[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

|6M:JI8  
应用示例简述 ot"3 3I  
X0h`g)Bbf  
1. 系统细节 : J3_g<@  
 光源 9K9{$jN~  
— 高斯光束 {hS9FdWA;  
 组件 K,!"5WrX*  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 <vMdfw"(  
 探测器 O%1X[  
— 视觉感知的仿真 eQiK\iDS  
— 电磁场分布 mHm"QBa!  
 建模/设计 3kTOWIX  
— 场追迹： yX^/Oc@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。 tp6-j`7
u  
W[+=_B  
2. 系统说明 q_h=O1W  
M<4tjVQ6  
p~n62(  
3. 模拟 & 设计结果 zlUXp0W  
1Qc>A8SU  
4. 总结 4x`.nql  
|#y+iXTJ   
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 kw%vO6"q(  
CJ@G8>  
第1步
@v#]+9F  
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。 Pjs L{,
 
t_VF=B^LuR  
第2步 N"tEXb/,
 
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 lg9
`Z>?  
"kS(b4^  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 $CgJ+ua\8  
{^Y0kvnd  
应用示例详细内容 NZP>aV-  
'aW}&!H M  
系统参数 cZ<@1I5QK  
4iDlBs+  
1. 该应用实例的内容 '@{'T LMCi  
Ti{~  
~{8X$xs  
2. 设计&仿真任务 LD.^.4{c:  
p$qpC$F  
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。 UBgheu  
dbmty|d  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 1ymq7F(2  
aUqVcEU1  
4v=NmO}  
4. 参数：SLM像素阵列 n1"QHA  
7sC8|+  
l2AAEB_C.  
5. 参数：SLM像素阵列
THFzC/~Q  
xu]>TC1  
|i}5vT78  
应用示例详细内容 7QOQG:-  
K+`$*vS~ws  
仿真&结果 PB W.nm
 
e5"?ol0  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM jkN-(v(T  
 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)。 Fz3QSr7FU  
 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。 5D~>Ed;  
?HsQ417.H  
2. VirtualLab的SLM模块 VSxls  

|X'Pa9u  
l6AG!8H  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 !%1=|PX_  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 Q9[$8  
k=7+JI"J  
3. SLM的光学功能 U#7moS'r  
1]yjhw9g  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 3RW3<n  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 :epjJ1mW  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 ftw@nQNU  
RfZZqeU  
cP]5Qz  
Me.t_)  
p5`d@y\hj  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 ff1Em.  
U,Duq^l~s  
,pg\5b  
+RuPfw{z  
G T3wJQ5N  
4. 对比：光栅的光学功能 ~<)CI0=  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 t!u{sr{j=  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 UImd*;2TE  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 \0^ZNa?  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 :kaHvf  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 bM9:h  
2&k5X-Y  
c^$+=-G{fd  
Y(`# J[  
'/h~O@Rw  
5. 有间隔SLM的光学功能 ?11\@d  
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。 +dt b~M  
DH5]Kzb/  
8%Wg;:DZx  
pFUW7jE  
//ZYN2lT4  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 4Y=sTXbFt  
7Lv5@  
l5}b.B^w  
6. 减少计算工作量 X`,]@c%C`  
x;G~c5  
采样要求： ]Q%|69H}B  
 至少1个点的间隔(每边)。 UB4M=R|  
 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。 T9c=As_EM  
9aE.jpN  
采样要求： LMV0:\>  
 同样，至少1个点的间隔。 dV5aIj  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 WC?}a^
8  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 +Yuy%VT  
|<YoH$.  
 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。 q*h1=H52  
 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。 $?dAO}f3O)  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 v7L}I[f  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 uAWmg8  
#ilU(39e  
* MJl(  
kH)JBx.  
X1P_IB  
7. 指定区域填充因子的仿真 E8:4Z$|c  
$p} /&  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 {O
"?_6',  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 V&' :S{i  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 zeXMi
:X  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 CkJU5D  
NW$C1(oT  
OZw<YR  
8. 总结 WdA6Y  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Z1(-FT6O  
wc-ll&0Z  
第1步 /!r#=enG7  
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。 lu GEBPi  
Qe~2'Hw#9  
第2步 W[dMf!(  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Dm3/i|Y  
扩展阅读 is3nLm(  
扩展阅读 e<wRA["  
 开始视频 %7_c|G1  
-    光路图介绍 NjTVinz