[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

8fPTxvXqL  
应用示例简述 xT!<x({  
#G=AD/z  
1. 系统细节 8O[l[5u&  
 光源 A,3qjd,$ c  
— 高斯光束 PM'2zP[*W  
 组件 `oM'H+  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ?F*I2rt#  
 探测器 {xh5s<uOj  
— 视觉感知的仿真 |f(*R_R  
— 电磁场分布 ,RP9v*  
 建模/设计 iU(B#ohW"  
— 场追迹： j-ob7(v)*]  
 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。 .bj:tmz  
nC)"% Sa  
2. 系统说明 s-~`Ao' <  
(^E5y,H<g  
VCvf'$4
(X  
3. 模拟 & 设计结果 c:<a"$  
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|t  
4. 总结 }{Ra5-PY  
aX Ie  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 [6Sk>j  
hFxT@I~  
第1步 pWP1$;8   
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 [8%q@6[  
;<"V}, C  
第2步 -<M+$hK\  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 7xYz9r)w`  
NQqNBI?cr  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Mc$rsqDz  
I&<'A[vHl  
应用示例详细内容 a2/Mf   
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系统参数 Gl[1K/,*  
qVH.I6)  
1. 该应用实例的内容 [(&aVHUj  
l}&2A*c.  
4t3>`x 7  
2. 设计&仿真任务 $1Zr.ERL|(  
IreY8.FND  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 <RtyW  
YHMJ5IM@.  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 2 )3oX  
kE|x'(x  
p1("  
4. 参数：SLM像素阵列 yO,Jgn  
0Ng?U+6  
|f!J-H)  
5. 参数：SLM像素阵列 o$V0(
1N  
w0vsdM;G  
]E'?#z.t  
应用示例详细内容 TQ0ZBhd  
4^ U%` 1  
仿真&结果 PN:`SWP  
b#R$P]dr=  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM {TdxsE>  
 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)。 gGx(mX._L?  
 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。 lNl.lI\t)y  
.yFO] r1aL  
2. VirtualLab的SLM模块 DiTpjk]c`  

EuImj#Zl  
XXA]ukj;r  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 o>bi~(H  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 96J]g*o(uU  
65*Hf3~~  
3. SLM的光学功能 ?~E"!  
K_-m:P  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 0CK
  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 # ,eC&X45  
 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。 {2q0Ko<  
aw~h03R_Z  
^S?f"''y3  
x
%HxM~&  
kqxq'Aq)d  
 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。 iA[o;D#  
67Qu<9}<-  
8#- Nx]VM  
c3o3i  
jb{9W7;RL  
4. 对比：光栅的光学功能 _
qwf3Q@  
 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。 +v:]#1  
 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。 >VQLC&u(  
 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)。 |@yYM-;6  
 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。  N&kUTSd  
 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。 9F?-zn;2s  
[{Q$$aV1  
Un,'a8>V`  
5??}9  
S]~5iO_bst  
5. 有间隔SLM的光学功能 q9{)nU  
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。 /!A"[Tyt  
!.q9:|oc  
j(]O$""
 
4z26a  
/c 7z[|  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ;134$7!Y  
%7w8M{I R3  
@:#J^CsM+'  
6. 减少计算工作量 aNNRw(0/  
M0\gp@Fe  
采样要求： Kg2Du'WQ^  
 至少1个点的间隔(每边)。 QjG/H0*mP  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 F4WX$;1  
JtxVF!v  
采样要求： R8eBIJ/@_  
 同样，至少1个点的间隔。 -C}"1|P!  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 rqdN%=C  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 y 5=rr3%v  
S
E@TY32T  
 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。 W6i9mER-  
 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。 g1"ZpD  
 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)。 d|7LCW+HW  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 :yJ([  
XM*5I4V  
g\@.qKF  
Bp5ra9*5+~  
%6 GM[1__  
7. 指定区域填充因子的仿真 3oH/34jj  
W} H~ka  
 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。 N[Ei%I  
 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。 n*na6rV\k  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 a%si:_  
 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)。 -l[$+Kw1S  
ujmIS~"  
zNoFM/1Vb  
8. 总结 xP&7i'ag  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 j4=iHnE;  
Ddg!1SF  
第1步 " M?dU^U^  
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。 aGi`(|shW  
JJ}DYv  
第2步 H)gc"aRe;Y  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Z
AN~TG<n  
扩展阅读 F`x_W;\  
扩展阅读 n5.sx|bI?  
 开始视频 {cIk-nG-_  
-    光路图介绍 LPu*Lkx