[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

HDY2<Hzc  
应用示例简述 L H8iHB  
t.`&Q|a  
1. 系统细节 NM{/r
vM  
 光源 f6r~Ycf,f  
— 高斯光束 XDdF7i}  
 组件 /e
O:1c  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 !RD<"  
 探测器 p9`!.~[  
— 视觉感知的仿真 &xYO6_.  
— 电磁场分布 KW1b #g%Z  
 建模/设计 %A^V@0K3  
— 场追迹： O;dtz\  
 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。 [<,i}z  
;#Y'SK  
2. 系统说明 ODO'!T-  
n,_q6/!  
QK`5KB(k'  
3. 模拟 & 设计结果 Sr#\5UDS  
nign"r  
4. 总结 L HW\A8  
b?kY`LC  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ,ut-Di=6  
NtfzAz/  
第1步 (& UQ^  
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。 MOia]5
 
a7@':Rb n  
第2步 Oe~x,=X)  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 pRys 5/&v  
:2zga=)g  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 / :z<+SCh  
`]7==c #Y  
应用示例详细内容 pv[Gg^  
je`Ysben  
系统参数 W2Ik!wEe&  
8=  kwc  
1. 该应用实例的内容 ki6Lt  
.US=fWyrb  
b$;qtfJG  
2. 设计&仿真任务 kfV}ta'^S  
e=^^TX`I  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 DEw>f%&4  
{Z,_/@}N  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 YWFq&II|Z  
~jR4%VF  
[o"<DP6w  
4. 参数：SLM像素阵列 ('k9XcTPP  
!sG#3sUe[  
]?6Pt:N2  
5. 参数：SLM像素阵列 fg)VO6Wo&  
:;hz!6!  
F1)5"7f  
应用示例详细内容 ;l %$-/%  
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仿真&结果 }6_*i!68"U  
({OQ JBC  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM (QTF+~)  
 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)。 0,/I2!dF?  
 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。 7tbY>U8  
@PT([1C  
2. VirtualLab的SLM模块 OUk"aAo  

ZXIw^!8@/  
=(]Z%Q-V  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 @jxP3:s  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 * '_(.
Z:  
SK*z4p  
3. SLM的光学功能 bu9.HvT'  
3_ly"\I\  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 n_4 r'w  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 kV+%(Gl8  
 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。 UCt}\IJ  
>qz#&  
Y}]-o9Rl  
16
ZyLt  
6_s(Kx>j  
 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。 BsU}HuQZQ  
]|-sZ<?<i  
bksv2@ar  
yeI>b 1>Q  
\xlG3nz  
4. 对比：光栅的光学功能 o"6 2~  
 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。 1<tJ3>Xl  
 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。 g/FZ?Wo  
 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)。 /&c2O X|Z  
 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。 mqj-/DN6*  
 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。 " Lh&s<[  
;I&XG  
6O<UW.  
ny cn  
cNbUr  
5. 有间隔SLM的光学功能 r'`7}@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。 PY;tu#W!%  
P)kJ[Zv>f  
^v`naA(  
CLTkyS)C  
f S[-K?K  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 a'-u(Bw  
-V4%f{9T3  
o@BV&|  
6. 减少计算工作量 X$;&Mdo.  
kU+|QBA@  
采样要求： f1
]zsn:  
 至少1个点的间隔(每边)。 ^?$,sS ;Q  
 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。 tYXE$i  
X@"G1j >/  
采样要求： Q6W![571;  
 同样，至少1个点的间隔。 :\vs kk),  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 D#G%WT/"  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 %@Z;;5
L  
1X[^^p~^  
 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。 fd4C8>*7G  
 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。 M+0PEf.  
 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)。 ~ ;LzTL  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 \"1>NJn&k)  
<^\rv42'(2  
m`9nDiV  
<)p.GAZ  
D8<C7  
7. 指定区域填充因子的仿真 3*& Y'/!  
o//h|fU@  
 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。 >v%js!`f  
 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。 *X(:vET  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 D3yTN"  
 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)。 J Cq>;br.  
.G8>UXX  

8[KKi~A  
8. 总结 b?l>vUgAg  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 {g!7K  
c7jmzo  
第1步 {
u/1ph-  
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。 Lxwi"ndP  
?0_<u4  
第2步 7IkPi?&{  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 E?G'F3i  
扩展阅读 +bS\iw+  
扩展阅读 $uZmIu9Bi+  
 开始视频 MzD1sWmK  
-    光路图介绍 G;3%k.{