[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

!o*oT}6n  
应用示例简述 F>^k<E?,C  
ShCAkaj_  
1. 系统细节 c (\-7*En  
 光源 <6(u%t0k5  
— 高斯光束 &2QN^)q  
 组件 +pf 7  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 {tWfLfzU  
 探测器 ?\c*DNM'  
— 视觉感知的仿真 $#KSvo{otI  
— 电磁场分布 h!d#=.R  
 建模/设计 pMX7Rl  
— 场追迹： uX.Aq@j  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 g@nE7H1V  
W9eR3q  
2. 系统说明 &mY<e4  
X_%78$N-a`  
<Xl G:nmY  
3. 模拟 & 设计结果 s[xdID^3.  
^]aDLjD  
4. 总结 Ma{|+\Q.Z  
pd

tK3Pf  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 WBC'~h<@  
&3u* zV$  
第1步 j4G,Z4  
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。 -sc@S
oS  
:=~([oSNW"  
第2步 ?+5K2Zk  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 QV?\?9(  
:j9;P7&"?  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 snj+-'4T  
rRsLl/d  
应用示例详细内容 2OK%eVba  
"]JS,g {m  
系统参数 /D~z}\k  
%PkJ7-/b|^  
1. 该应用实例的内容 M?F({#]  
1h)I&T"kZ  
`D?vmSQ  
2. 设计&仿真任务 lIOLR-:4j  
B}*xrPj  
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。 4;&(  
bNc=}^  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 a&y%|Gs^f  
!FO||z(vb  
F;MFw2G  
4. 参数：SLM像素阵列 >nTGvLOq  
u1>|
2D  
nq_sbli  
5. 参数：SLM像素阵列 {)k}dr  
81aY*\  
wcV~z:&^5  
应用示例详细内容 1[B?nk  
]2Lwd@  
仿真&结果 .;$/nz6vk  
]LP&v3  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM /4=O^;  
 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)。 Zkxt>%20~  
 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。 0!!pNK%(  
2;6p2GNSh  
2. VirtualLab的SLM模块 v?Y9z!M  

.!=g  
5$zC,g*#  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 B23R9.FK  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 nc l-VN  
i<&2Ffvq  
3. SLM的光学功能 yNI}=Z  
!&19%C4  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 YFsEuaV  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 %]  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 4$vya+mAk5  
#PtV=Ee1  
.eJ4F-V  
sFB; /*C  
L6U[H#3(  
 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。 WvN5IHo 8i  
*S{%+1F  
;XGG&M%3  
)2FS9h.t  
9h~>7VeZ)  
4. 对比：光栅的光学功能 PsLuyGR.<  
 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。 )/f,.Z$  
 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。 v>0xHQD*<M  
 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)。 JNk ]$ xz  
 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。 TQbhK^]  
 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。 HiVF<tN  
~M43#E[oOF  
qb "H&)aHw  
0y|}}92:  
*gZ4Ub|O  
5. 有间隔SLM的光学功能 f'R^MX2  
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。 }U+gJkY2  
,/JrQWgD  
`EV[uj&1S  
o-7>^wV%BD  
P1H`NOC  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 $NJi]g|<3  
%VSST?aUvX  
J&Le*R'  
6. 减少计算工作量 7c<2oTN'  
}GQ8|fg`U  
采样要求： i>0I '~V  
 至少1个点的间隔(每边)。 _Z5l Nu  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 j}S  
sDWX} NV  
采样要求：  3]<$;[Q  
 同样，至少1个点的间隔。 B2&fvv?  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 jw#'f%*  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 U*v//@WbH  
WynHcxC  
 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。 %E~4Ur  
 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。 K'n^, t  
 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)。 0qZ{:}`3  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 luLm:NWUM  
#Rjm3#gc  
fd*=`+P  
ZK3?"|vhC  
A$fd6+{  
7. 指定区域填充因子的仿真 NfS0yQPx  
f{
WJM>$:  
 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。 &RpQ2*4n  
 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。 mMu3B2nke=  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 Og"50-  
 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)。 ~SP.&>Q>  
>x&$lT{OY  
*sB=Ys?  
8. 总结 tkV:kh< L~  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 \f0I:%-  
8~\Fpz|Og  
第1步 8r)eiERv  
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。 C6CX{IA]  
GAtK1%nPD  
第2步 u\&oiwSIP  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 $*8c0.{U  
扩展阅读 lb`P9mbr+  
扩展阅读 sVaWg?=qs'  
 开始视频 (!DH'2I[  
-    光路图介绍 a%Cq?HZ7