[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

I:#Ok+   
应用示例简述 |olNA*4  
+?;j&p  
1. 系统细节 9x=3W?K:,  
 光源 &Yp+k}XU  
— 高斯光束 2FGx _Y  
 组件 s~^*+kq  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 tBseqS3<  
 探测器 lop uf/U0  
— 视觉感知的仿真 Y0@yD#,0~  
— 电磁场分布 Q',m{;;  
 建模/设计 7JI:=yY!>:  
— 场追迹： Ep mJWbU  
 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。 >uTPjR[  
"u;YI=+  
2. 系统说明 iK!dr1:wSw  
'M8aW!~  
WSLy}@`Vx  
3. 模拟 & 设计结果 y"vX~LR  
:.$"kXm^  
4. 总结 3_W{T@T  
?Ko|dmX  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 V&i2L.{G)  
Uky9zGa  
第1步 =_ y\Y@J  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 7^MX l  
VD$Eb  
第2步 rB%y6P B  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 5Z{_m;I.  
QR"bYQ  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 +8AvTSgX%  
3]/.\(2  
应用示例详细内容 ; 0ko@ \Lq  
\iru7'S  
系统参数 6tn+m54_  
Ma6W@S
 
1. 该应用实例的内容 @2 =z}S3O  
Oz{%k#X-  
/p)F>WR  
2. 设计&仿真任务 *N F$1  
:l,OalO  
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。 ^ve14mbF#.  
hj!+HHYSk  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 .!RavEg+  
*Qkc[XHqy  
3b!,D  
4. 参数：SLM像素阵列 ?NG=8.p  
uWjU OJEe  
lb~E0U`\E`  
5. 参数：SLM像素阵列 l-.(Ez*  
%NajFjBI  
CzVmNy)kl  
应用示例详细内容 -M4p\6)Ge  
+E5=
$`  
仿真&结果 ?6P.b6m}0  
>xg5z  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM >7b)y  
 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)。 t-7og;^8k  
 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。 =o^|bih  
a#0;==#  
2. VirtualLab的SLM模块 ~R]35Cp-#  

M#,Q ^rH#  
oyx^a9  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 27D!'S  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 OH6^GPF6  
,gx)w^WTm  
3. SLM的光学功能 {0v*xL_O^  
9V 0}d2d  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 UBZ9A  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 j9R6ta3\l  
 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\D]ml~  
xT*d/Oaw  
1n=_y o  
UMMB0(0D  
'g)n1 {  
 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。 CN&  
"Fnq>iR-  
}-DE`c  
a|_p,_  
Y[ zZw~yx  
4. 对比：光栅的光学功能 {i [y9  
 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。 w?y6nTg<  
 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。 o[\HOe~;  
 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^)}PX= *  
 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。 Ykqyk')wm  
 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。 -db75=  
OMrc_)he\  
)3A{GZj#6  
;_?MX/w|&  
#{J,kcxS  
5. 有间隔SLM的光学功能 qu|i;WZE  
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。 C$yq\C+I  
<skajQQ  
c64v,Hj9  
O(Jj|Z  
'LE"#2Hu  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 PWr(*ZP>hI  
iw9Q18:I}  
b=;nm#cAI  
6. 减少计算工作量 ;#/@+4@a&  
vH[47CvG5  
采样要求： nY%5cJ`"  
 至少1个点的间隔(每边)。 UUe#{6Jx_  
 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。
s1N?/>lmB  
N)2f7j4C&  
采样要求： -~{c u47_  
 同样，至少1个点的间隔。 zYER  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 ?~e
3&ux  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 u{<"NR h  
3VO2,PCZ  
 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。 (!L5-8O  
 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。 Kv&g5&N,  
 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)。 `fNpY#QsN
 
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 13k !'P  
K5>p89mZ  
?%tMohL  
56lCwXCgA  
/1UOT\8U
 
7. 指定区域填充因子的仿真 hwYQGtjF  
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m2S3  
 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。 BaI $S>/Q  
 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。 ZUm?*.g\^  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 B!]2Se2G  
 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)。 p{A}pnjf  
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EY[  
nQX+pkJ  
8. 总结 5|0,X<
&  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 HAzBy\M{  
f5*k7fg  
第1步 f"G-  
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。 Rk<@?(l!6x  
} p FQRSOZ  
第2步 ^FmU_Q0  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 p@!nYPr.  
扩展阅读 Ks^6.)  
扩展阅读 ^ 2GHe<Y  
 开始视频 e~%  ;K4  
-    光路图介绍 w27KI]%(