[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

9oGcbD4*  
应用示例简述 T!y 9v5  
F_R\  
1. 系统细节 ,C><n kx  
 光源 lGR0-Gh2  
— 高斯光束 UxHI6,b  
 组件 yc3/5]E&  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 -`\^_nVC  
 探测器 5rck]L'  
— 视觉感知的仿真 j_}:=3  
— 电磁场分布 N1c0>{  
 建模/设计 #CI0G  
— 场追迹： z{w %pUn}  
 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。 jR[c3EA ;  
_,(s  
2. 系统说明 XK/l1E3N  
w8Z#]kRv
 
XPMUhozV
 
3. 模拟 & 设计结果 pA_u;*  
#\Y`?
 
4. 总结 JHm Pa  
uk$MQv*D  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 <^5$))r  
BRY/[QRqZ  
第1步 ><"|>(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。 yeta)@nH  
}1k?th  
第2步 =,N"% }
 
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 hO.b?>3NL  
\rUKP""m  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 U7n#TPet  
q\i&ERr  
应用示例详细内容 7"aN7Q+EbI  
g7hI9(8+  
系统参数 VUUnB<j  
c\rP -"C  
1. 该应用实例的内容 ?K2E
K'-q  
,ps?
@lD  
&53,8r  
2. 设计&仿真任务 PZJn/A1  
b~tu;:  
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。 j96}E/gF  
C|Gk}  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 r7_%t_O|IL  
1U/9=b  
/P9fcNP{y  
4. 参数：SLM像素阵列 PbvA~gm  
[c1Gq)ht  
#P}n+w_@  
5. 参数：SLM像素阵列 e&i`/m5  
JK!`uG+v  
Oj%5FUP~[%  
应用示例详细内容 7z3t
DE[#  
P(@Q[XQ2  
仿真&结果  9Ca0Tu  
?nL
,
Otz  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM {#?|&n<  
 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)。 aizws[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。 _>`9]6\&  
;/4x.t#b  
2. VirtualLab的SLM模块 (c}!gjm  

1CZO+MB&"$  
N\tFK*U^I  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ,jz~Np_2  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 .7Yox1,  
1I'Q{X&B  
3. SLM的光学功能 ;! ?l8R  
Y$,~"$su|  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 5-fASN.Lx  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 vdUKIP =|_  
 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。 K5`*Y@  
H-e$~vEbP  
ZVdQ$  
,37<FXX,  
kFkI[WKyZ  
 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。 G,<d;:  
_(:$ :*@  
l SKq  
E+<GsN]  
|"Zf0G  
4. 对比：光栅的光学功能 0'A"]6  
 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。 q4!\^HwQ  
 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。 V,& O
O  
 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)。 ?771e:>S-  
 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。 ^uw]/H3?L  
 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。 j$6Q]5KdoS  
:F[s  
t&x\@p9  
rzie_)a Y%  
@C=gMn.E  
5. 有间隔SLM的光学功能 *6u2c%^  
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。 6)i>qz).
 
3 .j/D^  
 6; )5v  
M?P\YAn$  
;C1#[U1Uy  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 #Q=c.AL{  
a0A=R5_  
!^NZ
p%Yd  
6. 减少计算工作量 wXnVQ-6H  
dSTyx#o  
采样要求： 6q`)%"
4k  
 至少1个点的间隔(每边)。 qW4\t  
 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。 sieC7raO  
>e-0A  
采样要求： 16@
<G  
 同样，至少1个点的间隔。 hRB
?NM  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 O+<+yQl  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 z"QtP[_m  
L|s\IM1g  
 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。 |-*50j l  
 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。 Gi@c`lRd1  
 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)。 %B1TN#KoT  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 }{,Wha5\n  
!RwhVaSh  
6'uCwAQU  
e_!Z-#\J%  
\=|=(kt)  
7. 指定区域填充因子的仿真 NZ8X@|N  
T?Z^2.Pvc  
 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。 d2U?rw_  
 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。  Q3bU"f  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 '+iLW~   
 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)。 |)&d9|
]  
N|"kuRN#  
.ej+?QYwC  
8. 总结 i+T5(P$  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 _):@C:6  
pz/W#VN  
第1步 %FqQ+0^  
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。 8 ?y|  
Ii/{xVMD  
第2步 e$Yvy>I'tS  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ;:R2 P@6f  
扩展阅读 .rwW5"RPq  
扩展阅读 MwQt/Qv=  
 开始视频 EASmB  
-    光路图介绍 xA2I+r*o