[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

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应用示例简述 VLOO8N[o  
I3aNFa}  
1. 系统细节 _GV:HOBi  
 光源 +9M^7/}H  
— 高斯光束 yQU{zY  
 组件 tI`Q/a5@  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 v&9y4\j  
 探测器 vx1c,8  
— 视觉感知的仿真 U_Vs.M.p  
— 电磁场分布 FEW14U'O  
 建模/设计 *QpMF/<?  
— 场追迹： ohRjvJ'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。 3-[q4R  
b+%f+zz*h  
2. 系统说明 G/k2Pe{SL  
eX?OYDDC0j  
@'w"R/,n-@  
3. 模拟 & 设计结果 'KP@W9j  
i5en*)O8  
4. 总结 S*==aftl(  
+O"!qAiK  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 .~)q};Z  
zvvhFN2s  
第1步 "~#3&3HVS  
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。 mi=Q{>rb  
:yL] ;J  
第2步 "fQ~uzg="  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 yg`j-9[8  
f~t:L,\,  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 $I!XSz"/e  
61Bwb]\f/|  
应用示例详细内容 bbtGXfI+SB  
3]OE}[R  
系统参数 k|v3.< -  
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cCrQE  
1. 该应用实例的内容 e h&IPU S  
*!4Z#Y  
4{}FL  
2. 设计&仿真任务 ko5@qNq  
q VjdOY:z  
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。 {i1|R"ta  
$CxKuB(  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 s6ZuM/Q  
T!-\@PB !  
Ot$-!Y;<  
4. 参数：SLM像素阵列 )bA;?i  
qsF<!'m7`  
*w$W2I>b7  
5. 参数：SLM像素阵列 #&cI3i  
E_gD:PPU5  
tN[L@t9#cr  
应用示例详细内容 BmBj7  
SIe="YG]<  
仿真&结果 ?42<J%p  
LO'**}vm  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM > pgX^  
 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)。 ImCe K  
 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。 HPpR.  
OHv[#xGuV?  
2. VirtualLab的SLM模块 .\K_@M  

-)s qc P  
MU>k,:[  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 Ulhk$CPA  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 W"724fwu&  
)js)2L~  
3. SLM的光学功能 X$%'  
X"MB|Ny  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 2Fy>.*,?  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 /{|EAd{  
 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。 ()`7L|(`;q  
xrlmKSPa  
soPLA68  
k-Q%.o  
& SiP\65N  
 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。 z MLK7+  
hp8%.V$f  
s~X+*@.  
a5 *2h{i  
`))\}C@k  
4. 对比：光栅的光学功能 #u2J;9P  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 NxSu3e~PS  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 Ny_lrfh)[  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 #G|qD  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 Pa(^}n|  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 5pU2|B
k /  
qe#P?[  
[qdRUV'  
)=\#UE+W  
K6y :mJYp\  
5. 有间隔SLM的光学功能 ktK_e  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 J%V-Q>L  
;`l'2 z@N  
,\X@~j  
Q s.pGi0W  
uqM yoIc  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 !l_lo`)  
FvN<<&B  
7Q7-vx  
6. 减少计算工作量 %Rz&lh/  
;=geHiQHA  
采样要求： 3ia^
\ jw  
 至少1个点的间隔(每边)。 |X,|QC*7?  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 on0]vEE  
N;Dni#tQ`  
采样要求： |l&vkRrN  
 同样，至少1个点的间隔。 A 6OGs/:&  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 {g2@6ct  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 g8Q5m=O*  
S;~g3DCd  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 rEHkw '  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 KBXK0zWh7  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 BYO"u6  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 CPVjmRUF|  
U7!.,kR-  
>ELlnE8  
w?zKjqza=v  
?."&MZ  
7. 指定区域填充因子的仿真 VR+<v  
: p{+G  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 !(n4|Wd  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 'fcMuBc+4  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 @%tRhG  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。  )LJnLo+  
masT>vM  
Y4cYZS47  
8. 总结 7_.11$E=H  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 4Ue_Y'LmM  
<+^6}8-  
第1步 PzV@umC1#f  
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。 &?uz`pv2  
UK$ms~H  
第2步 -29gL_dk.  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 kloR#?8A  
扩展阅读 `%E8-]{uS  
扩展阅读 \S*$UE]uG  
 开始视频 dWXstb:[  
-    光路图介绍 oT{@_U{*J