 C;.,+(G  
& x_ #zN]  
!0F+qzGG7  
p+dOw#  
0Q)YZ2  
 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。 _KkP{g,Y  
)ybF@emc  
OB*V4Yv  
S0}=uL#dt  
8pZOgh  
4. 对比：光栅的光学功能 v *`M3jb  
 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。 JV_VM{w{K  
 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。 P+QL||>L  
 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)。 7+qKA1t^  
 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。 8 VhU)fY  
 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。 9[sOh<W  
[1O{yPV3s  
<1 ;pyw y  
O~Bh(_R&  
6Rmdf>a  
5. 有间隔SLM的光学功能 ]'-y-kqY  
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。 W+5. lf=2>  
Iga#,k+%  
c] t@3m  
^)(tO$S  
),|z4~  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 $48Z>ij?f  
qI${7  
`*U$pg  
6. 减少计算工作量 1vtC4`  
]hoq!:>M1  
采样要求： NRgVNE  
 至少1个点的间隔(每边)。 *ZxurbX#  
 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。 jL'`M%8O  
j#Tl\S!m.I  
采样要求： -4P `:bF  
 同样，至少1个点的间隔。 }W&9}9p"  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 +.OdrvN4)  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 $L?KNXHAF!  
b6p'%;Y/  
 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。 m^=El7+  
 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。 =O-irGms*  
 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)。 j4+Px%sW  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 n?;rWq"  
F=e-jKogK  
QR_h#N2h  
u05Yy&(f  
;{q*  
7. 指定区域填充因子的仿真  ?r@^9  

=I
@I  
 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。 MU(I#Prpe  
 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。 j<k6z  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 xwi6
#>  
 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(!:HK0oeT  
[[zNAq)"  
G$%F`R[  
8. 总结 !?/:p.  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 'W yWO^Bdk  
.T3 m%n  
第1步 ??U/Qi180  
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。 Lj9RF<39g  

i7e6lC  
第2步 u3GBAjPsIk  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ;i'[c`  
扩展阅读 I.GoY[u_%  
扩展阅读 75lh07  
 开始视频 %dv?n#Uf
 
-    光路图介绍 2J8:_Ql3I