[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

sx7zRw >X  
应用示例简述 eF7I5k4  
fH9"sBiO  
1. 系统细节 ]57Ef'N  
 光源 ~AaEa,LQ  
— 高斯光束 T?A3f]U  
 组件 l+y;>21sTu  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 [+A]E,pv]1  
 探测器 E%8uQ2p(  
— 视觉感知的仿真 ydY(*]  
— 电磁场分布 lZIJ[.  
 建模/设计 F"M/gy  
— 场追迹： :,qvqh][  
 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。
vA6onYjA  
-Mrt%1g  
2. 系统说明 R64f0NK.  
o>+mw|{  
g<^A(zM  
3. 模拟 & 设计结果 /4 Kd
  
*a8<cf  
4. 总结 mb3aUFxA;  
RSB+Saf.8  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 4|Y1W}!0/  
=)jo}MB  
第1步 iC!6g|]X  
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。 m&q0 _nay  
\AoqOC2u  
第2步 _ 3>E+9TQ  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。  o4yl3o  
EAWBgOO8iC  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 sEfT#$ a^8  
!or_CJ8%  
应用示例详细内容 %c]N-  
~W4SFp  
系统参数 6v%ePFul  
ndN*X'  
1. 该应用实例的内容 Jwj=a1I 53  
mv,a>Cvs[  
(igB'S5wf  
2. 设计&仿真任务 2g_mQT  
X$Q.A^9  
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。 hHDLrr
  
Rq?t=7fX)  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 Tz9 (</y  
-nUK%a"(D  
LH_U#P`E  
4. 参数：SLM像素阵列 (OwGp3g  
XMP4YWuVc  
69:-c@L0  
5. 参数：SLM像素阵列 Xj30bt  
<|G!Qn?2-  
sy4Nm0m  
应用示例详细内容 Tw*p^rU  
G[_Z|Xi1  
仿真&结果 8 ?y|  
&~B8~U4%  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ~d\V>  
 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)。 `]4(Z"R  
 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。 9FNsW$b?  
g6.I~oQj  
2. VirtualLab的SLM模块 &AeNrtGu  

8gt*`]I  
:mLXB75gH  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 6r@>n_6LY  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 NN+;I^NqW&  
%`lJAW[  
3. SLM的光学功能 $II~tO
  
nsV=  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 eFA,xzp  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 Fe: ~M?]  
 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。 <*u^8lCA  
gk5Gf l  
\K%M.>]vq  
!SnLvW89Z  
`pDTjJ  
 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。 ln,9v  
${wp}<u_  
suLC7x`Z  
i tk/1  
L=HnVgBs  
4. 对比：光栅的光学功能 tgl 4pAc  
 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。 x7i<dg&  
 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。 <|82)hO  
 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)。 _T8S4s8q  
 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。 -rgdKA@)(  
 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。 O%F*i2I:+k  
~MYE8xrId  
aiE\r/k8s  
[)0^*A2  
nf&5oE^  
5. 有间隔SLM的光学功能 7ju38@+  
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。 oj'YDQ^uj  
VUHf-bKl  
cyabqx  
A+4Kj~`!  
Nvh&=%{g  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 vW?/:  
5e7\tBab  
oZl%0Uy?9I  
6. 减少计算工作量 V3a6QcG  
!g=b=YK  
采样要求： mV4gw'.;7  
 至少1个点的间隔(每边)。 &0%B
3  
 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。 EQ
:>]O  
OP-{76vE&b  
采样要求： >NV1#\5_R@  
 同样，至少1个点的间隔。 Rxlv:  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 aX|(%1r  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 # kNp);  
U&a(WQV9&  
 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。 nvNF~)mu  
 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。 HPt\ BK  
 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)。 Zt=P 
0  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 <$25kb R5K  
hH%fWB2(  
fy|I3  
R?- zJ ;  
]\L+]+u~  
7. 指定区域填充因子的仿真 b^ [ z'  
72*j6#zS  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 {{gt>"
D,  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 pFwJ:  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 BS?$eai@:9  
 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)。 49}WJC7 )  
VhAJ1[k4!  
IXm[c@5l  
8. 总结 oj)(.X<8N  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 7^LCP*  
I'p+9H$  
第1步 (pd~ 2!;C  
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。 19!;0fe=  
|k%1mE(+=s  
第2步 b0@K ~O;g  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 7-~)/7L  
扩展阅读 gMkS
l8[  
扩展阅读 Hr!$mf)h  
 开始视频
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-    光路图介绍 "Ehh9 m1&