[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

V%dMaX>^i  
应用示例简述  /8Bh  
6.~Hb
N  
1. 系统细节 -WE pBt7*  
 光源 E0\ '  
— 高斯光束 ss T o?WL|  
 组件 [ hm/B`t*e  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 x^8xz5:O  
 探测器 y1cAw   
— 视觉感知的仿真 wWY6DQQB  
— 电磁场分布 e%`gD*8  
 建模/设计 &at>pV3_  
— 场追迹： x%k4Lm  
 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。 qnyFRPC  
M7Cq)c
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2. 系统说明 
v+znKpE  
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%FT F  
3. 模拟 & 设计结果 K7M7T5<  
?qAX *j  
4. 总结 ,(N&%  
3T# zxu  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 gmLGK1  
L:%ek3SOz  
第1步 "@Ra>qb  
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。 DC]FY|ff  
7`6n]4e  
第2步 0gm+R3;k^  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Yt++?  
$V]D7kDph*  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 9Wb9g/L  
@NlnZfMu  
应用示例详细内容 [Rs5hO  
yb*SD!  
系统参数 /(BQzCP9O;  
g (ZeGNV8  
1. 该应用实例的内容 qXt2m  
?q7VB  
c;Hf+n  
2. 设计&仿真任务 +NxEx/{  
64#~p)  
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。 6?+bi\6  
[ k^6#TQcn  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ^.mQ~F  
lD6hL8[  
R5X<8(4p  
4. 参数：SLM像素阵列  L/%3_,  
'dQ2"x?4  
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j %!N  
5. 参数：SLM像素阵列 nFzhj%Pt;  
HO41)m+&  
~ I]kY%  
应用示例详细内容 g4=}].  
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A^';  
仿真&结果 uWG'AmK_#E  
tU!"CX  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM xh#ef=Bw  
 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)。 q_g'4VZv  
 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。 pHsp]a  
Fr,>|  
2. VirtualLab的SLM模块 FnP/NoZa>  

b}9K"GT  
rMTtPuc2  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 TA`*]*O(  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 4^w>An6  
W+H27qsv  
3. SLM的光学功能 8/-GrdyE  
]QtdT8~  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ?T$i  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 > 9JzYI^  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 Zu$f-_"  
lc>nUhj.  
X3!btxa%t  
?)",}XL6  
.J%}ROm  
 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。 ~~;fWM '  
}Da8S|)H  
_&XT =SW}  
>J3N,f  
aPcO9  
4. 对比：光栅的光学功能 wI #_r_  
 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。 9C-F%te7  
 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。 @xtcjB9  
 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)。 Vhz?9i6|g^  
 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。 5;>M&qmN  
 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。 l#~Sh3@L(  
hAfRHd  
X~P0Q  
|I^\|5  
dB<BEe\$g.  
5. 有间隔SLM的光学功能 n4>
 
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。 fyYv}z  
}-V .upl  
mmwwz  
=(Mv@eA"  
b\UQ6V  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 @2CYv>  
\ CV(c]  
.#5<ZAh/?  
6. 减少计算工作量 qk~QcVg  
]B3 0d  
采样要求： K\IS"b3X  
 至少1个点的间隔(每边)。 #
bsRL8@  
 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。 -*e$>w[.N  
H<}<f:  
采样要求： &KbtW_  
 同样，至少1个点的间隔。 9{70l539  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 A. U<  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 "LaNXZ9  
~<Gs<c}z  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 gLl?e8[F  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 g}ciG!0  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 q&jZmr  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 D<L]'  
K&BlWXT  
O5Yk=-_m  
/:ma}qGy  
"!p#8jR^  
7. 指定区域填充因子的仿真 ?Sn$AS I  
duXv [1  
 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。 6\4oHRJC  
 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。 kzJNdYtdH  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 M`BD]{tN}  
 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)。 0m7J'gm{  
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Z\  
BxG0vJN|  
8. 总结 ;NLL?6~  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 UQ'D-eK  
~K:#a$!%,  
第1步 #Sb1oLC  
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。 Haj`mc!<D0  
MA(\r  
第2步 wMt?yc:X  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 fAUtqkB  
扩展阅读 zclt2?  
扩展阅读 `9a%}PVQ-  
 开始视频 Bq79Ev .-  
-    光路图介绍 \{{B57/Isq