[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

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f6}p  
应用示例简述 hOV_Oqe4?  
w[|y0jtw  
1. 系统细节 *eMLbU7  
 光源 r@
;$V_I  
— 高斯光束 =$[W,+X6f  
 组件 ={OCa1  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 : qr}M  
 探测器 zcZ^s v>  
— 视觉感知的仿真 m/cx|b3hqv  
— 电磁场分布 `dP? 2-Z  
 建模/设计 QZz&1n  
— 场追迹： &,F elB0*  
 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。 cFe V?a  
f)qPFM]%z  
2. 系统说明 9B& }7kk  
"hz>{oe  
yM
W'-\  
3. 模拟 & 设计结果 ;A`IYRzt  
g+VRT,r  
4. 总结 ;Kt'Sit  
r';Hxa '  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 }`?7\\6  
7Z9.z4\  
第1步 9$8X>T^  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 E`U&Z  
V#+126  
第2步 3{I=.mUUm  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Z+OAs0}mV  
0oXK&Z  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 5R&x{jf$  
V,`!rJ  
应用示例详细内容 1*TXDo_T  
;B,nzx(L  
系统参数 r{bg
TG  
'3IkPy1Uz  
1. 该应用实例的内容 $b&BH'*'~  
&IIJKn|_  
pW`ntE#L  
2. 设计&仿真任务 cu)@P0I  
f6@^
Mg  
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。 IY-(- a8  
yIn/Y0No  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 mYzsTUq  
nD^{Q[E6=  
W*1d X"S  
4. 参数：SLM像素阵列 $K5ni{M;  
9[6G8;<D&  
#JHy[!4  
5. 参数：SLM像素阵列 IptB.bYc  
V.O<|tl.  
UUt~W  
应用示例详细内容 nL "g23  
]?v?Q
fh2  
仿真&结果 HQ ELK  
z36brv<_'p  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM EOMuqP)  
 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)。 oAIY=z  
 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。 $%N;d>[U,  
a/wUeW  
2. VirtualLab的SLM模块 TyxU6<>4J4  

O6*'gnke  
@S/g,;7"  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 @]?? +f}#  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 3:l:~Vn  
}3 fLV  
3. SLM的光学功能 \;A50U|r  
s8`}x_k=  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 0R2S@4%Y  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 DctX9U(  
 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。 [XA&&EcU  
wdN>KS2!  
48*Oh2BA  
)3D+gu  
{ziYd;Ys1  
 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。 YD0vfwh  
b<2
9wL1  
wsdB; 6%$  
=H.<"7  
  2  
4. 对比：光栅的光学功能 /r::68_KQP  
 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。 0XBBA0tq  
 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。 -$sl!%HO%  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 &V^  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 |ec(z  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 T2/v}  
S\yu%=h  
>uP{9kDm  
)zk?yY6  
*Dd(+NI  
5. 有间隔SLM的光学功能 [FeJ8P>z  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 #Of<1  
o}r!qL
0c  
n;S0fg  
 Xv? S  
gnKU\>2k  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 O|^6UH  
@@&@}IQcR1  
On2Vf*G@|  
6. 减少计算工作量 <.?^LT  
}R(0[0NQe-  
采样要求： ^G7n#  
 至少1个点的间隔(每边)。 ino7!T`  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 y<'2BTf  
6a2w-}Fs  
采样要求： ]/<Qn-BbU  
 同样，至少1个点的间隔。 ya*q;D  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 @'NaA SB  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 I2Or& _  
g[D,\  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 pO7{3%  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 Q%AS;(d  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 F_M~!]<na  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 JUaKj@a|  
nfd?@34"A2  
o<Rxt *B  
%;"B;~  
q9a wzj  
7. 指定区域填充因子的仿真 &s6(3k  
Is*0?9qU  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 HpjIp.  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 [<3Q$*Ew  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 6
wvhvMkS  
 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)。 -c<1H)W  
t6,M  
NNREt:+kr  
8. 总结 /S=;DxZ,r  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 NGb!7Mu9  
!tFU9Zt  
第1步 1+PNy d  
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。 u_/OTy  
E6wST@r  
第2步 aBA#\
eV  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 W)Kpnb7  
扩展阅读 \SHD  
扩展阅读 n9-q5X^e>  
 开始视频 w]+BBGYQKb  
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