[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

_B|g)Rdv  
应用示例简述 @,sg^KB  
]?Ru~N}  
1. 系统细节 ,[^P
 
 光源 TaB35glLY  
— 高斯光束 BZx#@356N  
 组件 I)O-i_}L&K  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 *4[3?~_B#6  
 探测器 <OW` )0UX  
— 视觉感知的仿真 Md[nlz  
— 电磁场分布 d8 ve$X  
 建模/设计 TZ
ZqV8  
— 场追迹： Ybx4 Up@  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 _&JlE$ua7  
^QV;[ha,o  
2. 系统说明 ^yu^Du  
7IZ(3B<87t  
mnXaf)"  
3. 模拟 & 设计结果 <H E'5b  
2&!G@5  
4. 总结 D9c8#k9Y.  
WohK,<Or  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 )WEyB~'o  
JCaT^KLz  
第1步 S3j/(BG  
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。 9^s sT>&/  
v?h#Ym3e<  
第2步 fwxyZBr  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 %r~TMU2"  
*Xl&N- 04  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 z6FG^  
o*I-~k  
应用示例详细内容 R`>E_SY  
]b<k%  
系统参数 s bW`  
iQin|$F_O  
1. 该应用实例的内容 +5)
;"71  
59T:{d;~  
0VsrAV0  
2. 设计&仿真任务  D
[]vJ  

|n67!1  
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。 4"wuqr|o  
b9w9M&?fT  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 XF{}St~(  
|'=R`@w~0  
-@L*i|A  
4. 参数：SLM像素阵列 U4zyhj  
R[Kyq|UyVr  
b\VY)=U  
5. 参数：SLM像素阵列 uj;-HN)6  
~c3!,C  
"o}3
i!2Qr  
应用示例详细内容 ,n~H]66n  
7ktf =Y  
仿真&结果 `Nu3s<O7CF  
zj`!ZY?fv  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 0ltq~K  
 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)。 ~XQN4Tv-  
 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。 T3)/?f?|  
Y R#_<o  
2. VirtualLab的SLM模块 0P\)L`cG  

)MW.Y  
:)?w2'O  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 0j4bu}@  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 >,A:zbs&  
[ZOo%"M_Y  
3. SLM的光学功能 FrB}2  
>K;p+( <6  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 RP z0WP  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 O\B_=KWDO  
 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。 *V3}L Z  
N~g'Z `  
_~=X/I R  
+'hcFZn(T  
lJu2}XRiU  
 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。 &D>e>]E|P  
|AuN5|obI  
"M6:)h9jV  
Yep(,J~'  
Zz,E4+'Rm  
4. 对比：光栅的光学功能 q%"]}@a0  
 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。 >j_,3{eJ  
 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。 *ukugg.  
 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}n>Nb;L"  
 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。 +KrV!Taf  
 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。 d1D{wZ3g  
kdITh9nx<r  
D%Hz'G0|  
2zh?]if  
QrHI}r  
5. 有间隔SLM的光学功能 S3`zB?7,  
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?8LYg!-  
{Z3B#,V(g  
7?qRY9Qu  
iO,0Sb <y  
=sPY+~<o  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 h~urZXD<  
uqnoE;57^  

}aR
V)F  
6. 减少计算工作量 mH}/QfUlq  
8sx\b  
采样要求： 88$G14aXEk  
 至少1个点的间隔(每边)。 #&\^{Z  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 `QC{}Oo^  
5qGRz"\p~  
采样要求： ^g$k4  
 同样，至少1个点的间隔。 8tK8|t5+  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 PBTGN;y  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ~2beVQ(U  
l&dHH_m3  
 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。 Jb#*QJ=  
 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。 MP-A^QT  
 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)。 !O-q13\Y  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 A5Qzj]{ba  
&G@(f=  
KIps{_J[<  
MRZWfc  
xV:.)Dq9  
7. 指定区域填充因子的仿真 4^1{UlCop  
jX$TiG  
 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。 S&Q1Ky^  
 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。 p^Kp= z  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 n6ETWjP  
 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)。 HIcx"y  
?<YtlqL  
(9CB&LZ(+E  
8. 总结 c BQ|mA  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 S)p{4`p%  
R4"["T+L`  
第1步 4d)w2t?H%  
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。 Ro*$7j0!Hf  
yb2*K+Kv  
第2步 xAMj16ZF  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 s<cg&`u,<M  
扩展阅读 N'+d1  
扩展阅读 Hv>A$x$q  
 开始视频 hV;Tm7I2  
-    光路图介绍 ps[TiW{q;