[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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应用示例简述 C_V5.6T!  
HmVp
xD+  
1. 系统细节 \={A%pA;@{  
 光源 Qon>[<]B  
— 高斯光束 iKe68kx  
 组件 %&S :W%qm?  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 0z=^_Fb  
 探测器 "|KD$CY  
— 视觉感知的仿真 ,~qjL|9  
— 电磁场分布 Vi\kB
%  
 建模/设计 {t QZqqdn@  
— 场追迹： {&s.*5  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 GF^?#Jh  
]sV) '-  
2. 系统说明 ];au! _o  
s<fzk1LZ  
aj@<4A=;  
3. 模拟 & 设计结果 ? EXYLG  
^WmP,Xf#  
4. 总结 2W vf[2Xw  
"}jv5j5  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 g)Dg=3+>  
VW*d*!  
第1步 !d3:`l<  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 X1~ WQ?ww  
guWX$C-+1  
第2步 R}Z2rbt  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 y?yWM8  
Fd/.\s  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 r@]iy78 j  
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(Y?2R
  
应用示例详细内容 .z&,d&E  
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系统参数 /yO|Q{C}M8  
2g:V_%  
1. 该应用实例的内容 +JRPd.B"@  
=hDFpb,mr  
D0a3%LBS/2  
2. 设计&仿真任务 oBZzMTPe  
Z^SF $+UN  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 kxV
R#:  
<c$K3  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ;ZowC#j  
^Y- S"Ks  
?wYvBFRn7"  
4. 参数：SLM像素阵列 -x0VvkHu  
;Vh5nO  
/5 6sPl 7}  
5. 参数：SLM像素阵列 %_%/ym  
76rRF   
Or*e$uMIY  
应用示例详细内容 2P4$^G[  
h,%b>JFo  
仿真&结果 /$,~|X;&  
=%+o4\N,  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM Xj("  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 bQ6<R4  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 i#W0  
Ua=w;h  
2. VirtualLab的SLM模块 vgvJ6$#  

|#_`aT"  
T.kQ] h2ZG  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 mhZ60RW  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 J_ S]jE{  
5<?s86GHh'  
3. SLM的光学功能 =& .KKr  
SBynu  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 uy^vQ/  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 HHU0Nku@ho  
 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。 (#`1[n+b`x  
<qpDAz4k  
\
6z_;  
+I
pC  
38Bh9>c3  
 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。 slWO\AYiO  
4W$t28)  
="*:H)
  
Y4.t:Uzr  
q" aUA_}\  
4. 对比：光栅的光学功能 bO2s'!x  
 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。 A:-r2;xB  
 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。  [ijK~  
 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)。 d5O_~xf&  
 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。 8Q2qroT  
 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。
.3JLa8y  
'ixu+.ZL/  
jR[3{ Reo  
8vL2<VT;  
sWc_,[b  
5. 有间隔SLM的光学功能 eAPNF?0yh  
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。 tB i
16=  
6bXR?0$*M.  
~& @UH  
_'"whZ)2  
WFTXSHcG  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 '!wI8f  
2[8C?7_K0?  
XzBnj7E  
6. 减少计算工作量 Arz
yq_ Yk  
~dFdO7  
采样要求： wG\ +C'&~  
 至少1个点的间隔(每边)。 !lk -MN.  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 j~Cch%%G  
+=Q/'g   
采样要求： Z&VH7gi  
 同样，至少1个点的间隔。 (v'#~)R_`  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 c6@7>PM  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 7i$)iNW  
#!i&  
 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。 bkvm-$/  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 g$N/pg2>cT  
 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)。 N#Y|MfLc  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 WX9ABh&5  
=>kE`"{!  
1YrIcovi-  
}CCTz0[D"  
R;]z/|8  
7. 指定区域填充因子的仿真 |v6kZ0B<  
&I|\AG"X}  
 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。 \pVmSac,  
 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。 .a0]1IkatV  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ruKm_j#J  
 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)。 P~H
?[ ;  
b-+~D9U<  
Sl!#!FGI  
8. 总结 hN5?u:  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 1j!LK-  
Z?);^m|T  
第1步 ]"2;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。 \Xr Sn_p-  
|g@n'^]  
第2步 @ gv^  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 fVXZfq6  
扩展阅读  `u't  
扩展阅读 +'ZJ]  
 开始视频 dx&!RK+  
-    光路图介绍 D["~G v