[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

|=Pw-uk  
应用示例简述 )}\J   
9\R+g5  
1. 系统细节 s9?H#^Y5u  
 光源 A@G%*\UZ  
— 高斯光束 <(o) * Zmo  
 组件 0
!F!Y_  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 9C1\?)"D^e  
 探测器 s !HOrhV  
— 视觉感知的仿真 H[iR8<rhQ  
— 电磁场分布 )!D,;,aQ  
 建模/设计 ^pvnUODW[  
— 场追迹： ?7aeY5p  
 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。 ;U<rFs40  
}$'T=ay&  
2. 系统说明 ca$K
)=cDW  
EYKV}`  
?xCWg.#l4V  
3. 模拟 & 设计结果 R-Z)0S'ZR  
NB)22 %  
4. 总结 ]AB4w+6!  
P?YcZAJT*  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 oei2$uu  
,A!0:+  
第1步 "?{=|%mf  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 _2S( *  
hW-?j&yJ?  
第2步 w:[\G%yQ  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 p#AQXIF0  
!&vPG>V  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 V5HK6-T  
A#Jx6T`a  
应用示例详细内容 rTtxmw0  
ABnJ{$=n#  
系统参数 r1[Jo|4vo  
.0
'FW!;FV  
1. 该应用实例的内容 @L5s.]vg=  
'C<4{agS  
`-82u :"  
2. 设计&仿真任务 Z(a,$__  
18gApRa  
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。 3etW4  
B)u*c]<qU  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 Xg1QF^  
!$8 e6  
v,A8Mk2s#  
4. 参数：SLM像素阵列 E4N{;'  
'P3jUc)  
y` 6!Vj l  
5. 参数：SLM像素阵列 F>s5<pKAX  
QlK]2r9  
v<tr1cUT  
应用示例详细内容 J'Y;j^  
O p,_d^  
仿真&结果 <e@+w6Kp'7  
(od9adSehV  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM aLt2fB1)  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 XMw*4j2E  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 {E$smX  
fy|$A@f  
2. VirtualLab的SLM模块 gano>W0  

swLrp 74  
yw+LT,AQ.  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 TnQ"c)ta  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 T43Jgk,  
Av_Jc
H  
3. SLM的光学功能 `(o:;<&3  
;30SnR/  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 'nSo0cyQ  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 h0)Dj(C  
 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。 i-gN<8\
v  
mL]a_S{H  
JBt2R=  
~Y/o9x0  
g}n-H4LI  
 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。 .6[7D  
)uu1AbT+e  
:.aMhyh#*  
LeaJ).Maw  
SZ
(]su:  
4. 对比：光栅的光学功能 (rm*KD"]  
 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。 Yh2[ nF_  
 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。 T1#r>3c\  
 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)。
]-"G:r  
 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(ej]9RObU  
 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。 5L\&"['  
K$/&C:,Q  
a|eHo%Qt  
x7ZaI{ 
 
<sli!r
v  
5. 有间隔SLM的光学功能 R,dbq4xkl  
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。 7]H
<ou  
?!HU$>  
a]nK!;>$  
g0ks[ }f-  
mLm?yb:  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 )9i$ 1"a(  
<\EJ:  
:T )R;E@  
6. 减少计算工作量 W`v$-o-  
03H0(ku=  
采样要求： e2qSU[  
 至少1个点的间隔(每边)。 +h08uo5c  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 HT ."J  
L@s_)?x0  
采样要求： S`8Iu[Ma  
 同样，至少1个点的间隔。 "fu:hHq  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 0p]v#z}  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 z3I |jy1  
%X|u({(zb  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 _Wqy,L;J  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 v=d16  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 )M><09  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 8PR\a!"  
D$N;Qb  
=;"=o5g_  
V]NCFG  
Z C<+BKS  
7. 指定区域填充因子的仿真
$C{,`{=  
< 1[K1'7h  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 g%<n9AUl  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 |'-%d^Z  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 CEW1T_1U<\  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 eG7Yyz+t$  
_\na9T~g  
H*e+ 2  
8. 总结 aW-6$=W  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 &~=r .T  
1mD)G55Ep  
第1步 4C
v*zn  
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。 LcZ|A;it  
7=%Oev&0g-  
第2步 k/(]1QnW  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ,u>[cRqw  
扩展阅读 HuJc*op-6  
扩展阅读 $<yhEvv  
 开始视频 P0pBR_:o  
-    光路图介绍 WdH/^QvTP