[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

-([ ipg(r  
应用示例简述 HXV4E\JA  
E$l4v>iA  
1. 系统细节 9#(Nd, m})  
 光源 JC6?*R  
— 高斯光束 1OI/!!t1$  
 组件 @cYb37)q=  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 "y~tAg  
 探测器 0C!f/EZ
K  
— 视觉感知的仿真 IE*eDj  
— 电磁场分布 M;2@<,rM  
 建模/设计 h pf,44Kg  
— 场追迹： +}3l$L'bY  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 FK;3atrz  
(4]M7b[S$  
2. 系统说明 k-it#'ll{x  
"06t"u<%  
@vyq?H$U;N  
3. 模拟 & 设计结果 Cp"a,%b6u  
\dAs<${(  
4. 总结 EKu%I~eM  
Y#e,NN  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ^]rPda#  
pW&K=,7|  
第1步 Ymvd3>_  
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。 #hMS?F|  
+/+>:  
第2步 p~Wy`g-  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 2WO5Af%  
lKdd3W"o  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 +H{TV#+r  
4og/y0n,l"  
应用示例详细内容 i}Q"'?  
jK^Q5iD  
系统参数 uH{oJSrK  
)k
MF~S|H  
1. 该应用实例的内容 ~a$h\F'6  
}G/!9Zq  
= Ed0vw  
2. 设计&仿真任务 Q{[l1
:  
A3mvd-k  
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。 ,A%p9  
aS! If>  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 q
-hREO  
WAt=T3  
r'(*#  
4. 参数：SLM像素阵列 XCyU)[wY  
b(_f{R7PY  
zm!M'|~@7  
5. 参数：SLM像素阵列  Q}9!aB,  
oRZ98?Y\B  
h6b(FTC^  
应用示例详细内容 j-cp  
0%<OwA2d  
仿真&结果 Xp+lpVcJ  
hmkm^2  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM N7u|< 0[  
 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)。 \,xa_zeO
 
 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。 XL[Dmu&  
?$K.*])e  
2. VirtualLab的SLM模块 W{%X1::q$  

'NMO>[.  
,!40\"A  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 1xEFMHjy  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 p#%
*z~ui  
OdbXna  
3. SLM的光学功能 |}?H$d  
%M3L<2  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 &,P; 7R  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 .07"I7  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 = GyABK  
G@KDRv  
8_VGB0~3i  
I7wR[&L885  
IH&0>a  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 aGd wuD  
~N%+ZXh&E  
q9
wObOS$  
;X^#$*=Q  
KL6B!B{;  
4. 对比：光栅的光学功能 NB4Q,iq$  
 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!(at4B  
 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。 le' Kp V  
 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)。 Er;qs*f  
 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。 ,k_"T.w  
 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。 -g."{|  
#UE}JR3g  
nE +H)%p  
ufe|I
  
Wco2i m  
5. 有间隔SLM的光学功能 oI!"F=?&6  
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。 :%z#s  
n5%\FFG0M  
Oi'y0
S~g  
}L(ZLt8Q  
)Q62I\  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 lu00@~rx/  
:tbgX;tCs5  
H~TuQ  
6. 减少计算工作量 }K={HW1>  
7H09\g&  
采样要求： c9G%;U)  
 至少1个点的间隔(每边)。 {_-T!yb  
 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。 z{|0W!nHJ  
B~E">}=!  
采样要求： W+GC3W   
 同样，至少1个点的间隔。 o">~ObR  
 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+v?zQw  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 Pro?xY$E)  
;<q2  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 78{9@\e"0  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 ii_kgqT^  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 ?QmtZG.$  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 "
{r8'qn  
%L^(eTi[  
Q 8Hl7__^  

_}Qtx/Cg  
}A+ncabm  
7. 指定区域填充因子的仿真 ?)J/uU2w  
}ymW};W  
 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。 U+*l!"O,  
 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。 -yB}(69  
 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"ATtid  
 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)。 v@|<.  
HA8A}d~  
6i-G{)=l  
8. 总结 CV\^gTPmx  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 AwXzI;F^  
McN[  
第1步 ; ?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。 5\# F5s}  
 :`N
ZD  
第2步 Nd]F 33|X  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 4/|x^Ky>G  
扩展阅读 ?5J# yn  
扩展阅读 5"@>>"3U  
 开始视频 ?tY+P`S  
-    光路图介绍 Et!J*{s