[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

.3< sv  
应用示例简述 <B3$ODGJp  
g~Agy  
1. 系统细节 2g:V_%  
 光源 +JRPd.B"@  
— 高斯光束 ^%~ux0%^T  
 组件 `%A>{A"  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 sj\kp ni  
 探测器  VqK/GWg  
— 视觉感知的仿真 23~Kz
C  
— 电磁场分布 =P\Tk)(`  
 建模/设计 *Z C$DW!-  
— 场追迹： $mq@g  
 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。 ?wYvBFRn7"  
l!YjDm{E  
2. 系统说明 c6Z\ecH9  
:ZP`Y%dt'
 
^=V b'g3P~  
3. 模拟 & 设计结果 $@Fvl-lK  
z]O,Vqpl?  
4. 总结 Z/w "zCd  
|>L|7>J{<d  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 DQRr(r~2Kj  
hj|P*yKV  
第1步 Ec;{N  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 1feS/l$
  
-cW'g  
第2步 Vv3{jn6%  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 XDcA&cM}p  
 (:ObxJ*  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ?ta(`+"  
/WWD;keP5  
应用示例详细内容 Zbobi,  
.|Zt&5osI  
系统参数 .S=^)  
^
wm>\o;  
1. 该应用实例的内容 :M'V**A(  
~Dz
`O"X3  
x]%'^7#v)  
2. 设计&仿真任务 r^,XpRe&M  
j9G1 _  
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。 Rx>>0%e.  
slWO\AYiO  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 tjIT4  
b ?-VZA:  
mc
B8xE  
4. 参数：SLM像素阵列 //_aIp  
H6I]GcZ$  
~gAp`Q  
5. 参数：SLM像素阵列 c Oi:bC@  
)lsR8Hi8  
<B%s9Zy  
应用示例详细内容 eub2[,  
!uwZ%Uxz  
仿真&结果 Fw!TTH6l0  
9X-w5$<  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM >
|S&@<  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 cB ,l=/?  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 [)E.T,fjMQ  
wmQT$`$b  
2. VirtualLab的SLM模块 B<p -.tv  

|)pRkn8x  
y$7vJl.uS/  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 yaD_c;  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 l#;DO9  
r%^l~PN  
3. SLM的光学功能 5RysN=czA  
][IEzeI_LN  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 f1_b``M  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 (ndTEnpp  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 Jiv%Opo/|  
[m9Iz!E  
<HC5YA)4  
|\W9$V  
x]=s/+Y  
 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。 F^/1 u  
%gb4(~E+N  
BS_ 3|  
+nj 2  
$k|:V&6SV  
4. 对比：光栅的光学功能 [10y13  
 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。 c :{#
H9  
 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。 UbnX%2TW  
 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)。 Mt93YD-2+  
 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。 >-0\wP  
 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。 $xK2M  
aGR!T{`  
= 
@EN]u  
y|7sh  
Hv~&RZpe  
5. 有间隔SLM的光学功能 ]#fmih^  
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。 &P@dx=6d  
(1pR=  
oieJ7\h]m  
z3bRV{{YqN  
2.>WR
~\  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ~mR@L`"l  
l[AQyR1+/  
Mkj`  
6. 减少计算工作量 .EF(<JC?  
=G9 9U/  
采样要求： /qd5{%:  
 至少1个点的间隔(每边)。 bl8EzO  
 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。 ^]cl:m=*  
,DZoE~  
采样要求： e` QniTkT  
 同样，至少1个点的间隔。 
4Ucs9w3[  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 |}-bMQ|  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 Nf!g1D"U  
FoNkISzW  
 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。 )43\qIu\  
 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/m} {&K  
 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)。 ,'nd~{pX"(  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。  l:i&l?>_  
QH d^?H*  
!<8-juY  
<?>1eU%  
$5]}]  
7. 指定区域填充因子的仿真 [B,w\PLub  
[XKudw%  
 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。 Xv&&U@7  
 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。 ^vHh*Ub  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 T)Zef  
 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)。 yd|roG/  
$0mR_pA\fW  
$1E'0M`  
8. 总结 @,:6wKMc  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 @7? O#WmL  
zJ $&`=  
第1步 4x)etH^o  
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。 vH?rln  
}mYxI^n  
第2步 F<+!28&h  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ]J(BaX4  
扩展阅读 E^`-:L(_  
扩展阅读 4F`&W*x  
 开始视频 V"Sa9P{y"  
-    光路图介绍  81}JX